В предыдущей публикации [4] при изучении оптимальной формы деревьев на уровне древостоя было установлено, что для сосны обыкновенной оптимальными условиями являются: древостой с возрастом старше 100 лет; разнообразные по высоте; при этом диаметр на высоте груди должен быть максимальным, а диаметр ствола у шейки корня может быть различным.

Программа и объект исследования. Основной целью данного исследования являлось установление оптимальных параметров формы нижней части деревьев ели сибирской (Picea obovata L.) на уровне растущего дерева в условиях Средней Сибири. В качестве основной гипотезы было взято предположение о том, что оптимальными по форме являются деревья с минимальным нулевым коэффициентом.

Для решения поставленной цели были сформулированы следующие задачи.

- С помощью графического анализа изучить закономерности изменения нулевого коэффициента формы с возрастом, диаметрами на высоте груди, высотой и диаметрами у шейки корня.

- Выполнить корреляционный анализ для выявления наиболее значимых признаков, характеризующих форму нижней части стволов.

- Определить оптимальную форму деревьев на пробных площадях.

- Установить оптимальную форму деревьев ели сибирской (Picea obovata L.) из различных районов Средней Сибири.

В основу исследований были положены данные модельных деревьев, собранные с пробных площадей различных районов Красноярского края. Эти материалы в дальнейшем использовались для разработки нормативных таблиц (объемных, товарных, сортиментно-сортных). Географически территория изучения соответствовала следующим лесорастительным зонам и лесным районам: Приангарский лесной район (Абанский, Казачинский районы Красноярского края); Среднесибирский подтаежно-лесостепной лесной район (Большемуртинский, Дзержинский, Тасеевский районы Красноярского края).

В среднем на каждой пробной площади срубалось и обмерялось около 40 деревьев. Общее число моделей 758 шт.

Результаты и их обсуждение. На уровне каждой пробной площади были установлены лимиты признаков деревьев ели по основным морфологическим показателям: возрасту, высоте, диаметру у шейки корня и диаметру на высоте груди (таблица 1).

Таблица 1 – Лимиты морфологических признаков ели сибирской (Picea obovata L.)

Высота деревьев на пробных площадях варьировала от 6,8 до 36,2 м; возраст менялся от 27 до 251 лет; диаметр на высоте груди от 6,6 до 51,3 см; нулевой коэффициент формы от 1,09 до 2,87.

В дальнейшем закономерности выявлялись по парным связям: q₀=f(A), q₀=f(H), q₀=f(d_1.3), q₀=f(d₀). На примере рисунка 1 представлены диаграммы, с помощью которых устанавливалась оптимальная форма стволов.

Оптимальный возраст деревьев. Возраст является признаком биологического объекта, который с одной стороны, характеризует период (стадию) жизни растения, с другой указывает на размерную величину объекта. Все это подчеркивает значимость этого показателя для оценки морфологической характеристики дерева. В таблице 2 приведены данные корреляционной связи [5] нулевого коэффициента формы в коре и без коры с возрастом деревьев.

Данные указывают на то, что возраст является умеренно значимым признаком для характеристики формы нижней части стволов.

Оптимальная высота. Как известно из публикаций по таксационным проблемам зависимость показателей формы от высоты не позволяет широко использовать абсолютные значения и заставляет переходить на относительные величины, но поскольку для исследований мы используем лишь нижнюю часть ствола, считаем целесообразным, применять не преобразованные данные. В таблице 3 представлены параметры связи показателей формы с высотой деревьев на пробных площадях.

Слабо-умеренная зависимость нулевого коэффициента формы с высотой дерева является основанием в дальнейшем использовать абсолютные, а не относительные высоты (0; 0,1; 0,2; …; 0,9).

Оптимальная форма по диаметру на высоте груди. Данная величина коррелировала с нулевым коэффициентом формы, который показывает в относительных единицах превышение диаметра у шейки корня по отношению к диаметру на высоте груди. Таблица 4 отражает тесноту связи диаметра на высоте груди с коэффициентом формы.

Рисунок 1 – Связь нулевого коэффициента формы с морфологическими признаками деревьев (пробная площадь Дзержинского муниципального района)

В целом можно констатировать, что цилиндрическая форма стволов наиболее выражена при максимальных диаметрах на высоте груди (1,3 м).

Оптимальная форма по диаметру у шейки корня. Этот признак характеризует максимальную размерную величину дерева по диаметру. В таблице 5 приведены характеристики тесноты связи диаметров у шейки корня с формой стволов.

Как следует из таблицы 5 оптимальной можно считать форму стволов с минимальным диаметром у шейки корня. При анализе нулевого коэффициента, важно знать какой из двух показателей (диаметр на высоте груди или диаметр у шейки корня) более значим для оценки формы нижней части ствола.

В результате оказалось, что по районам исследований более значимыми для определения нулевого коэффициента форма были:

Асиновский район – с вероятностью р=1,0 – диаметр на высоте груди;

Таблица 2 – Характеристика тесноты связи возраста деревьев с показателем формы нижней части ствола

Примечание: уровень связи  < – > уровень связи – характеризует изменение тесноты между возрастом и нулевым коэффициентом в коре и без коры (-> – возрастание, <- – снижение).

Таблица 3 – Характеристика тесноты связи высоты деревьев с показателями формы нижней части ствола

Большемуртинский район – с вероятностью р=0,571 – диаметр на высоте груди;

Эхирит-Булагатский район – с вероятностью р=0,86 – диаметр на высоте груди.

Для оптимизации формы деревьев ели сибирской необходимо, чтобы возраст дерева было предельным (максимальный возраст); высота растений была максимальной; стволы характеризовались максимальным диаметром на высоте груди и минимальным диаметром у шейки корня.

Таблица 4 – Характеристика тесноты связи диаметра на высоте груди в коре с показателем формы нижней части ствола

Таблица 5 – Характеристика тесноты связи диаметров у шейки корня в коре с показателем формы нижней части ствола

Таким образом, можно констатировать, что для выращивания стволов цилиндрической формы необходимо:

- выращивать деревья до максимально возможного возраста;

- соблюдать густотный режим для эффекта подгона и роста растений в высоту;

- минимизировать формирование закомелистых стволов;

- способствовать равномерному отложению годичных колей в нижней части ствола.

Полученные выводы соответствуют классическим представлениям научного лесоводства.

Выводы. Подводя итоги исследованиям можно констатировать следующее.

- Разнообразие исходных данных в виде модельных деревьев позволило получить объективные и достоверные выводы для деревьев ели сибирской (Picea obovata L.). Нулевой коэффициент формы в слабо-умеренной степени зависит от морфологических признаков деревьев. Это связано с влиянием на данный показатель условий местопроизрастания.

- Оптимальная форма стволов ели сибирской формируется у деревьев до максимального возраста, достигших максимальной высоты, минимального диаметра у шейки корня и максимального диаметра на высоте груди.

- Степень закомелистости стволов (q₀) в наибольшей мере зависит от диаметра на высоте груди.

НF =  , (1).

Затем строили диаграммы связи по классам бонитета: HF=f(H) и ΣG_1.0=f(H). Выравнивание кривых производилось с помощью полиномов 1-2-го порядка с коэффициентами детерминации (R²=0,994-0,999). Итоговый запас вычисляли по аппроксимированным значениям видовой высоты и суммы площадей поперечных сечений:

М_1,0 = ΣG_1.0* НF , (2).

В результате норматив для древостоев кедра сибирского имел следующий вид (таблица).
Данные показывают, что различия между значениями проявляются во всех классах бонитета.
Составленные нормативы позволяют оценивать и сравнивать продуктивность максимально полных нормальных кедровых насаждений.

Таблица – Общий норматив определения видовых высот, сумм площадей поперечных сечений и запасов кедровых нормальных насаждений на бонитетной основе (II-Va классы) (фрагмент).

Исследования фитомассы хвои, проведенные в лесах Российской Федерации, направлены на решение целого ряда проблемных вопросов. Ю.П. Демаков, А.В. Исаев [1] указывают на то, что процесс накопления древесными растениями органического вещества протекает специфически на индивидуальном и ценотическом уровнях их функционирования. На каждом из них одновременно с приростом фитомассы происходит некоторая её потеря. У деревьев она связана с отмиранием части ветвей и ежегодным полным или частичным обновлением ассимиляционного аппарата.

В последние годы при оценке фитомассы компонентов насаждений и отдельных составляющих используют аллометрические уравнения. При этом, например А.А. Маленко, В.А. Усольцев, К.С. Субботин [2] отмечают, что аллометрические уравнения разные по структуре количеству независимых переменных, затрудняют их анализ, поэтому авторы предлагают применять фактические данные подеревной оценки фитомассы насаждений.

Для оценки биологической продуктивности используют наличие тесной связи морфологических признаков отдельных деревьев (диаметра ствола) или таксационных показателей древостоев (возраст, полнота, запаса) с фитомассой крон. Феклистов П.А. и другие [3] на основе данных сосняков черничных типов лесов установили, что фитомасса древесной зелени характеризуется очень тесной связью с таксационным диаметром древостоя. А.А. Коновалов, М.Н. Казанцева [4] определили и количественно оценили связи между фитомассой и продуктивностью с одной стороны и размерами стволов, возрастом и густотой с другой. Авторы предложили способ анализа связей между параметрами древесных растений в относительных единицах по отношению к максимальной варианте. Ю.В. Карпечко, Н.А. Мясникова [5] отмечают роль продуктивности насаждений (класса бонитета) на удельную массу листового аппарата хвойных пород. Увеличение составляет 10-15 кг на каждую тонну общей фитомассы древостоя при ухудшении класса бонитета. И.Л. Трофимова, У.П. Кощеева, З.Я. Нагимов [6] по данным сосновых насаждений различных типов леса Среднего Урала выявили, что более высокие значения фитомассы крон имеют сосняки разнотравные и ягодниковые высоких классов бонитета (I-II).

Соотношение фитомассы отдельных составляющих в насаждениях также соответствуют определенным закономерностям. Так К.С. Бобкова, А.Ф. Осипов, Э.П. Галенко [7] установили, что в сосняках чернично-сфагнового типа леса наблюдалось стабильное соотношение массы хвои (4%) в общей массе растущих деревьев. По информации [6] доля хвои в фитомассе крон колебалась от 17,1 до 27,0% с тенденцией к увеличению с ухудшением лесорастительных угодий. В.И. Шошин и другие [8] выявили, что при анализе фитомассы искусственных насаждений сосны обыкновенной Брянской области 13-го возраста в богатых условиях произрастания (С₃) наибольшая часть фитомассы приходится на ствол, а в более бедных условиях (В₃) на крону.

Динамика накопления фитомассы сосны характеризуется определенными закономерностями. В.З. Нагимов [и другие] при изучении фитомассы хвои сосновых насаждений лишайникового типа леса определили, что в молодом возрасте происходит энергичное наращивание фотосинтезирующей массы так, как увеличение прироста обеспечивается свободным пространством. После наступления кульминации запасы хвои снижаются. П.М. Мазуркин [10] на основе анализа фитомассы 142 пробных площадей сосняков Волго-Вятского региона установил, что максимум удельной массы хвои у сосен наблюдается в 50-60 лет. А.А. Маленко, В.А. Усольцев [11] определили, что наиболее густые посадки сосны имеют максимальную фитомассу до возраста 22-30 лет, после чего происходит противоположенный процесс. Г.С. Вараксин, А.А. Ибе, В.И. Поляков [12] выявили, что 18-ие искусственные насаждения сосны обыкновенной по продуктивности хвои существенно превосходят другие хвойные сибирские породы. Во фракционном составе надземной фитомассы культур сосны обыкновенной преобладает стволовая древесина.

Хвоя является индикатором условий окружающей среды. В.А. Усольцев и другие [13] установили, что содержание сухого вещества в ассимиляционном аппарате сосны снижается по мере удаления от промышленного предприятия. В другой статье [14] авторы использовали массу хвои для оценки влияния вредного воздействия выбросов промышленных предприятий. Л.Н. Скрипальщикова, Н.В. Грешилова [15] исследовали процесс аккумуляции пыли пологом сосняков. Ученые привели уравнения связи фитомассы крон от запаса и полноты соновых древостоев в условиях Красноярской и Ачинской лесостепи.

Методика исследований. Исходным материалом для изучения фитомассы, как было сказано выше, являлись таблицы среднего веса свежесобранной хвои в килограммах у деревьев сосны различной толщины в зависимости от сомкнутости для насаждений Красноярского края (таблица 1). Исследования проводились на территории Маньзенского лесхоза [16]. Авторы определили, что протяженность охвоенной части кроны находится в прямой зависимости от толщины дерева и в обратной – от полноты насаждения.

Таблица 1 – Вес свежесобранной сосновой хвои в зависимости от ступени толщины и сомкнутости древостоя (по данным В.В. Голикова [17])

Вес свежесобранной хвои был переведён в сухое состояние с помощью переводного коэффициента – 0,455 [18].

Для оценки запаса фитомассы хвои необходимо знать число деревьев с учётом возраста древостоя. Эту информацию можно получить из местных таблиц хода роста, составленных для районов Приангарья [19]: ход роста роста сомкнутых одновозрастных сосновых древостоев Южного Приангарья (И.В. Семечкин, 1974 г.); ход роста нормальных разновозрастных сосновых древостоев Приангарья для сосняков бруснично-зеленомошникового типа леса (Н.Е. Суприянович, 1975 г.); ход роста для модальных (полнота 0,6-0,7) разновозрастных сосновых древостоев (Н.Е. Суприянович, 1975 г.) Приангарья бруснично-разнотравного типа леса; ход роста для модальных (полнота до 0,5) разновозрастных сосновых древостоев (Н.Е. Суприянович, 1975 г.) Приангарья бруснично-зеленомошникового типа леса. Следует отметить, что именно указанные нормативы в максимальной степени соответствуют условиям района, в котором определялась фитомасса хвои [16,19].

Определение веса хвои на уровне древостоя требует знания распределения деревьев по ступеням толщины. За основу были взяты стандартные ряды распределения деревьев сосновых древостоев по диаметру двух типов: для одновозрастных насаждений по М.М. Орлову (таблица 2) и для разновозрастных древостоев по С.С. Шанину (таблица 2).

Таблица 2 – Распределение количества стволов (%) по ступеням толщины в одновозрастных и разновозрастных сосновых насаждениях

Экспериментальные исследования. С учетом данных среднего диаметра и числа стволов (таблицы хода роста) были составлены стандартные ряды распределения одновозрастных и разновозрастных сосновых насаждений различной полноты и типов леса. Результаты оценки общей фитомассы хвои в сосновых древостоях Приангарья представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Фитомасса хвои (т/га) с учётом густоты сосновых насаждений Приангарья

Вне зависимости от числа стволов фитомасса хвои сохраняет стабильные значения, особенно в высокополнотных, нормальных насаждениях (таблица 3). Данный факт доказывает заполнение свободного кронового пространства зелёной, ассимилирующей частью, которая в сосновых насаждениях играет важную гигиеническо-оздоровительную функцию. Отпад деревьев способствует приросту живых ветвей и увеличению охвоения крон.

Распределение фитомассы крон (%) по ступеням толщины приведены в таблицах 4-7.

Таблица 4 – Распределение фитомассы крон (%) по ступеням толщины в полных однородных сосновых древостоях Средне-Сибирской низкогорно-плоскогорной области

В молодых насаждениях наиболее продуктивными с точки зрения фитомассы являются деревья средних ступеней (12-20 см). Уход за ними будет способствовать приросту кроновой части. С увеличением среднего диаметра наблюдается постепенное передвижение точки максимума по ступеням толщины. Для среднего диаметра 43,0 см, размер ступени с максимальным процентом фитомассы – 44 см (таблица 4).

В модальных насаждениях ряды распределения становятся более растянутыми (депрессивными) (таблица 6).

В низкополнотных модальных древостоях наблюдалось левостороннее, депрессивное распределение (таблица 7).

Таблица 5 – Распределение фитомассы крон (%) по ступеням толщины в полных разновозрастных сосновых древостоях Приангарья

По разновозрастным насаждениям наблюдалась ситуация аналогичная предыдущей.

Таблица 6 – Распределение фитомассы крон (%) по ступеням толщины в модальных (полнота 0,6-0,7) разновозрастных сосновых древостоях Приангарья

Таблица 7 – Распределение фитомассы крон (%) по ступеням толщины в модальных (полнота до 0,5) разновозрастных сосновых древостоях Приангарья

Для выявления наиболее продуктивных деревьев вне зависимости от возраста насаждения были построены диаграммы, визуализирующие распределение запасов фитомассы хвои (%) по ступеням толщины (рисунок 1).

а) полные однородные б) полные разновозрастные

сосновые древостои сосновые древостои Приангарья

Средне-Сибирской низкогорно-

плоскогорной области

в) модальные разновозрастные г) модальные разновозрастные

сосновые древостои полнотой сосновые древостои полнотой

0,6-0,7 в условиях Приангарья до 0,5 в условиях Приангарья

Рисунок 1 – Распределение фитомассы хвои (кг) по ступеням толщины в зависимости от среднего диаметра древостоя

В максимально полных однородных древостоях наблюдалось две противоположенные тенденции. С одной стороны в молодых насаждениях и в низших ступенях толщины происходит постепенное уменьшение объема фитомассы крон с увеличением среднего диаметра. Связано это с ростом молодых деревьев на открытом месте (формирование максимального прироста) и приростом кронового пространства в подпологовой части. С другой стороны, чем старше насаждение, тем позже наступает кульминация в фитомассе хвои для той или иной ступени толщины (рисунок 1а). Аналогичная закономерность была установлена для полных разновозрастных древостоев (1б).

В модальных насаждениях для молодых древостоев и тонкомерных деревьев тенденция по падению объема фитомассы крон сохраняется. Для более старших древостоев и крупномерных ступеней толщины кульминация фитомассы хвои наступает при среднем диаметре 25-30 см. В дальнейшем для всех ступеней толщины наблюдается уменьшение запасов хвои.

Выводы. На основе проведенных исследований были сформулированы следующие результаты:

- оценка фитомассы хвои на региональном уровне должна учитывать средние параметры веса хвои отдельного дерева по ступеням толщины, стандартное распределение деревьев по диаметру, использование местных таблиц хода роста, информацию о параметрах лесного фонда региона;

- размер фитомассы хвои зависит от ступени толщины отдельного дерева, крупности деревьев, составляющих древостой (среднего диаметра) и полноты насаждения;

- вне зависимости от густоты древостоев фитомасса хвои сохраняет стабильные значения особенно в высокополнотных, нормальных насаждениях;

- наиболее продуктивными с точки зрения фитомассы хвои являются деревья высоких ступеней толщины в низкополнотных древостоях;

- максимальный запас хвои наблюдался в молодых насаждениях с большим количеством стволов, произрастающих на открытом месте;

- кульминация в фитомассе хвои наступает раньше в модальных древостоях в сравнении с нормальными сосняками.

Полученные результаты позволяют использовать их для оценки фитомассы на региональном уровне и проектирования рекреационного лесопользования на территории лесного фонда Приангарского района.

М.М. Орлов [1] в учебнике по лесной таксации указывал на следующие факторы, влияющие на форму поперечного сечения деревьев:

- древесная порода;

- возраст;

- часть дерева, для которого взято сечение;

- условия произрастания.

В основу определения площади поперечных сечений дерева положены две геометрические формулы: эллипс и круг. При этом, безусловно, эллипсовидная форма более характерна для растущих деревьев, но возникает сложность, связанная с фиксацией в процессе измерений максимального и минимального диаметров.

Очевидно, что помимо указанных выше факторов, на форму дерева оказывает влияние толщина коры. Профессор В.Я. Добровлянский [2] установил, что при определении поперечных сечений нижней части ствола по формулам круга и эллипса погрешность исчисления возрастает с увеличением толщины коры. У деревьев с тонкой корой это преувеличение в среднем равно 1%, с толстой корой – 2-3%, с очень толстой – 4-5%. При вычислении площадей окорённых стволов формулы круга и эллипса дают для любого сечения по всей высоте ствола преувеличение на 0,5-1%.

Методика исследований. Для изучения формы стволов деревьев ели сибирской (Picea obovata L.) (рисунок 1) были заложены пробные площади Бирюсинского лесничества учебно-опытного лесхоза (Восточно-Саянском горно-таежном районе) в соответствии с требованиями ОСТа 56-69-83 [3].Основной целью исследования являлось определение степени влияния размеров деревьев на форму поперечного сечения ствола на высоте 1,3 метра.

Все измерения проводились на пробных площадях. У растущих деревьев на высоте 1,3 метра выполнялись измерения в 4-х направлениях по сторонам света (СЮ, ЗВ, СЗЮВ, СВЮЗ). Ель не являлась главной породой, а только входила в состав пихтового

Рисунок 1 – Деревья ели в смешанном насаждении в условиях Бирюсинского лесничества учебно-опытного лесхоза СибГТУ

насаждения с примесью от 30 до 60% по запасу. Общее количество измеренных деревьев на пробной площади варьировало от 50 до 100 шт.

Проверку на соответствие формы поперечного сечения ствола на высоте 1,3 метра двум геометрическим фигурам кругу и эллипсу производили по абсолютному отклонению Δ=d_cю-d_вз. Если отклонение Δ<0,5– круг; в других случаях – эллипс.

Все деревья по диаметру ствола на высоте 1,3 метра были разделены на следующие категории по М.М. Орлову [1]: тонкомерные (8,0-16,0 см), среднемерные (16,1-36,0 см), крупномерные (36,1 см и более).

Средний диаметр соответствовал среднеарифметическому значению измеренной совокупности деревьев ели в насаждении.

Обработка полевого материала производилась методами математического и статистического анализов.

Экспериментальные исследования. Статистический анализ позволил установить не существенность различия в диаметрах деревьев с корой по сторонам (1,2,3,4) (таблица 1).

При точности опыта в пределах 4,2-6,2 %.

Возрастные изменения древостоев связаны, в том числе и с размерными показателями деревьев, что приводит к формированию стволов с различной формы поперечного сечения

Таблица 1 – Средние диаметры деревьев ели по сторонам поперечника на высоте 1,3 м.

на высоте 1,3 метра. В таблице представлены данные о распределении стволов различной формы (круговой, эллипсовидной) по размерным категориям деревьев (таблица 2).

Таблица 2 – Распределение деревьев березы (%) различной формы поперечного сечения по размерным категориям

Данные указывают на общую тенденцию уменьшения процента деревьев с круговой формой, и соответственно, пропорциональное увеличение растений с эллипсовидной

формой с ростом размеров стволов.

С целью определения закономерностей в форме стволов по отдельным категориям (тонкомер, среднемер) были построены диаграммы изменения деревьев с круговой формой по мере увеличения размеров совокупности (рисунок 2).

Количество деревьев круговой формы с переходом по категориям крупности уменьшается при увеличении растений с эллипсовидной формой и росте стволов с неправильной формой. Число деревьев яйцевидной определяется не столько размерными параметрами насаждения, сколько другими факторами. Такая ситуация объясняется происхождением, структурой и морфологическими особенностями насаждений.

Для установления величины предельных отклонений было получено распределение абсолютных разностей двух диаметров по четырем измерениям и обобщенным численным совокупностям исследуемой породы (рисунок 2).

Рисунок 2 – Распределение абсолютных отклонений по четырем измерениям диаметров деревьев ели

Очевидно, что с увеличением размеров стволов возрастает величина абсолютных отклонений.

Выводы. В результате можно констатировать следующее.

- Статистический анализ позволил установить не существенность различия в диаметрах деревьев с корой по сторонам (1-2,3-4).

- Количество деревьев круговой формы с переходом по категориям крупности уменьшается при увеличении растений с эллипсовидной формой и росте стволов с неправильной формой. Число деревьев яйцевидной формы зависит не столько от размерных параметров насаждения, сколько определяется другими факторами.

- С увеличением размеров стволов возрастает величина абсолютных отклонений.

Таким образом, очевидно, что учет размерных тенденций в форме стволов позволит снизить погрешности в определении запасов насаждений.

Современные исследования в области формирования и развития насаждений включают в себя следующие научные направления:

- экологическая оценка насаждений;

- развитие насаждений;

- динамика различных процессов в насаждении;

- структурные особенности насаждений;

- роль кроны в развитии насаждений;

- рост и развитие корневой сферы насаждений;

- влияние различных факторов на свойства почв;

- баланс питательных элементов и углерода в насаждениях;

-состояние лесных территорий.

Основные направления соответствуют современным подходам к проблемам насаждений.

Экологическая оценка насаждений.  Оценка насаждений Яковлевского бора с точки зрения экологии представлена в публикации Т.П. Шитова [1]. Х.И. Цоков, Д.Н. Шипковенски [2] указывают на значение Рило-Пиринской горной области Болгарии с точки зрения сохранения растительности естественных хвойных лесов Балканского полуострова. Насаждения отличаются высокой производительностью, хорошим жизненным статусом и возобновлением, что обуславливает их значение как эталона роста, развития, нормального строенияи стабильности структуры и состава всей совокупности антропоадаптированных лесных экосистем этой области. Е.В. Солдатова, Т.В. Климачева [3] представили эколого-лесоводственную оценку природного парка «Шаркан». Процессы экологических изменений лесов представленыв работе Еакахаси Масамити [4]. Серия исследований в области экологических характеристик конкретных территорий.

Так А.А. Овчаренко [5] приводит сведения состояния экотонных сообществ лесов Прихоперья. Представлена их биоморфологическая и эколого-ценотическая характеристика. Раскрыта роль экотонных сообществ в формировании биоразнообразия пойменных лесов. Е.Н. Харитонова [6] изучила редуценты пойменных лесов Южного Приуралья. Е.А. Рай [и другие] [7] для территории Архангельской области описал основные типы ключевых биотопов, а также меры по их сохранению.

Развитие насаждений. Исторические аспекты развития насаждений на территории Приморского края приведены в статье Б.С. Петропавловского [8]. Анализ эвалюционного развития лесных геосистем степного Приобья представлен в статье Т.В. Патрушева [9]. Подробный модельный пример оценки скорости развития сукцессии для осины западной приводится в статье Strand Eva K и другие [10]. Геоинформационный анализ показал, что осина произрастает на больших высотах склона южной экспозиции; на аномально влажных микроучастках у ручьев; в смешанных осиново-хвойных насаждениях на возвышенностях. Для формирования осинников желателен межпожарный интервал 50-70 лет для сохранения осины на возвышенностях. При современном режиме развития осиново-хвойные древостои на возвышенностях исчезнут через 80-200 лет. Huang Shi-neng, Wang Bo-sun, Li Yi-de [11] предложили новую модель, описывающую влияние кромки леса на лесные сообщества. Для подгонки модели использовали данные о видовом богатстве растений применительно к вторичным тропическим горным дождевым лесам острова Хайнань в Китае. В публикации Lindner Andre [12] предлагается способ оперативного определения восстановительного потенциала лесных участков с различными историями нарушений. При этом учитываются степень фрагментированности и краевой эффект.

Динамика различных процессов в насаждении. В статье В.В. Слепых [13] представлена динамика лесных формаций Кавказских Минеральных вод. В лесных формациях дуба черешчатого, скального и ясеня обыкновенного в различных условиях произрастания восстановительные сукцессии обеспечены экспансией ясеня обыкновенного. Т.Г. Антипина, Н.К. Панова, И.В. Петрова [14] привели в своей публикации новые данные о динамике лесных сообществ Северного Урала в голоцене Hedde Michael [и другие] [15] исследовали динамику почвенного углерода в буковом лесу Франции на лесных участках возраста от 28 до 197 лет.

Состояние лесных территорий. Под редакцией А.А. Онучина [16] применительно к лесам бассейна озера Байкал исследовано состояние, использование и охрана данной территории. Рассмотрены основные закономерности распределения лесных экосистем восточного Прибайкалья. Изучена динамика запасов органического вещества в экосистемах послерубочных восстановительных сукцессий. Показаны последствия рекреационных нагрузок. Предложена методика прогнозирования экстремальной лесопожарной опасности. И.Н. Росновский, А.И. Шепелев, С.Г. Копылов [17] изучали водный баланс таежных экосистем Западной Сибири. Авторы получили ряд уравнений для оперативной оценки изменения гидрологической обстановки на залесенных речных бассейнах в результате лесозаготовительной деятельности. Основным требованием при проведении лесозаготовительных мероприятий должно быть недопущение превышения стока с территории бассейна выше некоторого вполне определенного предела. К.С. Бобкова, Е.А. Робакидзе, Э.П. Галенко [18] исследовали состояние деревьев на территории Печоро-Илычского биосферного заповедника в пяти типах коренного елового леса. А.А. Овчаренко [19] изучили показатели биоразнообразия и роль сорных растений в оценке стабильного состояния лесных экосистем Прихоперья. Выявлена зависимость показателей видового разнообразия от уровня антропогенной трансформации пойменных дубрав.

Видовое биоразнообразие. Del Quiqui Erci Marcos [и другие] [20] исследовали полулистопадный лес в Бразилии с точки зрения разнообразия растительности. Д.В. Коптев [21] установил оптимальные условия для возобновления ели, в зависимости от доли участия ели в составе материнского полога. Locky David A., Bayley Suzanne E. [22] установили, что в Канаде общее биоразнообразие растений было на 30% выше, чем в лесу. Zoller Heinrich [23] выявил, что на биоразнообразие влияет, кроме общности биовидов, и комплексы неорганических и культурно-антропогенных действующих факторов. Grell Adrian G., Shelton Michael G., Heitzman Eric [24] применительно к старовозрастным, пойменным, смешанным насаждениям США определили, что главные средовые влияния на видовой состав всех ярусов растительности исходили от фактора высоты, а также содержания Fe, лесной подстилки, Na и плотности сложения почвы. Davidar Priya [и другие] [25] установили, что в Индии в районе Западных Гат основной причиной бета-разнообразия деревьев дождевых лесов является климат, особенно его сезонность. В.В. Реуцкая, Ю.Ф. Арефьев [26] выявили, что современный облик лесных массивов Среднерусской лесостепи является следствием антропогенного воздействия и природных изменений. П.Г. Пугачев, Т.В. Сторчак [27] изучили систематическую структуру, экологический состав, географические взаимосвязи флоры березовых лесов Тургайской впадины. Разработаны основные ценоэлементы флоры. Выделены эндемы и реликты Chen Shi-pin [28] изучил видовое разнообразие растений в лесах с доминированием Cchungii на различных стадиях лесовосстановления в природном заповеднике Хуанчулинь Китая. Исследователи обнаружили быструю смену видового состава древесного и кустарникового ярусов.

Структурные особенности насаждений. Visoiu  Dagmar, Posta Daniela [29] описали девственное буковое насаждение в Румынии, которое в эстетическом, генотипическом и биологическом отношении являются уникальным для Европы. Л.О. Карпачевский [и другие] [30] отмечают, что для лесных биогеоценозов характерна парцеллярная структура. Около деревьев формируются тессеры, в которых по направлению от ствола дерева изменяется содержание гумуса, обменных катионов, pH, запасы подстилки, мощности горизонта А₁ и Е. Faria Deborah [и другие] [31] изучили изменение структуры в ландшафтах северо-востока Бразилии. Кромки и внутренние пространства лесных фрагментов существенно различались только числом сухостойных деревьев, а вторичные леса и кромки лесных фрагментов – мощностью подстилки, числом упавших стволов и пионерных деревьев. В.И. Власенко, Т.М. Овчинникова, М.Д. Скоркина [32] в своей статье представили результаты исследования структуры и жизненного состояния древостоев на территории заповедника «Кузнецкий Алатау». Gil Wajciech, Zachara Tadeusz [33] проанализировали повреждения ветром ельников и сосняков на территории Польши. Выявлена тенденция смены случайного распределения групповым распределением после повреждения насаждений ветром. В устойчивости деревьев к ветру большое значение имели такие биометрические показатели, как отношение дерева к его длине и относительная длина кроны. Weterings Martinus JacobusAntonius [и другие] [34] установили, что крупные птицы предпочитают участки спелых и перестойных лесов.

Роль кроны в развитии насаждений. Lefrancoia Marie-Lou, Beaudet Marilou, Messier Christian [35] определили сквозистость крон (СК) в различных районах Канады. Установили, что величина СК достоверно зависит от породы дерева, фактической эвапотранспирации в конкретном районе, от размера дерева и от угла падения солнечного света относительно зенита. Сделан вывод о том, что зависимость величины СК от индивидуальных особенностей дерева, его видовой принадлежности и района произрастания следует учитывать при моделировании данного показателя. Ruess Roger W. [и другие] [36] выявили роль дефолиации на рост сеянцев ольхи.

Рост и развитие корневой сферы насаждений. Chen Dima [и другие] [37] изучили процесс дыхания в монокультурах акации и эвкалипта. Интенсивность дыхания млких корней существенно выше, чем крупных, у обоих видов. Дыхание корней акации сезонно и повышается в период дождей. У эвкалипта сезонность дыхания отмечена только у тонких корней. Andersen Chris P. [38] в течение 4 лет наблюдали за развитием тонких корней у деревьев сосны трех классов возраста на территории США. Прирост корней проходил синхронно у деревьев всех классов возраста. Прирост и отмирание корней были пропорциональны биомассе корней, то есть распределение ресурсов, предназначенных для роста новых корней, было пропорционально плотности размещения корней независимо от возраста деревьев. Zak Donald R. [и другие] [39] выявили, что в полевых условиях генотипы осины по поглощению СО₂ и О₃ не отличались между собой, но в случае повышения содержания в атмосфере СО₂ и О₃ структура популяции осины может измениться. В сообществе осины и березы повышенное содержание СО₂ привело к увеличению поглощения азота у березы на 68%, а у осины на 19%, что свидетельствует о конкретном преимуществе березы. Devine Warren D., Harrington Timothy B. [40] изучали насаждения дуглассии на территории США. Авторы изучили влияние подземной конкуренции со стороны растительности верхнего и нижнего яруса на рост деревьев. В условиях ограниченного освещения подземная конкуренция со стороны деревьев верхнего яруса сильно угнетала прирост молодых растений по высоте и диаметру ствола. По сравнению с растительностью нижнего яруса оказывала более выраженное отрицательное влияние на влажность почвы во время вегетационного сезона. При пониженной освещенности, вызванные подземной конкуренцией, ограничения в обеспечении почвы влагой сильно угнетали рост естественного возобновления дугласии.

Влияние различных факторов на свойства почв. О.А. Анциферова [и другие] [41] определила, что в монодоминантных еловых насаждениях формируется специфическая лесная подстилка, накопление гумуса. В полугидроморфных глеевых почвах под влиянием еловых насаждений проявляются начальные признаки оподзолирования. К.А. Хмара [42] исследовала влияние вырубки древесной растительности на изменение питательных свойств лесной почвы. Снижение содержания усвояемых форм фосфора в почве в результате вырубки древесины составило более 50%.

Баланс питательных элементов и углерода в насаждениях. В.В.Акулов [и другие] [43] изучили динамику продуктивности дубовых и сосновых насаждений в различных эдатопах; установлены особенности депонирования углерода в онтогенезе. Takagi Kentaro [и другие] [44] изучили баланс углерода на территории Японии в смешанном лесу с густым подлеском. Смешанный лес на о-ве Хоккайдо характеризовался слабым стоком углерода и становился крупным источником углерода и становился крупным источником углерода после сплошной рубки. Быстрый рост первичной продуктивности связан с увеличением биомассы и фотосинтетической активности карликового бамбука в подлеске. Kim Ched-Hee [и другие] [45] с помощью ГИС установили объем поглощения азота различными насаждениями Корейского полуострова Южной Кореи.

Таким образом, современные научные исследования в области формирования и развития насаждений связаны с экологической оценкой насаждений, включая определение биологического разнообразия; выявление пространственных и временных изменений  в лесном фонде и оценке баланса углерода в насаждениях.

Мониторинг таксационных показателей в конкретной производственной практике интерпретируют как «актуализацию» таксационных показателей древостоя. Выполнив ретроспективный анализ обзора материалов по актуализации таксационных показателей В.В. Гончарук, Т.В. Батвенкина [2, стр. 15] сделали следующие выводы:

- наиболее приемлемы для целей актуализации таблицы хода роста модальных насаждений;

- при оценке запаса древостоя необходимо особое внимание обращать на адекватность математических моделей;

- для прогнозирования остальных таксационных показателей необходимо учитывать цифровой материал таблиц хода роста.

На основе анализа различных таблиц хода роста авторы [2, стр. 35] пришли к выводу, что для актуализации (мониторинга) таксационных показателей может быть принят средний темп роста для насаждений различной полноты и густоты в однородных лесорастительных условиях.

Для проверки данного утверждения был исследован темп роста кедровых насаждений (различной полноты, типов леса, районов, формы насаждений и качества условий произрастания) Средней Сибири на основе таблиц хода роста [3, 4].

Формула определения темпа роста имеет следующий вид:

    (1)

где К – коэффициент темпа роста за период Δ лет;

Т_А+Δ – таксационный показатель с учетом периода роста Δ;

Т_А – таксационный показатель в данный момент времени (таблица).

Период, за который изучался темп роста, составил 10 лет. На первом этапе исследовались различия в росте по диаметру, высоте и запасу для всеобщих нормальных таблиц хода роста кедровых насаждений [3]. Все многообразие линий по бонитетам было нанесено на диаграммы (I, II, III, IV, V классы). Кривые изменялись с возрастом по экспоненциальной кривой. Самый высокий темп роста в низких классах бонитета. В насаждениях максимальной сомкнутости древостои низкопродуктивных условий произрастания дольше сохраняют высокий темп роста по высоте, диаметру и запасу (рисунок 1).

Рисунок 1 – Темп роста таксационных показателей в нормальных

кедровых насаждениях различного класса бонитета

В максимальной степени различия выражены в темпах роста по запасу. К 140 годам вариация составила 1,05-1,14. В молодом возрасте (60 лет) темп роста в высоту меняется от 1,30 (I класс бонитета) до 4,71 (Vа класс бонитета).

Поскольку всеобщие таблицы представляют собой усредненные линии, которые не всегда передают реальную картину изменений, для изучения темпов роста были взяты региональные таблицы сомкнутых и модальных кедровых насаждений III-IV классов бонитета зеленомошных и черничного типа леса, различающихся районом произрастания (Восточные Саяны и Среднесибирское плоскогорье) [4]. Различия в темпе роста были выражены до возраста 220 лет по высоте, до 200 лет по диаметру и до 180 лет по запасу. Но при этом темп роста в нормальных насаждениях был выше, чем в модальных древостоях. Темп роста в Среднесибирском плоскогорье превышал темп в Восточных Саянах (рисунок 2).

Рисунок 2 – Темп роста таксационных показателей в сомкнутых и модальных

кедровых насаждениях Восточных Саян и Среднесибиского плоскогорья (III-IV классов бонитета)

На третьем этапе был исследован темп роста в модальных кедровых насаждениях Забайкалья, различных типов леса, связанных с классами бонитета (бруснично-зеленомошный – IV, бруснично-багульниковый – V, багульниковый – Va классы бонитета) (рисунок 3). Максимальный темп роста наблюдался в насаждениях Vа класса

Рисунок 3 – Темп роста в модальных кедровых насаждениях Забайкалья (IV-Va классы бонитета)

бонитета (багульниковый тип леса) и наиболее выражены данные различия были в возрасте до 160 лет.

Последний вариант предусматривал сравнение темпов роста основных таксационных показателей в модальных насаждениях Западных Саян III класса бонитета зеленомошного и ягодниково-мшистого типов леса (рисунок 4). Темп роста по диаметру и запасу не различался. При этом по высоте разница наблюдалась до 160 лет.

Таким образом, установлено, что различие в темпах роста основных таксационных показателей кедровых насаждений (по высоте, по диаметру и запасу) в нормальных и модальных древостоях различного класса бонитета выражены и различаются в значительной степени, и зависят от конкретных условий произрастания. Тем не менее, общие закономерности можно установить: наиболее высокий темп роста в сомкнутых и низких классах бонитета; наиболее выражены различия до возраста 160 лет. Темп роста также зависит от района произрастания кедровых насаждений.

Рисунок 4 – Темп роста в модальных кедровых насаждениях Западных Саян III класса бонитета зеленомошного и ягодниково-мшистого типов леса

В результате до возраста 160 лет в кедровых насаждениях необходимо использовать различные коэффициенты темпов роста в высоту в зависимости от особенностей произрастания, после 160 лет можно вычислять средние параметры темпов роста. Полученные результаты можно применять для актуализации показателей насаждений, проектирования хозяйственных работ и выполнения мониторинговых исследований.

Вопросы оценки веса хвои сосны поднимался в ряде публикаций [1,2,3,4,5].

Цель данной статьи установить размер годичной фитомассы хвои с помощью наблюдений за сосновым элементом на постоянной пробной площади (сосновый древостой Восточно-Саянский горно-таежный район).

Таксационная характеристика соснового насаждения приведена в таблице 1 [6].

Оценка фитомассы хвои производилась по таблицам величины хвои сосны отдельных деревьев по ступеням толщины в сыром состоянии [7]. С помощью коэффициента – 0,455 вес была переведен в сухое состояние. Данные по отпаду представлены на диаграмме (рисунок). Резкий скачок наблюдался в период с 51 по 58 лет, что связано с процессом смыкания крон и последующего интенсивного отпада деревьев.

Для перевода показателей отпада в фитомассу хвои использовали программу «Excel». В итоге была получена таблица годичной продуктивности хвои соснового элемента в естественной динамике (таблица 2).

Таблица 1 – Показатели соснового насаждения в различные периоды наблюдений (1968, 1972, 1977, 1984, 1990, 1997)

Рисунок – Распределение числа деревьев отпада по естественным ступеням толщины в различные периоды развития насаждений

Максимальную величину отпада формирует фитомасса хвои молодых деревцев из ступеней 12-20 см.

Таким образом фитомасса годичного отпада хвои соснового элемента меняется по возрастным этапам скачкообразно. Объяснить это можно случайностью величины отпада, которую составляют деревья из самых разных ступеней толщины.

Таблица 2 – Годичная фитомасса хвои, продуцируемая в сосновом насаждении

Между лесными биогеоценозами наблюдаются разнообразные постепенные переходы, структура которых позволяет построить лесотипологические классификации с различным числом элементарных подразделений и рангов. Объединение биогеоценозов в формации по преобладающим древесным породам не всегда имеет объективное обоснование. В хозяйственных лесах формации развиваются по сукцессионным рядам, поэтому их целесообразно использовать в качестве без рангового таксона.

Центральной проблемой лесной типологии со времен ее возникновения как научной дисциплины остается проблема познания сущности динамической природы типов леса, раскрытие закономерности их становления, развития и смены. То или иное представление о сущности типа леса диктует подход к определению объема и содержания этого понятия, к классификации типов леса, к выбору методов исследования и решения практических задач лесного хозяйства.

Наименование типа леса в классификации В. Н. Сукачёва и аналогичных  ему представляется по преобладающей древесной породе и другому характерному признаку, как правило — по преобладающему растению в кустарниковом, травяном или мохово-лишайниковом ярусе [2]. Сам В.Н. Сукачёв считал необходимым использование в качестве основы лесной типологии почвенной классификации, а использование характеристики по доминирующим растениям полагал её косвенным аналогом. Специфика экогенеза на уровне типа леса проявляется в способности лесного сообщества или биоценоза данного типа формировать свой особый вид почвы.

На практике понятие типа леса часто подменяется понятием типа лесорастительный условий, то есть совокупности однородных лесорастительных условий на покрытых и не покрытых лесом участках. Очевидно, что тип лесорастительных условий — понятие более широкое, чем тип леса. Типы лесорастительных условий устанавливаются по растениям-индикаторам эдафических условий или по показателям богатства и влажности почвы.

Наиболее совершенной следует считать такую классификацию типов леса, которая учитывает: рельеф местности, богатство почвы, влажность почвы, сходство в составе основного древесного яруса, класс бонитета и происхождения насаждения [3].

Важное значение в продуктивности и устойчивости насаждений имеет их горизонтальная структура в широком смысле этого понятия [4,5,6,7,8,9,10,11].

С развитием лесного хозяйства появилась потребность учитывать в классификации лесов и факторы лесообразования.

Цель исследований. Развитие насаждений напрямую связана с тем, в каком типе леса оно произрастает. Поэтому важно изучение связи типологической структуры сосновых древостоев в Шелеховском лесничестве и их продуктивности. Результаты исследований помогут при проведении лесоустроительных работ и назначении лесохозяйственных мероприятий.

Основной целью статьи является оценка варьирования таксационных показателей сосновых насаждений по типам леса. В основу данных исследований положены материалы лесоустройства Шелеховского лесничества, проведенные в 2011 г. по второму таксационному разряду, глазомерно – измерительным способом. Для соблюдения максимального соответствия все данные были взяты с карточек таксации.

Характеристика района исследований. Лесничество расположено в южной части Иркутской области в границах Шелеховского административного района. Территориально – это Иркутско-Черемховской равнина, геологическое строение которой относится к Юрскому периоду. Площадь представлена предгорной частью Байкало-Патомского нагорья. В 10 километрах к югу от Шелехова находится линия тектонических нарушений. Сейсмическая опасность здесь около 7-9 баллов по шкале Рихтера. Краевой прогиб относится к докембрийской складчатой платформе. Средняя высота лесничества над уровнем моря составляет около 460-1107 метров.

Климат района расположения лесничества резко континентальный, с преобладанием малоподвижных антициклонов зимой и интенсивной циклонической деятельностью летом. К климатическим факторам, отрицательно влияющим на рост и развитие древесной растительности, относятся глубокое промерзание почвы и весенне-осенние заморозки. Ранние осенние заморозки особенно опасны на почвах тяжелого механического состава, где часто наблюдается явление выжимания сеянцев и всходов. Среднегодовая температура воздуха составляет – 0,4 градуса, абсолютный минимум температуры наблюдается в январе – до -41,1°, абсолютный максимум приходится на июль +33,9°. Количество осадков за год в среднем составляет476 мм, продолжительность вегетационного периода – до 120 дней. Первые осенние заморозки регистрируются после середины августа, последние весенние могут продолжаться до середины июня. Средняя дата замерзания рек приходится на первую декаду ноября, вскрытие рек наблюдается в начале мая. Направление преобладающих ветров меняется в зависимости от времён года, в зимнее время преобладают ветры северо-западных направлений, в весенне-летний период – юго-восточные Глубина промерзания почвы зависит от толщины снежного покрова и составляет в среднем 200-250 см, мощность снежного покрова достигает в отдельные годы84 см. В целом климатические условия на территории лесничества являются достаточно благоприятными для произрастания древесной растительности, что подтверждается наличием высоких классов бонитета лесных насаждений.

Процесс почвообразования протекает на продуктах разрушения траппов, осадочных и карбонатных пород. Материнскими породами, на которых образовались почвы, являются глины и тяжёлые суглинки. Почвы Шелеховского района входят в зону подзолистых почв, образованию которых способствовали хвойные леса, обусловившие развитие подзолистого процесса.

Почвы лесничества представлены следующими разновидностями:

- светло-серые лесные оподзоленные среднесуглинистые;

- серые лесные оподзоленные среднесуглинистые;

- супесчаные и песчаные по террасам рек;

- аллювиальные в долинах рек.

Эрозионные процессы, в виду дренированности почв и отсутствие осадков ливневого характера, не наблюдаются.

Территория лесничества расположена в бассейне реки Бирюсы и её притоков.

По лесорастительному районированию, утверждённому приказом Минсельхоза РФ от 04.02.2009 г. № 37, Шелеховское лесничество относится к Среднесибирскому подтаёжно-лесостепному и Алтае-Саянскому горнотаежному лесным районам.

Основными лесообразующими породами в лесничестве являются сосна обыкновенная, лиственница сибирская, ель сибирская, пихта сибирская, кедр сибирский, береза повислая, тополь дрожащий (осина).

Результаты исследований. Основной целью работы (как было указано выше) это установление степени изменчивости таксационных показателей по типам леса. Для каждого типа леса сосняков была составлена таблица характеристик по условиям места произрастания, составу, возрасту, бонитету, высоте, полноте, запасу, подлеску и подросту (таблица 1).

Таблица 1 – Характеристика типов леса по данным исследования