Подрост – молодое  поколение  древесных растений под пологом древостоя или на непокрытых лесом землях, способное образовать новый древостой [1]. В соответствии со стандартом отрасли ОСТ 56-108-98 к подросту относится поколение древесных растений старше 2…5 лет, а в условиях севера – старше 10  лет  до образования молодняка или яруса древостоя [2].

Ученые лесоводы изучают сосновые древостои для биологических и хозяйственных целей. Например, Д.С. Собачкин и др. [3]  проводили исследования по биометрическим показателям деревьев в сосновых молодняках разных типов естественного и искусственного происхождения. Они установили закономерности распределения деревьев по диаметру, высоте и протяженности кроны в сосновых разногустотных молодняках на основе сравнительного анализа результатов лесоводственно-таксационного исследования. Изучение структуры молодняков, появившихся на вырубках естественным путем, позволяет спрогнозировать ход возрастных сукцессий и структуру будущего насаждения, и тем самым определить мероприятия по лесовосстановлению, а также по уходу не только на данном этапе роста, но и на протяжении всего цикла выращивания.

Известно, что количество и качество подроста под пологом леса во многом зависит от породы, слагающей древостой. Преимущество естественного возобновления с точки зрения биологии и экономики подчеркивал Г.Ф. Морозов [4].

Основными источниками, раскрывающими теоретические основы хода роста древостоя, явились работы Шарый М.А.[5], Нагимова З.Я., Нагимова В.З., Артемьевой И.Н. [6], Русскова В.Г. [7], Ерохиной З.В., Мельниченко В.М, Гераськиной К.О. [8].

Задачи исследования включали в себя следующие программные вопросы:

- изучить особенности средних показателей морфологических показателей подроста с учетом их освещенности;

- исследовать характер распределения биометрических показателей молодняка.

Цели и методика исследования. Сравнение морфологических показателей подроста сосны по средним значениям и с учетом распределения признаков на участках разной полноты.

Данная работа проводилась на территории Усинского лесничества. На площадях, отвечающих задачам работы, проводилось рекогносцировочное обследование материнских древостоев, определялись таксационные характеристики и состояние насаждений. Учет подроста под пологом древостоя и на открытом месте осуществлялся по методическим рекомендациям Побединского [9].

Для изучения влияния условий освещенности на прирост подроста специально подбирались древостои с полнотой 0,4 , 0,7 и участок на открытом месте. Работы проводились в конце вегетационного периода – в сентябре. Всего было заложено 3 пробных площади. На каждой пробной площади размещалось 30 опытных площадок 1*1 м, где проводился выборочный перечет подроста сосны (всходы не учитывались) с измерением линейных показателей. Площадки располагались в 3 ряда, в каждом ряде 10 пробных площадок. Расстояние между рядами и площадками 10 метров. Всего опытных площадок было 90. Схема размещения площадок приведена на рисунке 1.

На отобранных пробных площадях проведены измерения приростов, возраста по мутовкам, замер высоты, диаметр кроны и диаметр ствола у подроста сосны обыкновенной в разных условиях освещенности (разнополнотные древостои). Обмерены годичные приросты в высоту 131 подроста сосны на 3 пробных площадях. Кроме того, было заложено несколько пробных площадей с взятием модельных деревьев для удостоверения правильности измерения возраста по мутовкам. У моделей замерялись годичные приросты в высоту от верхушки ствола до шейки корня, диаметр ствола и диаметр кроны (рисунок 1).

Рисунок 1. Размещение и измерение подроста на опытных площадках

Экспериментальные исследования. Исходные данные подроста и молодняка, полученные с лесных участков трех категорий полнот: открытое место, полнота 0,4 и полнота 0,7 были обработаны статистическими методами. Оценка основных морфологических показателей представлена в таблицах 1-4.

Таблица 1- Средние статистические показатели по возрасту

Примечание: х- среднее значение, m_х- стандартная ошибка, А- ассиметричность, Е- эксцесс, V,%- коэффициент варьирования, Р,%- точность опыта, х_min- минимальное значение показателя, x_max- максимальное значение показателя

На первом участке возраст подроста сосны обыкновенной варьирует от 4 до 10 лет. Точность опыта с вероятностью Р=0,954 равна 5%. Это указывает на достаточность исходного материала для получения надежных выводов. Коэффициент варьирования 23,7 %, что соответствует по шкале Дворецкого большой изменчивости. Эксцессивность незначительно депрессивная, распределение симметричное. Ассиметричность  правосторонняя, смещение среднее. Средний возраст подроста 7±0,3 лет (таблица 1).

На втором участке возраст подроста сосны обыкновенной варьирует от 3  до 11 лет. Точность опыта с вероятностью Р=0,954 меньше 5%. Это указывает на достаточность исходного материала для получения надежных выводов. Коэффициент варьирования 28,7 %, что соответствует по шкале Дворецкого большой изменчивости. Эксцессивность незначительно депрессивная, распределение симметричное. Ассиметричность левосторонняя, смещение малое. Средний возраст подроста 7±0,3 лет (таблица 1).

На третьем участке возраст подроста сосны обыкновенной варьирует от 3 до 10 лет. Точность опыта с вероятностью Р=0,954 больше 5%. Это указывает на недостаточность исходного материала для получения надежных выводов. Коэффициент варьирования 26,7 %, что соответствует по шкале Дворецкого большой изменчивости. По эксцессивности распределение депрессивное. Ассиметричность левосторонняя, смещение малое. Средний возраст подроста 7±0,3 лет (таблица 1).

Возрастная структура указывает на единовременность возникновения молодых деревцев на лесных участках. Это можно объяснить тем, что 7 лет назад на данной территории прошел сильный низовой пожар, что способствовало возникновению одновозрастного подроста.

Таблица 2 – Средние статистические показатели по высоте

Проанализировав таблицу 2 можно сказать, что на первом участке высота подроста сосны обыкновенной варьирует от 41 до 282 см. Точность опыта с вероятностью Р=0,954 больше 5%. Это указывает на недостаточность исходного материала для получения надежных выводов. Коэффициент варьирования 51,5 %, что соответствует по шкале Дворецкого очень большой изменчивости. Распределение эксцессивное, ассиметричное, правостороннее. Средняя высота подроста 121±13,3 см.

На втором участке высота подроста сосны обыкновенной варьирует от 15 до 87 см. Точность опыта с вероятностью Р=0,954 больше 5%. Это указывает на недостаточность исходного материала для получения надежных выводов. Коэффициент варьирования 42,8 %, что соответствует по шкале Дворецкого большой изменчивости. По эксцессивности распределение депрессивное. Ассиметрия правосторонняя. Средняя высота подроста  41±2,4 см.

Таблица 3 – Средние статистические показатели по диаметру ствола

На третьем участке высота подроста сосны обыкновенной варьирует от 10 до 79,5 см. Точность опыта с вероятностью Р=0,954 больше 5%. Это указывает на недостаточность исходного материала для получения надежных выводов. Коэффициент варьирования 54 %, что соответствует по шкале Дворецкого очень большой изменчивости. По эксцессивности распределение симметричное, наблюдается незначительная депрессивность. Ассиметрия средняя, правосторонняя. Средняя высота подроста 35,7±2,7 см.

На первом участке диаметр ствола подроста сосны обыкновенной варьирует от 1 до 9 см. Точность опыта с вероятностью Р=0,954 больше 5%. Это указывает на недостаточность исходного материала для получения надежных выводов. Коэффициент варьирования 59,5 %, что соответствует по шкале Дворецкого очень большой изменчивости. Наблюдается незначительная эксцессивность. Смещение среднее, правостороннее. Средний диаметр ствола подроста 3,6±0,45 см (таблица 3).

На втором участке диаметр ствола подроста сосны обыкновенной варьирует от 0,4 до 1,3 см. Точность опыта с вероятностью Р=0,954 больше 5%. Это указывает на недостаточность исходного материала для получения надежных выводов. Коэффициент варьирования 34,5 %, что соответствует по шкале Дворецкого большой изменчивости. Распределение эксцессивное, смещение большое, правостороннее. Средний диаметр ствола подроста 0,6±0,03 см (таблица 3).

На третьем участке диаметр ствола подроста сосны обыкновенной варьирует от 0,3 до 1,2 см. Точность опыта с вероятностью Р=0,954 больше 5%. Это указывает на недостаточность исходного материала для получения надежных выводов. Коэффициент варьирования 35,8 %, что соответствует по шкале Дворецкого большой изменчивости. Распределение эксцессивное, смещение большое, правостороннее. Средний диаметр ствола подроста 0,5±0,02 см (таблица 3).

Таблица 4 – Средние статистические показатели по диаметру кроны

Проанализировав таблицу 4 можно сказать, что на первом участке диаметр кроны подроста сосны обыкновенной варьирует от 26 до 110 см. Точность опыта с вероятностью Р=0,954 больше 5%. Это указывает на недостаточность исходного материала для получения надежных выводов. Коэффициент варьирования 40 %, что соответствует по шкале Дворецкого большой изменчивости. Распределение депрессивное, смещение среднее, правостороннее. Средний диаметр кроны подроста 60±5,1 см.

На втором участке диаметр кроны подроста сосны обыкновенной варьирует от 6 до 47 см. Точность опыта с вероятностью Р=0,954 больше 5%. Это указывает на недостаточность исходного материала для получения надежных выводов. Коэффициент варьирования 57,2 %, что соответствует по шкале Дворецкого очень большой изменчивости. Наблюдается незначительная депрессивность, смещение среднее, правостороннее. Средний диаметр кроны подроста 21±2,3 см.

На третьем участке диаметр кроны подроста сосны обыкновенной варьирует от 13 до 44 см. Точность опыта с вероятностью Р=0,954 больше 5%. Это указывает на недостаточность исходного материала для получения надежных выводов. Коэффициент варьирования 41,5 %, что соответствует по шкале Дворецкого большой изменчивости. Распределение депрессивное, смещение малое, правостороннее. Средний диаметр кроны подроста 27±3,9 см.

Средние высоты, диаметр ствола и диаметр кроны молодых деревцев на всех участках различны. Это обусловлено тем, что при разной полноте условия роста для подроста отличаются (освещенность, температура, влага, доступность к минеральным веществам и т.п.).

Обобщенная характеристика участков представлена в таблице 5.

Таблица 5- Обобщенная характеристика участков

Для более детального изучения распределения морфологических признаков подроста были построены обобщенные гистограммы признаков, на которых более ясно видны закономерности биометрических признаков. Данные графики приведены ниже (рисунки 2-5).

На открытом месте точка максимума зафиксирована при возрасте 6 лет, а при полноте 0,7 и 0,4 при возрасте 7 лет и 6 лет соответственно. При этом в полноте 0,4 их две – это возраста 6 лет и 9 лет (рисунок 2). При этом, на открытом месте распределение идет более равномерно, нежели чем на других участках. При полноте 0,4 наибольшее количество деревцев приходится на высоту 30 см, а при полноте 0,7 на высоту 50 см (рисунок 3).

Рисунок 2. Распределение числа подроста по возрасту

Рисунок 3. Распределение числа подроста по высоте

На открытом месте распределение по диаметру ствола идет равномерно, а при полнотах 0,4 и 0,7 оно смещено влево. Максимальное число деревцев при полнотах 0,4 и 0,7 приходится на диаметр 1,3 см. 50 деревцев на полноту 0,7 и 46 деревцев на полноту 0,4. Максимальный диаметр при полноте 0,7 равен 4,3 см, при полноте 0,4- 6,3 см (рисунок 4).

Рисунок 4. Распределение числа подроста по диаметру стволика

Рисунок 5. Распределение числа подроста по диаметру кроны

При полноте 0,7 распределение смещено вправо, а на открытом месте и при полноте 0,4 распределение идет более равномерно. При полноте 0,7 больше всего деревцев приходится на диаметр кроны 16 см, меньше всего – 56 и 66 см. На открытом месте наибольшее количество деревцев при диаметре кроны 56 и 96 см. При полноте 0,4 встречаются деревца с диаметром кроны как 16 , так и 106 см (рисунок 5).

Вывод. Проанализировав, биометрические показатели подроста сосны по средним значениям и  изучив распределение морфологических признаков (возрасту, диаметру кроны, диаметра стволика и высоте) можно сделать следующие выводы:

- несмотря на то, что средний возраст на всех участках равен 7 лет, из распределения наглядно видно, что точек максимума несколько (открытое место – 6 лет, полнота 0,4 – 6 и 9 лет, полнота 0,7 – 7 лет), что оказало влияние на средние показатели подроста по морфологическим признакам;

-на открытом месте формируется более высокий подрост, в сравнении с полнотой 0,4 и 0,7;

-распределение числа подроста по диаметру стволиков при полнотах 0,4 и 0,7, почти идентичны, т.е. фактор полноты не сыграл значительной роли на формирование диаметра ствола;

-в высокополнотном  участке (полнота 0,7) диаметр кроны у деревцев меньше, чем на открытом месте и на более разреженном участке (полнота 0,4), что связано с влиянием света на размер кроны.

Таким образом, возрастная структура подроста вместе со световым фактором оказывает значительное влияние на морфологические показатели молодняков сосны изучаемого района.

Сосна обыкновенная – древесная порода, которая занимает в лесном хозяйстве России, несомненно, одно из самых первых мест. Значение ее велико, как с точки зрения получения древесины – это самый ценный у нас строительный материал, существенная часть нашего лесного экспорта, так и с точки зрения искусственного разведения – это один из видов, посев и посадка которого имеет преобладающее значение [1].

Сосна порода не очень требовательная в отношении климата и почвы, поэтому «сосновое хозяйство» возможно в самых разнообразных почвенно-климатических условиях. Этим же обстоятельством объясняется столь обширная область распространения, которую занимает сосна обыкновенная, встречаясь от западных границ России и до побережья Охотского моря на Дальнем Востоке [2].

Морфологические взаимосвязи, по мнению А.А. Вайса определяют комплекс различных процессов, которые влияют как на рост, так и на состояние насаждений [3,4,5,6,7].

Ермакова М.В. выявила взаимосвязь постепенного увеличения численности деревьев с морфологическими нарушениями ствола с возрастанием признаков антропогенного воздействия [8].

Итешина Н.М., Данилова Л.Н., Петров Л.В. установили, что сосновые древостои искусственного происхождения имеют более высокие темпы роста по сравнению с естественными. Произрастая в одинаковых лесорастительных условиях, лесные культуры имеют более высокие значения диаметров, высоты, сумм площадей сечений и запасов по сравнению с естественными сосняками. К возрасту спелости эти различия выравниваются. Однако возраст, в котором отмечается выравнивание основных таксационных показателей в различных лесорастительных условиях, не одинаков [9].

Вайс А.А. установил, что в процессе роста в насаждении упорядочивается пространственная структура и возрастает влияние деревьев друг на друга. Индекс конкуренции как показатель, отражающий процессы роста в динамике, имеет ряд ограничений [10].

Цель работы заключается в определении тесноты морфологической взаимосвязи подроста сосны в зависимости от местоположения подроста (под пологом, без полога).

Объекты и методика исследований. Объекты исследований располагались на территории Усинского лесничества. Для проведения исследований подбирались участки леса с полнотой 0,4, 0,7 и открытое место.

Работы проводились в конце вегетационного периода – в сентябре. Всего было заложено 3 пробных площади. На каждой пробной площади размещалось 30 опытных площадок 1*1 м, где проводился выборочный перечет подроста сосны (всходы не учитывались) с измерением линейных показателей. На отобранных пробных площадях проведены измерения приростов, возраста по мутовкам, замер высоты, диаметр кроны и диаметр ствола у подроста сосны обыкновенной в разных условиях освещенности (разнополнотные древостои).
Обмерены годичные приросты в высоту 131 подроста сосны на 3 пробных площадях.

Экспериментальные исследования.
Морфологические взаимосвязи стволов сосны рассматриваем на двух участках: на открытом месте и под пологом. Для каждой морфологической взаимосвязи определяется коэффициент корреляции. Значения коэффициента корреляции приведены в таблице 1. Корреляция определяется по шкале Пирсона.

Шкала Пирсона:

0-0,30- слабая корреляция,

0,31-0,50- умеренная корреляция,

0,51-0,70- значительная корреляция,

0,71-0,90- высокая корреляция,

0,91 и более – очень высокая корреляция.

Таблица 1 – Коэффициент корреляции молодых деревцев на открытом месте и под пологом

Из таблицы видно, что на открытом месте связь выше, чем под пологом. Это можно объяснить тем, что на открытом месте более однородные условия среды, чем под пологом.

Графики морфологических взаимосвязей молодых деревцев приведены ниже.

У связи высоты (Н) и возраста (А) молодых деревцев сосны обыкновенной (открытое место) коэффициент корреляции по шкале Пирсона очень высокий. Форма связи – линейная. Вид связи – прямая (рисунок 1).

У связи высоты и возраста подроста сосны обыкновенной (под пологом) коэффициент корреляции по шкале Пирсона значительный. Форма связи – нелинейная. Вид связи – на начальном этапе прямая, с 6 лет до 9 лет обратная и с 9 лет-прямая (рисунок 2).

Рисунок 1. Связь высоты и возраста молодых деревцев на открытом месте

Рисунок 2 . Связь высоты и возраста молодых деревцев под пологом

У связи диаметра ствола (d₀) и возраста молодых деревцев сосны обыкновенной (открытое место) коэффициент корреляции по шкале Пирсона очень высокий. Форма связи – линейная (рисунок 3).

У связи диаметра ствола и возраста подроста сосны обыкновенной (под пологом) коэффициент корреляции по шкале Пирсона значительный. Форма связи – нелинейная. Вид связи – с 3 лет до 6 лет – прямая, с 6 лет – обратная (рисунок 4).

У связи диаметра кроны (DK) и возраста молодых деревцев сосны обыкновенной (открытое место) коэффициент корреляции по шкале Пирсона очень высокий. Форма связи – линейная. Вид связи – прямая (рисунок 5).

У связи диаметра кроны и возраста подроста сосны обыкновенной (под пологом) коэффициент корреляции по шкале Пирсона значительный. Форма связи – нелинейная (рисунок 6).

Рисунок 3. Связь диаметра стволика и возраста молодых деревцев на открытом месте

Рисунок 4. Связь диаметра стволика и возраста молодых деревцев под пологом

Рисунок 5. Связь диаметра кроны и возраста молодых деревцев на открытом месте

Рисунок 6. Связь диаметра кроны и возраста молодых деревцев под пологом

Проанализировав графики можно сказать, что морфологические признаки подроста сосны на открытом месте распределены прямо пропорционально, а именно, с увеличением возраста морфологические показатели увеличивается, а у подроста под пологом такой закономерности не наблюдается.

Вывод. Изучив распределение морфологических признаков (возрасту, диаметру кроны, диаметра стволика и высоте) можно сделать следующие выводы:

-развитие подроста в высоту в меньшей степени зависит от возраста;

-рост по диаметру с возрастом определяет конкуренцию будущего поколения;

-развитие крон с возрастом в наибольшей степени зависит от уровня освещенности и конкуренции;

-на открытом месте связь морфологических признаков подроста выше, чем под пологом.

Текущий прирост молодых деревьев является объективным показателем для оценки состояния подроста, так как древостой может оказывать на него как отрицательное, так и положительное воздействие [1].

Известно, что количество и качество подроста под пологом леса во многом зависит от породы, слагающей древостой. На преимущество естественного возобновления с точки зрения биологии и экономики подчеркивал Г.Ф. Морозов [2].

Вайс А.А. установил, что в процессе роста в насаждении возрастает влияние деревьев друг на друга [3].

Итешина Н.М., Данилова Л.Н., Петров Л.В. определили, что сосновые древостои естественного происхождения имеют более низкие темпы роста по сравнению с искусственными насаждениями [4].

Основными источниками, раскрывающими вопросы морфологических взаимосвязей которые влияют как на рост, так и на состояние насаждений явились работы Вайса А.А. [5,6,7].

Целью исследования являлась оценка роста молодняка в высоту под пологом и на открытом месте.

Объекты и методика исследований. Объекты исследований располагались на территории Усинского лесничества. Для проведения исследований подбирались участки леса с полнотой 0,4, 0,7 и открытое место.

Работы проводились в конце вегетационного периода – в сентябре. Всего было заложено 3 пробной площади. На каждой пробной площади размещалось 30 опытных площадок 1*1 м, где проводился выборочный перечет подроста сосны (всходы не учитывались) с измерением линейных показателей. На отобранных пробных площадях проведены измерения приростов, возраста по мутовкам, замер высоты, диаметр кроны и диаметр ствола у подроста сосны обыкновенной в разных условиях освещенности (разнополнотные древостои).
Обмерены годичные приросты в высоту 131 подроста сосны на 3 пробных площадях [8].

Экспериментальные исследования. Прирост деревьев в сосняках является важнейшим таксационным показателем как отдельно стоящего дерева, так и всего древостоя. С помощью прироста можно оценить потенциальную продуктивность древостоя, добротность условий местопроизрастаний, конкурентные взаимоотношения между компонентами насаждений.

Текущий прирост молодых деревцев сосны обыкновенной является объективным показателем, который характеризует их рост и состояние, а также синтезирует результаты жизнедеятельности растительного организма.

Для идентификации прироста молодых деревцев в высоту с целью разделения подроста сформированных под влиянием экологических факторов были построены графики зависимости прироста по годам и прироста с учетом возраста. Данные графики приведены ниже.

Рисунок 1. Зависимость прироста молодых деревцев по годам

Проанализировав график зависимости приростов по годам можно сказать, что на открытом месте минимальный прирост подроста наблюдался в 2008 году, а максимальный прирост зафиксирован в 2011 году. Также можно сказать, что средний прирост варьирует в пределах 7 см. Под пологом древостоя минимальный прирост подроста наблюдался в 2000 и 2003 году, максимальный прирост в 2005 году. Прирост подроста сосны по высоте по годам в абсолютном выражении показал его динамичность. Изменение прироста в пределах пробной площади может различаться по всем годам, либо иметь сходство в отдельные годы (рис.1).
Данные изменения в приросте сосны обыкновенной можно объяснить тем, что в разные годы климатические факторы по-разному влияли на рост подроста сосны обыкновенной.

Рисунок 2. Зависимость прироста подроста от возраста

Из графика зависимости прироста с учетом возраста видно, что на открытом месте с увеличением возраста прирост увеличивается (прямая зависимость). Минимальный прирост подроста наблюдался в возрасте 4 лет, максимальный в 10 лет. На открытом месте интенсивность роста тем больше, чем крупнее подрост. Под пологом леса минимальный прирост наблюдался в возрасте 8 лет и резко увеличился в возрасте 9 лет. Под пологом нет строгой закономерности как на открытом месте, так как на прирост под пологом большое влияние оказывают лимитирующие факторы (свет, биогенные вещества, течение и давление среды, почва, пожары, микросреда и т. д.).

В состоянии самосева молодые деревца имеют малоразвитую корневую систему и небольшую листовую поверхность. По мере разрастания корней и листьев ассимилирующая способность крон возрастает, увеличивается прирост древесины. Плохой рост подроста сосны, под пологом взрослых древостоев, обусловлен не только недостатком света, но и тем, что деревья материнского древостоя своими мощными и хорошо развитыми корнями перехватывают питательные вещества и влагу из почвы. На жизнедеятельность корней существенно влияет вода, находящаяся на иллювиальном горизонте, которая чаще всего возникает весной после таяния снега. При высоком ее стоянии задерживается жизнедеятельность корней, снижается продолжительность вегетационного периода и, как следствие, уменьшается прирост. Сосна – светолюбивая порода и хорошо растет только без затенения. Следовательно, на открытом месте интенсивность прироста значительно выше, чем под пологом.

Вывод. Изучив распределение молодняка по возрастам и по годам на открытом месте и под пологом можно сделать следующие выводы:

- на открытом месте минимальный прирост подроста наблюдался в 2008 году, а максимальный прирост выявлен в 2011 году;

- под пологом древостоя минимальный прирост подроста наблюдался в 2000 и 2003 году, максимальный прирост в 2005 году;

- величина прироста в пределах пробной площади может различаться по всем годам, или иметь сходство в отдельные годы;

- на открытом месте интенсивность роста тем больше, чем крупнее подрост;

- под пологом нет определенной закономерности как на открытом месте, так как на прирост под пологом большое влияние оказывают лимитирующие факторы (свет, биогенные вещества, течение и давление среды, почва, пожары, микросреда и т. д.);

- на открытом месте интенсивность прироста значительно выше, чем под пологом.