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.