PATTERNS IN THE STRUCTURE OF SECONDARY GENERATION PINE STANDS BY DIAMETER IN THE NORTHERN TAIGA REGION OF ARKHANGELSK OBLAST
PATTERNS IN THE STRUCTURE OF SECONDARY GENERATION PINE STANDS BY DIAMETER IN THE NORTHERN TAIGA REGION OF ARKHANGELSK OBLAST
Abstract
The work presents the results of a study of the patterns in the diameter composition of secondary generation pine stands growing in the northern taiga region of Arkhangelsk Oblast. The research used data from sample plots of the state forest inventory, as well as sample plots established in plantations in accordance with generally accepted methods. The sites are located in commercial and protective forests and have been subjected to thinning in accordance with forestry requirements. The aim of the research is to evaluate the structure of secondary generation pine stands by taxation diameter, taking into account the influence of the thinning system. Changes in the growth of stands as a result of forestry measures require adjustments to taxation standards. The results of the studies have established that the examined forest ecosystems are dynamic, developing communities that perform their economic functions of growing timber in demand. Continued differentiation of pine tree trunks and the formation of stands as a result of competition and the impact of forestry measures have been noted. Series of distributions of the number of trees by diameter were obtained depending on the average diameter of the stand and their model. There is a leftward shift in the modal value for all series of tree diameter distributions. Studying the characteristics of the structure formation of secondary generation pine stands growing in the northern taiga region of Arkhangelsk Oblast will make it possible to develop recommendations for improving sustainable forest management and refine taxation standards.
1. Введение
Разработка лесоводственно-таксационных нормативов для оценки состояния, роста и структуры северо-таежных насаждений после проведения выборочных рубок, рубок ухода и других хозяйственных мероприятий направлена на повышение интенсификации лесного хозяйства, повышение экономической эффективности ведения лесного хозяйства и лесопользования , . Разработка лесоводственно-таксационных нормативов для назначения рубок ухода, оценки состояния и роста производных насаждений после проведения рубок ухода является важной задачей по повышению эффективности управления лесным хозяйством, предусмотренной государственной политикой в области использования, охраны, защиты и воспроизводства лесов , , . Основными нормативами рубок ухода являются: время начала и окончания рубок ухода, их интенсивность и повторяемость. Нормативы устанавливаются с учетом природно-экономических особенностей региона, начальной и целевой характеристик насаждения . В связи с этим вопросы роста деревьев в насаждении, формирования ствола, дифференциации параметров деревьев после проведения рубок ухода в условиях северо-таежного региона становятся особо актуальными и имеют существенные отличия от роста в насаждениях вторичных генераций, сформировавшихся без проведения системы лесохозяйственных мероприятий , , , .
Целью исследования является изучение особенностей строения сосняков вторичных генераций по таксационному диаметру в результате проведения рубок ухода различной интенсивности и их последствий в различных лесорастительных условиях для совершенствования нормативов назначения и оценки рубок ухода в Северо-таежном районе Европейской части РФ.
2. Объекты и методы исследования
Район исследования расположен в северо-таежном лесном районе Архангельской области. Исследования проведены на 15 пробных площадях, заложенных с учетом ОСТ 56-69-83 «Площади пробные лесоустроительные» в период с 2020 по 2024 гг. в насаждениях сосны, сформировавшихся на вырубках 60-х годов в результате проведения системы рубок ухода. Размеры пробных площадей составили от 0,25 до 0,5 га, в зависимости от изменчивости признака. Исследуемые насаждения были III и IV класса бонитета, с полнотой древостоев 0,8±0,1. Также были использованы материалы измерений таксационных диаметров деревьев на пробных площадях государственной инвентаризации лесов (ГИЛ). Всего были использованы материалы 51 пробной площади ГИЛ. На пробных площадях были проведены замеры диаметров всех деревьев сосны и деревьев остальных пород, начиная с таксационного диаметра 2,0 см на высоте 1,3 м от шейки корня с точностью до 0,1 см. Для каждого дерева отмечали категорию IUFRO по тенденции роста. На основе взятия кернов изучена динамика приростов сосны по диаметру. Типы леса — сосняк черничный, брусничный, долгомошный. Лесохозяйственные мероприятия в данных насаждениях проводились в виде рубок ухода прочистки, прореживания, проходные рубки. Выборочные совокупности проверены на нормальность распределения. Средний диаметр сосны в материалах исследований составил 16,2±2,6 см с колебаниями от 2,0 до 43,5 см, стандартное отклонение ±7,0 см. Средний показатель асимметрии выборок составил 0,14, эксцесс — минус 0,30. Уровень надежности составил 0,48–0,87. Колебания возраста сосны на объектах исследования находятся, в основном, в пределах от 30 до 75 лет. Начало формирования разновозрастности не отмечено, т.е. возраст отдельных деревьев на объектах исследования колеблется в пределах одного-двух классов возраста. Деревья старого поколения сосны учитывали отдельно, и они представлены оставленными семенниками в среднем 1,6% от общего количества. Средний таксационный диаметр таких деревьев составил 26,2±2,1 см, основное отклонение ±7,6 см, изменчивость — 30%. Кривые распределения числа деревьев сосны по таксационному диаметру могут рассматриваться как одновершинные. Средний обобщенный состав древостоев — 8С1Б1Е+Ос.
3. Результаты исследования и их обсуждение
Строение древостоев по диаметру является одним из наиболее важных параметров для выявления закономерностей формирования древостоев, назначения лесохозяйственных мероприятий , , .
На основании данных перечетов деревьев на пробных площадях получены ряды распределения числа растущих и сухостойных деревьев по таксационному диаметру для древостоев разных средних диаметров по ступеням толщины (см. табл. 1, рис. 1).
Таблица 1 - Ряды распределения числа растущих деревьев сосны по ступеням толщины
Ступени толщины, см | Древостои различных средних диаметров, % | ||||
Средний диаметр 16 см | Средний диаметр 18 см | Средний диаметр 20 см | Средний диаметр 22 см | Средний диаметр 24 см | |
8 | 11,0 | 7,4 | 4,2 | 2,2 | 0,5 |
12 | 20,5 | 15,3 | 11,0 | 7,2 | 4,1 |
16 | 28,2 | 23,4 | 20,0 | 16,0 | 10,0 |
20 | 26,2 | 27,0 | 26,5 | 23,6 | 21,1 |
24 | 9,4 | 18,0 | 22 | 24,8 | 25,0 |
28 | 3,0 | 6,0 | 11 | 15,6 | 20,8 |
32 | 1,1 | 2,1 | 4,1 | 7,3 | 12,8 |
36 | 0,5 | 0,6 | 1,0 | 2,8 | 4,7 |
40 | 0,1 | 0,2 | 0,2 | 0,5 | 1,0 |
Ряды распределения числа деревьев по диаметру описываются уравнениями 1–5 (см. табл. 2).
Так как варьирование фактического числа деревьев по градациям диаметра достаточно высоко, уравнения аппроксимации рассчитывали по усредненным данным.
Таблица 2 - Уравнения аппроксимации рядов распределения по диаметру числа растущих деревьев сосны
Средний диаметр древостоя, см | Вид уравнения | Показатель точности апроксимации | my | F | № |
16 | Y=0,293+29,039·exp(0,5((X-16,387)/54972) | 0,99 | 1,75 | 108 | 1 |
18 | Y=-0,732+28/171·4·exp((-X-18,396)/3,964) | 1,25 | 173 | 2 | |
20 | Y=-5,188+32,324/(1+((X-20,216)/7,9762) | 0,79 | 399 | 3 | |
22 | Y=(-0,004-0,006·X+0,0137·X2-0,0003·X3)/(1-0,149·X+0,01·X2-0,0003·X3+4,79·X4) | 0,71 | 188 | 4 | |
24 | Y=-0,502+25,736·exp(-0,5·(X-24,272)/6,480)2 | 0,72 | 455 | 5 |
Примечание: my – основная ошибка уравнения апроксимации; F – критерий Фишера
Следует отметить, что основная естественная дифференциация деревьев сосны по диаметру происходит в тонкомерных ступенях толщины. Рубки ухода прореживания и проходные обеспечивают формирование менее растянутых рядов распределения, меньшую изменчивость диаметров деревьев в древостое , .
Средняя категория IUFRO составила 1,3±0,07, что говорит о достаточно высокой перспективности формирования высокопродуктивных древостоев. Средняя ширина годичного слоя в последний 40-летний период находится на уровне 1,4±0,1 мм с колебаниями в отдельные годы. Спектральный анализ динамики приростов показал наличие 5, 15, 20-летних циклов изменения величины прироста, что в большей степени определяется климатическими условиями.
Рисунок 1 - Распределение числа растущих деревьев сосны (а) и сухостойных деревьев (б) по ступеням толщины для древостоев разных средних диаметров
Отпад деревьев составляет существенную часть потери потенциального запаса древостоя. Доля валежа от общего числа деревьев составила от 5 до 10%. Распределение числа валежных деревьев не имеет закономерного характера как по числу деревьев, так и по запасу, но имеет общую тенденцию увеличения числа отпавших деревьев в сторону тонкомерных ступеней.
Для характеристики распределения деревьев на объектах исследования в пределах ступеней толщины рассчитали статистические показатели (см. табл. 3).
Таблица 3 - Характеристики распределения числа деревьев на объектах исследования в пределах ступеней толщины
Ступени толщины, см | Минимум | Максимум | Среднее значение | Среднее квадратичное отклонение | Коэффициент изменчивости, % | Точность опыта, % |
8 | 6,0 | 9,9 | 7,8±0,08 | 1,17 | 15,0 | 1,1 |
12 | 10,0 | 13,9 | 11,9±0,11 | 1,15 | 9,6 | 0,8 |
16 | 14,0 | 17,9 | 15,8±0,10 | 1,16 | 7,2 | 0,6 |
20 | 18,0 | 21,9 | 19,9±0,11 | 1,27 | 6,4 | 0,6 |
24 | 22,0 | 23,9 | 22,9±0,07 | 1,07 | 2,7 | 0,3 |
28 | 26,0 | 29,9 | 27,6±0,13 | 1,19 | 4,3 | 0,5 |
32 | 30,0 | 33,9 | 31,7±0,21 | 1,16 | 3,7 | 0,7 |
36 | 34,0 | 37,9 | 35,1±0,27 | 1,08 | 3,1 | 0,8 |
40 | 38,0 | 41,9 | 40,1±0,75 | 1,87 | 4,6 | 1,9 |
Для установления интенсивности выборки при рубках ухода, соответствующей лесоводственным требованиям с учетом региональных особенностей, важно кроме рядов распределения установить место среднего дерева в различных лесорастительных условиях . В таблице 4 показано место среднего диаметра в сосновых древостоях различных средних диаметров.
Таблица 4 - Место среднего диаметра в сосновых древостоях вторичных генераций
Средний диаметр древостоя, см | 16 | 18 | 20 | 22 | 24 |
Число деревьев тоньше среднего дерева, % | 64 | 62 | 58 | 55 | 50 |
Стоит отметить, что уменьшение доли деревьев, имеющих диаметр меньше среднего, с ростом среднего диаметра древостоя объясняется влиянием рубок ухода, при которых удалялись деревья с диаметром выше среднего, а также в тонкомерной части и естественным процессом роста оставленных деревьев.
Небольшой диапазон рядов распределения деревьев по таксационному диаметру обусловлен проведением рубок ухода прореживание и проходные рубки при которых была проведена выборка толстомерной части. Тонкомерная часть древостоя при уходах выбиралась только на волоках.
Коэффициенты изменчивости диаметров деревьев в сосняках вторичных генераций с увеличением средних диаметров увеличиваются в связи с возрастанием количества представителей в толстомерных ступенях.
Распределения числа деревьев по ступеням толщины имеют достоверное различие, установленное по критерию Колмогорова-Смирнова между древостоями разных средних диаметров.
Отмечается закономерное смещение места среднего диаметра в сторону толстомерных ступеней с повышением среднего диаметра древостоев. Связь выражается уравнением 1:
где N — число деревьев с таксационным диаметром меньше среднего, шт.; Дср — средний диаметр древостоя, см.
4. Заключение
В ходе исследований были установлены особенности строения сосновых древостоев вторичных генераций, произрастающих в северо-таежном районе Архангельской области, по таксационному диаметру. Отмечено наличие закономерных связей количества деревьев по градациям таксационного диаметра со средним диаметром древостоев. На основе выявленных закономерностей построены ряды распределения числа деревьев различных качественных категорий по ступеням толщины и разработаны компьютерные модели.
На основе проведенного исследования можно предложить при назначении и оценке рубок ухода в сосняках вторичных генераций в возрасте от 30 до 60 лет использовать полученные модели рядов распределения числа доревев по диаметру, в зависимости от текущего среднего диаметра древостоя, а также при таксационной оценке насаждений, пройденных рубками ухода, применять полученные аппроксимирующие уравнения в целях прогнозирования изменения распределения по диаметру.
Установленные закономерные связи позволят разработать и уточнить нормативы таксации, нормативы назначения рубок ухода в сосновых насаждениях, произрастающих в северо-таежном районе Архангельской области.