ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2010, № 5, с. 20-30
_ ОРИГИНАЛЬНЫЕ _
СТАТЬИ
УДК 630*582.475.2:630*181.21(1-924)
РАДИАЦИОННЫЙ РЕЖИМ В ЗАБОЛОЧЕННОМ СТАРОВОЗРАСТНОМ ЕЛЬНИКЕ ПОДЗОНЫ СРЕДНЕЙ ТАЙГИ*
© 2010 г. Э. П. Галенко
Институт биологии Коми НЦ УрО РАН Е-та11: galenko@ib.komisc.ru 167982 Сыктывкар, Коммунистическая, 28 Поступила в редакцию 01.10.2008 г.
Установлены количественные параметры радиационных характеристик климата старовозрастного ельника чернично-сфагнового на полугидроморфных почвах средней подзоны тайги. Рассматривается поступление солнечной радиации в сезонной динамике и в зависимости от условий облачности. Определена суточная динамика светового поля в пологе древостоя. Выявлены коэффициенты пропускания и поглощения световых потоков, проведено их сравнение с сосняком и сосново-еловым древостоем средней тайги. Даны величины поглощенной и отраженной солнечной радиации, альбедо хвойного фитоценоза.
Север, тайга, ельник, солнечная радиация, пространственно-временная динамика режима радиации в древостое.
Взаимодействие лесной растительности и солнечной радиации проявляется в процессах пропускания, поглощения, отражения солнечной энергии и фотосинтетической активности зеленого листа. Характер и режим освещенности во многом определяет развитие фитоценозов. В литературе накоплен большой материал, касающийся радиационного режима в различных растительных сообществах [4, 7, 18, 19, 21 27, 29, 35 и др.]. Но в еловых древостоях европейской тайги отдельные аспекты этого процесса раскрыты в единичных случаях [2, 3, 9, 11, 13, 17, 32].
Установлено, что еловые сообщества с неравномерным распределением деревьев по площади, разновысотностью древесного полога, участием в составе лиственных пород, имеющих ажурную крону, характеризуются высокой вариабельностью световых условий. Пропускание солнечной радиации в ельнике в зависимости от лесорасти-тельных зональных особенностей, мозаичности светового поля в древостое может изменяться от 12-15 до 40%, составляя в среднем за период вегетации 23.5% [2, 4]. Доля поглощенной радиации пологом древесного яруса колеблется от
30 до 92% [2-4, 19]. Альбедо полога сомкнутого ельника равно 8-16% [4, 16, 19, 22].
Цель наших исследований получить характеристики и оценить пространственно-временную динамику режима солнечной радиации в древостое северного старовозрастного заболоченного ельника.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА
Исследования проводились на Ляльском лесо-экологическом стационаре Института биологии Коми НЦ УрО РАН, который расположен в средней подзоне тайги европейского Северо-Востока (62°17' с.ш., 50°40' в.д.). Для данной территории характерно преобладание еловых лесов.
Наблюдения проведены в ельнике чернич-но-сфагновом (ПсееШт myrtillososphagnosum). Древесный ярус фитоценоза сформирован елью с примесью пихты, березы, сосны. Состав древостоя 9Е1Б+С, полнота 0.7, V класс бонитета, запас древесины 194 м3 га-1, разновозрастный. Средний диаметр ели 20 см, средняя высота 16 м. Относительно хорошо развит подлесок из шипов-
* Работа поддержана РФФИ (07-04-00104) и Программой Президиума РАН № 16.
ника, ивы, можжевельника, рябины, жимолости. Подрост из ели, пихты, березы (5.6 тыс. экз. га1). Травяно-кустарничковый ярус с проективным покрытием 60-70% образуют 15 видов растений (черника, хвощ, осока, линнея северная, седмичник, майник и др.). Моховой покров из сфагновых и зеленых мхов занимает 80-90% поверхности. Почва торфянисто-подзолисто-глееватая, супесчаная, подстилаемая суглинками. Фитоценоз входит в динамический ряд заболачивания ельников черничных [5].
Изучение распределения солнечной радиации внутри полога древостоя проведено по вертикальному профилю в парцелле - характерном для ельника фрагменте древостоя. Для решения поставленной задачи была сооружена деревянная вышка высотой 20 м с выносными площадками в кроновое пространство длиной 3.5 м. На
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Сезонная динамика поступающей солнечной радиации. Состояние и рост растений фитоценоза находятся в прямой зависимости от количества и интенсивности поступающей суммарной солнечной радиации и ее поглощения растением. Полог разновозрастного елового древостоя не образует единого равномерного слоя, поэтому характер освещенности древесного яруса по вертикали может существенно отличаться от сообщества к сообществу. В течение вегетационного сезона (май-сентябрь) наибольшие суммы солнечной радиации наблюдаются в мае-июле и достигают 630-680 МДж мес-1. В августе поступление солнечной радиации уменьшается в среднем на Уз, а в сентябре составляет менее 40% от июльской величины (табл. 1). По нашим наблю-
Таблица 1. Сезонная динамика поступления суммарной солнечной радиации, МДж мес 1
Год Месяц Сезон
май июнь июль август сентябрь
2004 517.45 502.78 676.7 445.977 210.76 2353.667
2005 643.28 627.07 576.15 379.825 273.6 2499.925
Среднее за 2004-2005 гг. 580.365 564.925 626.425 412.901 242.18 2426.796
% от максимума в июле 93 90 100 66 39 -
площадках были установлены 10 датчиков солнечной радиации, подключенных на запись в автоматизированную систему сбора фитоклима-тических данных на базе персонального компьютера. Наблюдения проведены с 21 мая по 25 октября в 2004 г. и с 14 мая по 14 октября в 2005 г. Информация фиксировалась круглосуточно каждые 15 мин. Датчиками регистрации солнечной радиации служили термоэлектрические пирано-метры Ю.Д. Янишевского [34], фиксирующие поступающую коротковолновую интегральную солнечную радиацию (ИНТ) и соединенные в паре с альбедометрами, фиксирующими отраженную солнечную радиацию. Показания снимались на пяти уровнях высоты: 20 м - над пологом древостоя, 13 м - верхняя треть, 9 м - середина, 4.5 м -нижняя треть кронового пространства, 1.8 м -подпологовое пространство. Полученные данные обрабатывались в программе ЕХСЕL. Суммы поступающей солнечной радиации над пологом леса на высоте 20-22 м за каждые сутки, месяц, сезон определялись по Licor-1200. Коэффициент поглощения солнечной радиации древесным ярусом рассчитывался по формулам Ю.Л. Раунера [28], Э.П. Галенко [11].
дениям, в июне-августе число ясных (малооблачных) дней в среднем составило 23%, дней с переменной облачностью - 61, пасмурных - 16%. В северной тайге эти показатели составляют соответственно 24, 43 и 33%. Значит, в условиях средней тайги по сравнению с северной подзоной тайги пасмурных дней в 2 раза меньше, за счет чего увеличивается число дней с переменной облачностью. Повторяемость малооблачных дней в обеих подзонах тайги почти равнозначна (23-24%). В зависимости от облачности средняя величина поступающей солнечной радиации может уменьшиться до 73-75%, а в абсолютно пасмурный день до 33-38% (табл. 2).
Таблица 2. Поступление солнечной радиации при различных условиях облачности, МДж сут-1
Год, месяц Ясно Переменно, % Пасмурно, %
2006
Июнь 24.84 18.55 75 8.09 33
Июль 22.95 17.02 74 8.33 36
Август 19.47 14.30 73 7.48 38
Суточная динамика суммарной солнечной радиации на разных уровнях высоты в древостое. Максимальные значения поступающей к верхней границе полога древостоя солнечной радиации в мае-июле при ясном небе варьируют в пределах 1000-1200 Вт м-2. Солнечная радиация интенсивностью более 500 Вт м-2 имеет место при открытом солнечном диске в малооблачную погоду над кронами в 60% случаев и в верхней части полога в 27% случаев. При переменной облачности над кронами такая освещенность может быть в 41% случаев. В пасмурную погоду при высоте облаков 2000-6000 м освещенность над пологом леса снижается до 400-500 Вт м-2 (в 2-2.5 раза), а при облачности ниже 2000 м - до 200-250 Вт м-2 (в 5-6 раз). Поступление солнечной радиации слабой интенсивности (< 100 Вт м-2) в 100% случаев наблюдалось во всей толще древостоя при сплошной низкой облачности (высота облачности
менее 200-300 м). При переменной облачности и сплошной облачности среднего яруса низкая интенсивность солнечной радиации зафиксирована под пологом древостоя и в нижней трети кронового пространства (табл. 3).
Пропускание солнечной радиации пологом древостоя. На нисходящий поток радиации большое влияние оказывают структура древостоя, ажурность крон и просветы между ними. Кроме того, снижение светового довольствия находится в прямой зависимости от облачности, нарастания плотности фитомассы по мере углубления в кроновое пространство, от высоты Солнца над горизонтом и азимута солнечных лучей. Ранее нами [9-11] было показано, что пропускание потоков солнечной радиации в межкроновых просветах хвойных фитоценозов северной подзоны тайги составляет 22-43%, что в 3-4 раза больше по сравнению с ельниками и сосняками зоны елово-широ-
Таблица 3. Повторяемость градаций интенсивности солнечной радиации в древесном пологе при различных условиях облачности, %
Условия облачности Местоположение Высота, м Интенсивность солнечной радиации, Вт м 2
<100 100200 200300 300400 400500 500600 600700 700800 800900 9001000 >1000
Под пологом 1.8 97 3
Нижняя треть 4.5 95 3 2
крон
Малооблач- Середина крон 9.0 - - - - - - - - - - -
но Верхняя треть 13.0 51 11 11 0 0 0 6 3 9 9
крон
Над пологом 20.0 0 17 11 9 3 6 3 11 11 15 14
Под пологом 1.8 100
Нижняя треть 4.5 100
крон
Переменно Середина крон 9.0 93 7
Верхняя треть 13.0 67 26 7
крон
Над пологом 20.0 7 13 13 13 13 7 13 14 7
Под пологом 1.8 100
Сплошная Нижняя треть 4.5 100
облачность крон
среднего Середина крон 9.0 84 16
яруса Верхняя треть 13.0 46 54
крон
Над пологом 20.0 8 31 23 23 15
Под пологом 1.8 100
Сплошная Нижняя треть 4.5 100
облачность крон
нижнего Середина крон 9.0 100
яруса Верхняя треть 13.0 100
крон
Над пологом 20.0 27 60 13
* "-" Нет данных.
Таблица 4. Средняя высота слоев полога и пропускание солнечной радиации в малооблачную погоду пологом хвойных древостоев средней тайги, %
Высота, м Пропускание солнечной радиации, %
Часть п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.