ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2012, № 6, с. 44-54
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 630*187:582.475:630*221.01:581.131(1-924.82)
ВЫНОС УГЛЕРОДА И ЭЛЕМЕНТОВ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ ПРИ СПЛОШНОЛЕСОСЕЧНЫХ РУБКАХ ЕЛЬНИКОВ
СРЕДНЕЙ ТАЙГИ*
© 2012 г. К. С. Бобкова, Н. В. Лиханова
Институт биологии Коми НЦ УрО РАН 167982 г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, д. 28 E-mail: bobkova@ib.komisc.ru Поступила в редакцию 20.08.2011
Дана оценка аккумуляции углерода и элементов минерального питания в фитомассе древостоев старовозрастных среднетаежных ельников, развитых на торфянисто-подзолисто-глееватых почвах. Показано, что в процессе сплошнолесосечной рубки в зимний период при хлыстовой трелевке с предварительной обработкой крон на лесосеке с одного гектара ельника черничного влажного выносится 37.82 т С, 351 кг элементов минерального питания, а ельника долгомош-но-сфагнового 36.49 т и 355 кг соответственно. При сплошнолесосечной заготовке древесины в ельниках более половины массы химических элементов, сконцентрированных в древостоях, остается на лесосеке.
Север России, средняя тайга, ельник, фитомасса, сплошнолесосечные рубки, углерод, азот, зольные элементы.
В Республике Коми еловые леса занимают 16.2 млн. га. В этом регионе сохранились значительные площади спелых и перестойных насаждений и их рассматривают как главный источник развития лесозаготовок. В настоящее время в ельниках республики ежегодно заготавливается 5-6 млн. м3 древесины. В связи с этим происходят изменения в составе, структуре и продуктивности еловых сообществ [5]. Отдельные аспекты изменения средообразующих функций растительных сообществ на вырубках еловых лесов европейского Севера освещены в работах [14, 23, 27 и др.]. После рубки отмечены существенные изменения радиационного режима в фитоценозах, физических свойств и гидротермических условий почв. К настоящему времени накоплено мало сведений, характеризующих вынос углерода и элементов минерального питания при рубках главного пользования. Эти вопросы рассмотрены в работе [22], где показано влияние постепенных и сплошных рубок на почвы и круговорот питательных элементов в еловых и лиственно-еловых насаждениях Московской обл. Показано, что при
* Работа выполнена при финансовой поддержке Программы Президиума РАН № 16.
постепенных рубках ельников и березово-еловых насаждений при хлыстовой вывозке выносится около 50% запаса питательных элементов, накопленных в срубленной части древостоев. Согласно [10], после рубки древостоя сосняков запасы органического вещества в ценозе уменьшаются почти в два раза, теряется азот, реже фосфор, содержание калия, кальция и магния изменяется мало. По [3], вынос элементов минерального питания при сплошнолесосечной рубке сосняков зелено-мошной группы типов составляет при хлыстовой вывозке 54%, при вывозке с кронами 66% от их общего запаса в надземных органах деревьев в древостоях.
Целью данной работы является оценка выноса углерода, азота и зольных элементов при сплош-нолесосечных рубках ельников средней тайги.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили в подзоне средней тайги Республики Коми. Экспериментальные работы выполнены на территории Чернамского лесного стационара Института биологии Коми НЦ УрО РАН (62о01' с.ш., 52о28' в.д.). Согласно ОСТ
Таблица 1. Лесоводственно-таксационная характеристика ельников
Тип леса Состав древостоя Порода Возраст, лет Число деревьев, экз. га -1 Запас древесины, 3 -1 м3 га 1 Средняя высота, м Средний диаметр, см
растущих сухих растущих сухих
Черничный 7Е2Б1С Ель 70-210 1045 75 174 6 14 16
влажный Сосна 170 30 - 19 - 20 27
Береза 130 395 - 72 - 16 14
ИТОГО - 1470 75 265 6 - -
Долгомошно-сфаг- 6Е3Б1С Ель 70-200 1425 100 153 5 11 13
новый Сосна 130 69 - 29 - 18 24
Береза 70-130 406 - 61 - 12 16
ИТОГО - 1900 100 243 5 - -
59-69-83 [12] в 1978 г. были заложены постоянные пробные площади в коренных ельниках черничном влажном и долгомошно-сфагновом. Повторные исследования выполнены в 2003 г. Анализ таксационных материалов проведен по [6], геоботаническое описание составлено по [28], названия растений даны согласно [26]. Краткая характеристика исследуемых насаждений по состоянию на 2003 г. приведена в табл. 1.
Ельник черничный влажный образует разновозрастный (70-210 лет), разновысотный, но без ясно выраженного второго яруса древостой. Запасы стволовой древесины составляют 271 м3га-1. Ель представлена несколькими возрастными генерациями. Подлесок состоит из единичных экземпляров можжевельника, ивы, рябины и шиповника. Равномерно расположенный подрост густотой 1.62 тыс. экз. га-1 представлен в основном елью. В травяно-кустарничковом ярусе c проективным покрытием 40-50% первый подъ-ярус (высотой до 40 см) образуют черника, брусника, костяника, золотая розга. Второй подъярус (высотой до 10 см) формируют кислица, майник, седмичник, линнея северная, герань, гудайера ползучая. Моховой покров с проективным покрытием 90-95% образуют Hylocomium splendens, Pleurozium schreberi и Dicranum polysetum, пятнами Polytrichum commune и сфагновые мхи sp.
Ельник долгомошно-сфагновый образует разновозрастный (70-200 лет), разновысотный древостой. Запасы древесины составляют 248 м3 га-1. Довольно много сухостойных деревьев ели. В подлеске встречаются единично рябина, ива, шиповник. Подрост густотой 1.85 тыс. экз. га-1 удовлетворительного состояния образован в основном елью. Травяно-кустарничковый ярус с проективным покрытием около 40% состоит из черники, брусники, морошки, хвоща, осоки шаровидной. Моховой покров почти сплошной, состоит в основном из Polytrichum commune в соче-
тании со сфагновыми и редко зелеными мхами. Как ельник черничный влажный, так и ельник долгомошно-сфагновый развиваются на слабо-дренированных торфянисто-подзолисто глеева-тых супесчаных на суглинках почвах.
В зимний период 2006 г. в рассматриваемых ельниках проведена сплошнолесосечная рубка с хлыстовой вывозкой древесины. Применен трех-пасечный способ разработки лесосек с сохранением подроста [9, 21]. Общая площадь трелевочных волоков составляет около 10%, что отвечает ле-сохозяйственным требованиям [17, 21]. В 2009 г. начаты исследования на вырубках. В пределах постоянных пробных площадей проведен перечет деревьев, учет запасов древесины и фитомассы оставленных семенников и деревьев в недорубе, а также сухостоя. Фитомасса порубочных остатков - вершин и обломков деревьев определена по объему и плотности древесины. Сделан перечет подроста по [15].
Запасы органической массы древесных растений определены методом модельных деревьев [25]. Проанализировано 20 модельных деревьев в ельнике черничном влажном и 23 - в долгомошно-сфагновом. Содержание углерода в древостоях вычисляли на основании данных фитомассы и концентрации углерода в отдельных ее фракциях, приведенных в работе [2]. Концентрация азота и зольных элементов в отдельных фракциях фитомассы растений определяли на базе экоана-литической лаборатории "Экоаналит" Института биологии Коми НЦ Уро РАН, аккредитованной в Системе аккредитации аналитических лабораторий (центров) Росстандарта России (аттестат РОСС Яи,0001.511257 от 16 апреля 2009 г.). Растительные образцы отбирались в середине кроны с 10 модельных деревьев ели, сосны, березы, взятых для определения фитомассы. Оценка содержания азота в растительных образцах проводилась методом газовой хроматографии на авто-
матическом анализаторе азота ФТФ-1500 фирмы Карло Эрба (Италия). Концентрация Ca, Si, Mg, Mn определена с использованием метода зольного анализа [16] и на атомно-абсорбционном спектрофотометре Hitachi 18-60 МГА-915 (Япония), а концентрация К, Na, P, Fe, Al - методом плазменной фотометрии на спектрофотометре SP-90А (Велико британия).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Подтверждается ранее установленная связь фитомассы отдельных компонентов деревьев с их диаметром, описываемая регрессионными уравнениями [7, 24, 25]. Полученные значения коэффициентов детерминации и абсолютная ошибка уравнений определения массы отдельных компонентов в исследуемых ельниках средней тайги приведены в табл. 2.
Углерод фитомассы. Как видно из табл. 3, в ельнике черничном влажном фитомасса растущих органов древесных растений до рубки равна 179.3 т га-1, или 85.45 т С га-1. Довольно близкие данные по запасам органической массы (178 т га-1) для ельника черничного влажного приведены ранее [1]. Соотношение компонентов, образующих углерод органического вещества древостоя, следующее: на долю стволовой древесины приходится 54.3%, ветвей 9.4, коры стволовой 6.9, листьев (хвои) 8.2, корней 21.1% от общей массы живых органов древесных растений. Масса сухостойных деревьев составляет 1.08 т га-1, или 0.52 т С га-1. В долгомошно-сфагновом ельнике фитомасса растущих органов древостоя равна 192.5 т га-1, или 91.76 т С га-1. Распределение углерода фитомас-сы по компонентам следующее: стволовой древесины 53.3%, ветвей 9.3, коры стволовой 7.6, листьев (хвои) 7.9, корней 22.0% от общей массы органического вещества древостоя. В сухостойных деревьях сосредоточено 1.2 т га-1 органической массы, или 0.58 т С га-1.
На вырубках ельников после сплошнолесосеч-ной рубки среди лесосечных отходов значительная доля общего объема древесины приходится на тонкомерные деревья диаметром на высоте 1.3 м менее 14 см и семенники. Согласно [11], ресурсы тонкомерной древесины на ежегодно отведенных лесосеках не поддаются точному учету и ориентировочно составляют 4-5% объема лесозаготовок. Неиспользованная тонкомерная древесина на отдельных лесосеках, пройденных рубками главного пользования в условиях Республики Коми, достигала 20% от общего запаса. По нашим данным, запасы тонкомерной древесины и семенников на вырубке ельника черничного влажно-
го составляют 15.9, а в долгомошно-сфагновом -15.4% от общего объема стволовой древесины растущих деревьев. В составе лесосечных отходов встречаются довольно крупные отрезки вершин и обломков стволов. Наименьший диаметр вершин, с учетом минимально допустимого стандартом диаметра балансов, должен быть не более 6 см [21]. По [11], суммарное выражение потери древесины в вершинах деревьев, отрезаемых диаметром ме
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.