ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2007, № 6, с. 45-54
ОРИГИНАЛЬНЫЕ ^^^^^^^^^^^^ СТАТЬИ
УДК 630*181.65:582.475.2(470.1)
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ И КОМПОНЕНТЫ БАЛАНСА УГЛЕРОДА В ЗАБОЛОЧЕННЫХ КОРЕННЫХ ЕЛЬНИКАХ СЕВЕРА*
© 2007 г. К. С. Бобкова
Институт биологии Коми НЦ УрО РАН 167982 Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28 Поступила в редакцию 04.05.2007 г.
Приводятся данные, характеризующие биологическую продуктивность коренных ельников подзон северной и средней тайги Республики Коми. Определены общие запасы, годичный прирост, отпад, опад органической массы и углерода в фитоценозах заболоченных типов леса. Показано, что старовозрастные ельники, развитые на болотно-подзолистых почвах, депонируют 133-199 т С га1, значительная часть которого приходится на органическое вещество почвы. Нетто-продукция (ХРР) фитомассы в них составляет 4.29-5.98 т га-1, или 1.99-2.81 т С га-1, КПД использования ФАР не превышает 1.18%. Рассматривается состав фитодетрита.
Север России, тайга, коренной ельник, фитомасса, продукция, опад, отпад, углерод.
На европейском Северо-Востоке России еловые леса доминируют. На территории этого региона сохранились значительные площади коренных ельников, выполняющих важные средообразую-щие функции на Севере. Данные по биологической продуктивности фитоценозов часто используются при оценке биосферной роли лесных экосистем, в том числе их углерододепонирующей способности [12, 13, 15, 25, 27, 30, 31 и др.]. Поэтому накопление достоверной эмпирической информации о продукции фитомассы и углерода экосистем различных регионов продолжает оставаться актуальной задачей. зади если на территории Севера европейской тайги изучению биологической продуктивности старовозрастных ельников зеленомошной группы типов, развитых на автоморфных подзолистых почвах, посвящено достаточное число работ [2, 5, 11, 14, 17, 21, 23], то ельники долгомошной и сфагновой группы типов на болотно-подзолистых почвах в этом плане исследованы недостаточно. Некоторые сведения о продукции фитомассы для заболоченных ельников приведены в работах [6, 18]. Цель настоящей работы - оценка запасов, продукции фитомассы и углерода в старовозрастных заболоченных ельниках подзон северной и средней тайги.
* Работа выполнена при поддержке РФФИ (02-04-48162, 07-04-00104).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили в Республике Коми в подзонах северной (64°30' с.ш., 55°30' в.д.) и средней (62°00' с.ш. и 50°30' в.д.) тайги. Экспериментальные работы выполнены на постоянных пробных площадях, расположенных на территории Зеленоборского и Чернамского лесных стационаров Института биологии Коми научного центра УрО РАН. Характеристика исследуемых ельников приведена в табл. 1.
Ельник чернично-долгомошный развивает редкий, разновысотный древостой V класса бонитета, полнотой 0.55. Возраст ели колеблется от 110 до 310 лет. Сухостой состоит из относительно крупных деревьев ели и березы. Имеются усыхающие деревья. Подлесок отсутствует. Подрост в количестве 1.68 тыс. экз. га-1 имеет состав 47Е53Б + С. Ель в подросте в основном здоровая, береза порослевая и имеет вид подлеска. Травя-но-кустарничковый ярус с проективным покрытием 50-60% состоит из черники, брусники, морошки, осоки шаровидной и щучки извилистой. Моховой покров сплошной, образован в основном кукушкиным льном в сочетании с зелеными и по микропонижениям сфагновыми мхами. На прикомлевых возвышениях встречаются кустистые лишайники из семейства С^та sp. Почва торфянисто-подзолисто-глееватая супесчаная, подстилаемая суглинком.
Для осоково-сфагнового ельника характерно групповое распределение деревьев. Древостой Vа класса бонитета, полнотой 0.65, разновысотный, но ярусность не выражена. Возраст ели от 90 до
Таблица 1. Лесоводственно-таксационная характеристика ельников
Тип леса Древесная порода Состав древостоя Возраст, лет Густота деревьев, экз. га-1 Запас древесины, м3 га-1 Средняя высота, м Средний диаметр, см
растущих сухих растущих сухих
Чернично-долгомош- Ель 8Е1Б1С 110-310 405 15 105 8.9 16 18
ный (северная тайга) Сосна 200 10 - 8 - 32 22
Береза 119 255 10 17 0.8 11 12
Итого 670 25 130 9.7
Осоково-сфагновый Ель 7Е3Б 90-320 1340 50 82 2.4 10 12
(северная тайга) Береза 63-100 390 15 27 0.6 12 12
Итого 1730 65 109 3.0
Долгомошно-сфагно- Ель 6Е3Б1С 70-200 1425 100 130 4.9 11 13
вый (средняя тайга) Сосна 130 69 - 29 - 18 24
Береза 70-130 406 - 63 - 12 16
Итого 1900 100 222 4.9
320 лет. Много фаутных, усыхающих и сухих деревьев, обильно покрытых эпифитными лишайниками. Подрост в количестве 2.98 тыс. экз. га-1 образует состав 85Е15Б. Ель в подросте разновозрастная (от 4 до 130 лет), в основном (70%) здоровая. Подлесок представлен единичными кустами ерника. Травяно-кустарничковый ярус с проективным покрытием 50-60% формируют морошка, осоки, багульник, хвощ болотный. Встречаются единичные кусты голубики, черники, брусники по прикомлевым повышениям. Моховой покров сплошной с господством сфагновых мхов. На участках микроповышений встречаются зеленые мхи. Почва торфяно-подзолисто-глеевая супесчаная, подстилаемая суглинком.
Ельник долгомошно-сфагновый образует разновозрастный (70-200 лет) и разновысотный, но без ясно выраженного второго яруса древостой V класса бонитета, полнотой 0.7. Довольно много сухих деревьев ели. В подлеске встречаются единичные кусты рябины, ивы, шиповника. Подрост (1.85 тыс. экз. га-1) удовлетворительного состояния состоит в основном из ели. Травяно-кустар-ничковый ярус с проективным покрытием около 40% составлен черникой, брусникой, морошкой, хвощом, осокой и др. Моховой покров почти сплошной, представлен в основном кукушкиным льном в сочетании с сфагновыми и редко зелеными мхами. Почва торфянисто-подзолисто-глеева-тая супесчаная на суглинках.
Запасы и прирост органической массы древесных растений определяли методом модельных деревьев [26]. В ельнике чернично-долгомошном проанализировано деревьев: ели 5, березы 3, сосны 1, в осоково-сфагновом: ели 7, березы 4, сосны 4, в долгомошно-сфагновом: ели 5, березы 3, сосны 2. На всех участках проанализировано по
5-8 деревьев подроста. У каждого модельного дерева учитывали массу и прирост древесины ствола, коры, ветвей, листьев (хвои). Надземную массу растений напочвенного покрова определяли методом укосов на уровне почвы на участках площадью 400 см2 в 30-40-кратной повторности. С этих же участков были взяты монолиты подстилки. После выборки растений и корней монолит горизонта А0 взвешивали для определения запасов лесной подстилки. Учитывали массу годичных побегов и листьев отдельных растений. Массу и прирост подземных органов определяли методом крупных и мелких монолитов [20]. Точность определения отдельных фракций фито-массы надземных органов составила 8-15, подземных - 10-35, лесной подстилки - 5-11%. Интенсивность поступления опада древесного яруса узнавали с помощью опадоулавливателей размером 1 х 1 м в 10-кратной повторности в ельниках подзоны северной тайги и размером 0.5 х 0.5 м в 18-кратной повторности в ельнике долгомошно-сфагновом подзоны средней тайги [22]. Таким числом опадоулавливателей обеспечивается 915% точность определения годичной массы опада и его основных фракций. Массу опада кустарничков и мхов считали равной их приросту. Ежегодно отмирающую массу брусники принимали равной 70% прироста [22]. Опад подземных частей древесных растений учитывали через массу и продолжительность жизни сосущих и мелких проводящих корней [20]. Прирост и опад корней многолетних растений травяно-кустарничкового яруса был принят равным 25% от их массы [2, 29]. Под коэффициентом полезного действия (КПД) падающей на древостой фотосинтетически активной радиации (ФАР) мы понимаем отношение количества энергии, запасенной в нетто-продукции (net primary production - NPP), к количеству погло-
щенной ФАР [24]. КПД (%) рассчитывали по следующему уравнению:
n
X qMi
КПД = i = ' х 100,
у
где n - число фракций, Mi - нетто-продукция, q -калорийность, i - фракция, - сумма ФАР за вегетационный период. Величины калорийности отдельных фракций фитомассы растений приведены в работе [2]. Сумма ФАР в регионе составляет (92.11-100.5) х 108 кДж га-1 [9].
Отпад деревьев и среднепериодический текущий прирост древесины определяли по данным перечета деревьев на постоянных пробных площадях, проведенных в интервале 3-12 лет в течение 32 лет в ельниках северной тайги и 25 лет -средней тайги.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Исследуемые ельники относятся к коренным типам сообществ, не испытавшим заметного антропогенного воздействия. Важным фактором, определяющим особенности их формирования, является переувлажнение почв. Древостои ельников смешанные по составу, невысокой продуктивности (табл. 1). Как было показано ранее [3], по классификации [10] древостой чернично-дол-гомошного ельника северной тайги относится к относительно разновозрастному с преобладанием крупномерных деревьев поколения нисходящего ряда. В ельниках осоково-сфагновом (северная тайга) и долгомошно-сфагновом (средняя тайга) древостои абсолютно разновозрастные с групповым смешением поколений, где преобладают деревья низких ступеней толщины. В фито-ценозах выражен равномерный восстановительный процесс.
Запасы фитомассы. В условиях северной тайги в старовозрастном ельнике чернично-долгомош-ном фитомасса древесного яруса равна 86.94 т га-1, на растущие органы приходится 80.56 т га-1 (табл. 2). Масса живых органов ели составляет 64.44, сосны 4.29, березы 11.83 т га-1. На долю стволовой древесины в данном ельнике приходится 44.2%, ветвей 10.7, коры стволовой 7.8, хвои (листьев) 6.6, пней и корней 30.7% от общей фитомассы древостоя. В ельнике осоково-сфагно-вом фитомасса древесных растений составляет 108.65 т га-1, в том числе в живых органах 106.22 т га-1, из них масса ели 83.85, березы 22.37 т га-1. Соотношение компонентов, образующих фитоценоз, следующее: на долю стволовой древесины приходится 39.9%, коры стволовой 8.4, ветвей 9.6, хвои (листьев) 5.7, пней и корней 36.4% от общей массы живых органов.
В условиях средней тайги в старовозрастном ельнике долгомошно-сфагновом запасы фитомассы древесн
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.