ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2012, № 6, с. 55-62
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 630.181.9
ВКЛАД КРУПНЫХ ДРЕВЕСНЫХ ОСТАТКОВ В ДИНАМИКУ ЗАПАСОВ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПОСЛЕРУБОЧНЫХ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ*
© 2012 г. Л. В. Мухортова, Э. Ф. Ведрова
Институт леса им В.Н.Сукачева СО РАН 660036 Красноярск, Академгородок, 50/28 E-mail: l.mukhortova@gmail.com Поступила в редакцию 02.03.2012 г.
Проведена оценка запасов крупных древесных остатков (КДО) в лесных экосистемах послерубоч-ных восстановительных сукцессий сосняков и пихтарников Восточного Прибайкалья. Установлено, что их относительный вклад в общие запасы органического вещества в контрольных вариантах сосняка и пихтарника близки и составляют 10.3-12.5%. Вклад КДО в общие запасы фитодетрита в ненарушенных пихтарниках, как и в сосняках, составляет 34-38%. На свежей пихтовой вырубке их вклад существенно увеличивается и достигает 68.6-83.2%. Рассчитана константа скорости разложения КДО в условиях сосняков и пихтарников.
Лесные экосистемы, крупные древесные остатки, запасы, скорость разложения.
В лесных экосистемах заметное место в общем объеме разлагающегося растительного материала могут составлять крупные древесные остатки (КДО), которые поступают на поверхность почвы в результате гибели и отпада деревьев [9]. По оценкам разных авторов запас КДО может быть эквивалентен 3-100% запаса живой фитомассы в лесных экосистемах [24]. Так, например, в бореальной и умеренной зонах Западной Европы и Северной Америки оценки запаса крупных древесных остатков варьируют незначительно и в большинстве случаев находятся в пределах 20-60 т га-1, изредка достигая 100-120 т га-1 [15, 17, 22, 23, 25]. В девственных горных темнохвойных лесах северо-запада США запасы крупного древесного детрита могут составлять до 1000 т га-1 в насаждениях 600-1000-летнего возраста [22, 28].
Крупные древесные остатки, являясь частью растительного материала, поступающего на поверхность почвы, играют важную роль в структуре и функционировании лесных экосистем. В биогеохимическом отношении разлагающиеся стволы представляют собой запас и источник углерода и питательных веществ, являются локусом асим-
* Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ (проект № 10-04-003 37-а), РФФИ-ККФПН и НТД (проекты №№ 11-04-98008 и 11-04-98089).
биотической фиксации азота [16] и источником формирования органических горизонтов лесной почвы [26, 18]. Медленное высвобождение минеральных элементов из разлагающейся древесины способствует консервации питательных веществ, предотвращая их потерю в результате выщелачивания, и обеспечивает долгосрочные потребности древесных видов в макроэлементах [19].
Запасы органического вещества (ОВ) крупных древесных остатков определяются продуктивностью насаждений, связанной с географическим положением, возрастом древостоя и условиями разложения растительных остатков (гидротермические условия местообитания и трофность почвы) [4, 14]. Однако хозяйственная деятельность человека может существенно изменять естественный ход формирования запасов ОВ в различных компонентах лесных экосистем. Рубка леса, в частности, с одной стороны ведет к изъятию из экосистемы значительной части живой древесной фитомассы, с другой, - к поступлению свежего древесного дебриса в состав пула КДО в виде так называемых «порубочных остатков». Изменения пулов ОВ в лесных экосистемах может вести к изменениям интенсивности основных потоков и, как следствие, нарушению баланса углерода в системе.
Целью данных исследований было установление особенностей формирования и динамики пула КДО в экосистемах послерубочных восстановительных сукцессий сосняков и пихтарников Восточного Прибайкалья и оценка их вклада в общие запасы органического вещества в естественных и нарушенных экосистемах.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Согласно системе лесорастительного районирования, исследования проводились на территории Восточно-прибайкальской горной лесораститель-ной провинции темнохвойных лесов Прибайкальской горной лесорастительной области [11]. Пробные площади закладывались в сосняках Улан-Бургасского лесорастительного округа подтаежных сосново-лиственничных и горно-таежных темнохвойных лесов и в пихтарниках Хамар-Да-банского лесорастительного округа таежно-чер-невых и горно-таежных пихтовых и кедровых лесов. Всего было заложено 6 пробных площадей: три - для изучения восстановительной динамики послерубочных сосняков и три - для восстановительного ряда пихтарников. Таксационная характеристика древостоев приведена в табл. 1.
Контрольный древостой в восстановительном ряду сосновых лесов (52°32' с.ш., 107°58' в.д.) представляет собой сосняк рододендроново-бруснично-лишайниковый 180-летнего возраста, неоднократно пройденный низовыми пожарами. Он расположен на выположенной поверхности коренного склона крутизной около 20° южной экспозиции. Сомкнутость крон материнского полога древостоя 0.6-0.7. Почва - подзол грубогуму-сированный.
Промежуточный этап восстановления представляет собой сосняк рододендроново-брус-нично-разнотравный (52°30' с.ш., 107°59' в.д.), сформировавшийся на месте сплошной вырубки
60-летней давности на ровном склоне крутизной 25° юго-западной экспозиции. Возраст древостоя 50-55 лет. Сомкнутость крон 0.8-0.9. Число деревьев около 3 тыс. шт га-1. Почва - подзол трансформированный.
Пробная площадь, представляющая свежую вырубку сосняка рододендроново-бруснично-ли-шайникового, заложена на выпуклом склоне юго-западной экспозиции крутизной 10° (52°30' с.ш., 107°58' в.д.). Оставлен тонкомер сосны запасом около 15 м3 га-1, сохранность подроста - 70% (4-5 тыс. шт. га-1), 30% площади вырубки занято порубочными остатками. Почва - подзол грубо-гумусированный.
Контрольный древостой в восстановительном ряду пихтарников представлен 220-летним пихтарником чернично-зеленомошным (51°32' с.ш., 105°51' в.д.). Почва - подбур грубогумусированный.
Вырубка 26-летней давности расположена на пологом склоне (5°) южной экспозиции (51°32' с.ш., 105°50' в.д.) и представлена пихтарником чернично-зеленомошным в возрасте 50-55 лет, сформировавшимся из сохраненного в процессе рубки подроста предшествующей генерации. Почва - подбур оподзоленный.
Пробная площадь, заложенная на месте 3-летней вырубки с сохраненным подростом (51°33' с.ш., 105°49' в.д.), представлена вейни-ково-разнотравным сообществом с густым возобновлением пихты. Подрост пихты благонадежный (9.5 тыс. шт. га-1, высотой до 50 см). Склон западной экспозиции, 5°, ровный. Захламленность составляет 50%, а нарушенная поверхность почвы - 30% от общей площади вырубки. Почва - подбур грубогумусированный.
На пробных площадях был проведен учет запасов органического вещества в составе живой фитомассы древесного и травяно-кустарничко-вого ярусов и мохово-лишайникового покрова (общая фитомасса), и растительного детрита на
Таблица 1. Таксационная характеристика древостоев на пробных площадях
Пробная Состав Возраст Средняя Средний Бонитет Полнота Запас, м3 га 1
площадь древостоя древостоя, лет высота, м диаметр,см
Сосняки, Улан-Бургасы, Кикинский лесхоз
Контроль 10С+Лц 180 19.5 22.0 IV 0.7 180
Вырубка, 10С+ЛцедК 60 10.3 9.8 V 1.0 122
(60 лет)
Пихтарники, Хамар-Дабан, Бабушкинский лесхоз, урочище Бушелай
Контроль 10ПедК 220 12.4 16 Уа 1.7 199.4
Вырубка, 10ПедК 55 4.7 6.1 Va 0.75 17.5
(26 лет)
Примечание: С - сосна, П - пихта, Лц - лиственница, едК - единично кедр; IV, V, Уа - класс бонитета
поверхности почвы (подстилка и КДО) и в ее толще (корневой детрит) [2]. К крупным древесным остаткам относили стволовой валеж, пни, скелетные корни, порубочные остатки и ветви диаметром более 3 см.
На пробных площадях, характеризующих вырубки, определение запасов КДО проводили раздельно на пасеках и волоках. Ширина волока составляет 5-6 м, пасеки - 30 м. Запасы КДО определяли на площадках размером 100-200 м2, в зависимости от размера пробной площади. На площадках проводили сплошной учет всех стволов и пней с определением их линейных размеров (диаметры на противоположных концах и длина (ствола или ветви) или высота (для пней)) и отнесением к одному из 3-х классов разложения. Выделение различных классов разложения проводилось по визуальным признакам в полевых условиях. Основными признаками отнесения древесины к той или иной стадии разложения являлись ее плотность, наличие коры и ветвей: I стадия - древесина не утратила своей твердости, на стволах сохраняются кора и ветви; II стадия - древесина частично утратила твердость, кора довольно легко отслаивается, присутствуют крупные и мелкие ветви; III стадия - древесина почти полностью утратила свою твердость, на стволах в незначительном количестве имеются кора и крупные ветви [3]. Объем стволов и пней рассчитывали по формуле объема усеченного конуса. Плотность древесины для каждой из выделяемых стадий разложения определена методом измерения выталкивающей силы образцов, погруженных в воду [5]. Расчет запасов КДО в толще почвы, в виде корней оставшихся после вырубки деревьев, проводили на основе запаса стволовой древесины для деревьев того же диаметра, что и диаметр обнаруженных пней, с использованием конверсионных коэффициентов [8].
Анализ химического состава древесины проводили в среднем образце для каждой стадии разложения отдельно для каждой из исследованных пробных площадей. Содержание общего углерода, азота и минеральных элементов (Са, Mg, P и К) определялось методом инфракрасной отражательной спектроскопии с помощью аналитической системы PSCO/ICI IBM-PC 4250 [1].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Для пробных площадей восстановительных рядов ранее [2] было установлено, что контрольный сосняк рододендроново-бруснично-лишайнико-вый в возрасте 180 лет накапливает в фитомассе 135 т га-1 ОВ, практически полностью сосредоточенного в древостое (табл. 2). На свежей вырубке запас ОВ в оставленном подросте относитель-
но фитомассы древостоя контрольного варианта составил 11%. Общий запас ОВ фитомассы на пасеке после рубки составил 18.3 т га-1. На трелевочном волоке, укрепленном порубочными остатками, ОВ представлено травяно-кустарнич-ковым ярусом, масса которого за счет развитого высокотрав
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.