ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2011, № 5, с. 23-29
УДК 630*221.04: 630*181.41
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ВОССТАНОВИТЕЛЬНАЯ ДИНАМИКА ПИХТОВО-ЕЛОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ ПРИ ВЫБОРОЧНОМ ЛЕСОПОЛЬЗОВАНИИ
© 2011 г. В. В. Иванов, А. Н. Борисов
Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН 660036 Красноярск, Академгородок, 50 E-mail: institute_forest@ksc.krasn.ru Поступила в редакцию 30.03.2010 г.
Изучена динамика восстановления пихтово-еловых древостоев при выборочных рубках. Предложена имитационная модель, описывающая процесс прироста по диаметру ствола с учетом условий местообитания, расстояния до соседних деревьев и их диаметров на высоте 1.3 м. Верификация модели выполнена по натурным данным пробных площадей пихтово-еловых насаждений. Предложенная модель позволяет описывать в темнохвойных древостоях динамику запаса древесины, густоты, прироста, распределения по ступеням толщины и т.д. На основе моделирования различных сценариев выборочных рубок предлагаются оптимальные виды, объемы рубок и их периодичность с учетом конкретных характеристик древостоев.
Темнохвойные древостой, выборочные рубки, динамика восстановления, имитационное моделирование.
Перевод хозяйств с краткосрочного освоения лесов на устойчивое лесопользование является актуальной задачей. Это возможно лишь при переходе на принцип непрерывного и неистощи-тельного пользования лесом. В теоретическом аспекте этот принцип научно обоснован, но приемы и способы практической реализации его задач пока не разработаны. Большинство лесоводов отмечает, что выборочными и постепенными рубками можно увеличить продуктивность насаждений, сократить оборот рубки, снизить затраты на лесовосстановление и получить значительный лесоводственный и хозяйственный эффект [1113]. Выборочные рубки предусматривают периодическое удаление части деревьев определенного возраста, размеров, качества или состояния. Площадь, пройденная рубкой, остается постоянно покрытой лесом при сомкнутости не менее 0.4-0.5 и сохраняет способность выполнения водоохранно-защитных функций.
С точки зрения концепции неистощительного лесопользования темнохвойные древостои выделяются тем, что способны после несплошных рубок восстанавливать свою первоначальную структуру. Данная работа посвящена изучению влияния несплошных рубок разной интенсивности на структуру пихтово-еловых разновозраст-
ных древостоев, ее динамику во времени, а также разработке рекомендаций по применению таких рубок в темнохвойных лесах подзоны южной тайги.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА
Объектом исследований явились темнохвойные древостои Кеть-Чулымского лесорастительного округа южно-таежных и подтаежных лесов [8]. На территории Большемуртинского лесничества Красноярского края в 1979 г. для установления оптимальной интенсивности выборки запаса на четырех участках применялись разные варианты несплошных рубок. Площадь каждого участка в среднем составила около 5 га. Участок 1 был оставлен без изменения, в качестве контроля. Участок 2 - вариант добровольно-выборочной рубки (25-30% от запаса), 3 - интенсивно-выборочной (40-50% от запаса), 4 - длительно-постепенной (60-70% от запаса), 5 - сплошнолесосечной рубки (95% от запаса). На каждом участке заложена постоянная пробная площадь, где проводились повторные наблюдения [6].
Предназначенный для рубки древостой характеризовался высокими показателями запаса древесины (в среднем около 400 м3га-1), полно-
той 1.0, средней производительностью (III класс бонитета), наличием сухостоя 9.8-13.5%. В первом ярусе преобладали ель (200-220 лет) и пихта (160-180 лет). Второй ярус представлен пихтой (90-110 лет) с участием ели (120-140 лет). В подросте - пихта (около 3-4 тыс. шт. га-1) с небольшим участием ели и единичными экземплярами кедра. Подрост относительно равномерно распределен по площади, встречаемость - 87%. Всходы и самосев приурочены к старому валежнику, что и определяет неравномерность распределения их по площади. На средний и крупный подрост (20-40-летнего возраста) приходится около 2 тыс. шт. га-1.
Основой для анализа строения темнохвойных древостоев являются закономерности распределения числа стволов по ступеням толщины [16]. Поэтому для установления динамики структуры древостоев использовались данные перечета числа стволов на пробных площадях до рубки и на протяжении двадцати пяти лет после нее. В ходе анализа данных перечетов производился подбор уравнения, позволяющего описать характер распределения деревьев на пробной площади. Наиболее пригодной оказалась экспоненциальная функция [7].
В целом эффективность проводимых мероприятий с хозяйственной точки зрения может быть оценена, исходя из показателей послерубоч-ного отпада и прироста запаса древостоя. Также должна быть учтена динамика породного состава древостоя с точки зрения сохранения доминирующей роли наиболее ценной в хозяйственном плане породы.
Прирост запаса древостоя рассчитывался по классической формуле:
МПр = (Ма - MA_n - Mora)N-1, (1)
где: Мпр - прирост запаса древостоя, м3 га-1; МА; Ma-n - запас древостоя (м3 га-1) на данный момент и N лет назад, соответственно; Мотп - запас отпада за исследуемый период, м3 га-1; N - число лет в периоде между двумя обмерами.
При изучении динамики роста древостоя эффективным инструментом может выступить имитационное моделирование роста деревьев в древостое, учитывающее характеристики отдельных особей, их пространственное размещение и конкурентные отношения. В экологическом плане больший интерес представляют модели, в которых рассматривается конкуренция за те или иные ресурсы [2, 4, 19].
Для описания динамики роста конкуренции и отпада пихтово-еловых древостоев предлагается
модель, определяющая прирост по диаметру ствола в зависимости от взаимных размеров взаимодействующих особей и расстояний между ними. Уравнение роста /-го дерева записывается как:
d-=x U - ±),
dt \ Xm
(2)
где х,- - диаметр ствола /-го дерева; к - масштабный коэффициент; хт - максимальный диаметр дерева, зависящий от породы, условий местообитания и т.д.; Я{ - описывает конкурентное воздействие на /-е дерево.
Предполагается, что Я/ - безразмерная величина, равная единице для свободно растущего дерева, не испытывающего конкурентного влияния; влияние одного дерева на другое есть функция их размеров и расстояния между ними; любое взаимодействие с соседними деревьями уменьшает Я, а совместное влияние нескольких соседей на данное дерево учитывается в мультипликативной форме.
На основе сделанных предположений Я, можно записать в виде:
R = URt
t !j
Rj = A -
b j=
G x H ^ p
0,
v- < v- ,
j mt
vij > vint
(3)
(4)
(5)
где Яу - величина, определяющая конкурентное воздействие у-го дерева на /-е; (х) - средний диаметр стволов; х, Ху - диаметры стволов /-го и у-го деревьев соответственно; Гу- расстояние между /-м иу-м деревом; гш - расстояние конкурентного взаимодействия; А - параметр.
Густота древостоя определяется напряженностью конкурентных отношений, приводящих к отпаду особей. Для определения критерия отпада используются различные подходы [2, 18]. В данной модели принято, что отпад происходит при dxldt < 0. По выполнении этого условия дерево из дальнейшего рассмотрения исключается.
Для реализации этой модели было разработано программное обеспечение. Пространственное размещение особей генерировалось программой таким образом, чтобы показатели структуры древостоя соответствовали характеристикам пробной площади. Чтобы избежать влияния краевых эффектов, использовалось замыкание границ в форме тора [18]. Сложность процесса роста и цено-
тических взаимодействий деревьев в насаждении не позволяет в рамках одной модели одинаково хорошо описать рост всходов, подроста и особей различного класса возраста. В предложенной модели рассматриваются деревья с диаметром ствола на высоте 1.3 м не менее 4 см. Для каждого /-го дерева с шагом в один год анализировалось расположение ближайших соседей. Воздействие соседей на дерево в соответствии с уравнением (4) выражается в мультипликативной форме. В этом случае каждое соседнее дерево уменьшает доступный ресурс особи. Размер дерева в любой момент времени есть результат интегрального воздействия соседей на протяжении роста рассматриваемой особи.
В качестве претендентов на ближайших соседей рассматривались те деревья, которые находились от /-го дерева на расстоянии гш, не превышающем расстояния взаимодействия для у'-го дерева с /-м. Поскольку в условиях местообитания для рассматриваемых древостоев лимитирующим фактором роста были минеральные вещества и влага, то расстояние взаимодействия между отдельными особями определялось размерами корневой системы. Расстояние, на которое прорастают корни ели и пихты, составляет порядка 10-20 диаметров ствола [17], поэтому расстояние взаимодействия рассчитывалось как гш = к(х/ + х) где к варьировалось от 10 до 20.
Исходя из размещения и размеров соседей, вычислялся прирост /-го дерева в соответствии с уравнениями (2)-(5). После этого определялись деревья, перешедшие в отпад. Ветровал вносит существенный вклад в динамику запаса древостоя, и за этот процесс отвечает отдельный блок программы. Вероятность вывала дерева определяется его размерами и зависит от полноты древостоя. Учитывалось, что при интенсивных рубках ветровал может достигать 50% от запаса [3, 7]. Разработанное программное обеспечение позволяет проследить динамику роста и отпада особей и для любого момента моделируемого периода получить данные по запасу, густоте, приросту, отпаду, распределению по ступеням толщины и т.д.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
При несплошной рубке происходит изменение условий роста не вырубленных деревьев. Как известно, хорошим критерием оценки воздействия природных и антропогенных факторов на древостой может служить текущий прирост по запасу наличного древостоя [1, 5, 9]. Этот показатель позволяет за сравнительно короткое время
Рис. 1. Динамика запаса древесины на пробных площадях и по данным моделирования: 1 - контроль, 2 - после рубки с интенсивностью 30% от запаса, 3 - 50%, 4 - 70%, 5 - 95%, 6 - 30% (модель), 7 - 70% (модель).
объективно определить реакцию древостоя на изменения условий местопроизрастания [
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.