Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биологическая продуктивность сосновых лесов Южного Приобья

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Биологическая продуктивность сосновых лесов Южного Приобья"

Академия наук СССР

Ордена Ленина Сибирское отделение Институт леса и древесины им. В.Н.Сукачева

На правах рукописи

ГАБЕЕВ Василий Николаевич

УДК 582.475:634.0.547:634.0,231(571.1)

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ СОСНОВЫХ ЛЕСОВ итого ПРИОБЬЯ

03.00.16 Экология

06.03.03 Лесоведение и лесоводство;

лесные пожары и борьба с ниш

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Новосибирск - 1988

Работа выполнена в Биологическом институте и Институте леса и древесины им. В.Н. Сукачева СО АН СССР.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук А.И. Уткин; доктор биологических наук И.В. Таран: доктор биологических наук В.В. Кузьыичев.

Ведущая организация: Уральский лесотехнический институт.

Защита состоится " 3 " ЬЮЧА. 1988 г. на заседании специализированного совета Д 002.70.01 при Институте леса и древесины им. В.Н. Сукачева СО АН СССР (660036, Красноярск, 36, Академгородок, Институт леса и древесины им. В.Н. Сукачева СО АН СССР).

С диссертацией ыокно ознакомиться в библиотеке Института леса и древесины им. В.Н. Сукачева СО АН СССР.

Автореферат разослан "/¿Г" дпр&<мр1 1988 года.

Ученый секретарь

специализированного

совета

З.В. Вишнякова

-Общая характеристика работы

Актуальность. В Западной Сибири сосновые леса являются щи-1КО распространенной-(2б/5) и особо ценной формацией. Коренные юокопродуктивные с-оснякл" наибольшие площади занимают в Южном жобье - регионе климатического оптимума произрастания сосны шкновенной. В географическом аспекте Южное Приобье охватывает ютично ботанико-географические зоны южной тайги, лесостепи и сепи. Распространение сосновых лесов носит здесь массивный,ост-эвной и ленточный характер.

Вследствие интенсивного хозяйственного освоения этой части ападной Сибири, а в последние годы и урбанизации, сосновые ле-а, как наиболее доступные подверглись интенсивной эксплуатации -3-х кратной рубке главного пользования), а спелые насакдения казались почти полностью вырубленными. Поэтому в последнее вре-я весьма остро, встал вопрос о восстановлении былой, экономиче-кой и хозяйственной роли этой формации Южного Приобья, главным аправлениеы в котором является формирование высокопродуктивных основых лесов будущего.

Восстановление коренных типов сосновых лесов максимальной фодуктивности невозможно без знания их исходной фактической и югеншальной производительности, связей различных экологических >акторов и биологических особенностей сосны обыкновенной, взаи-юв;шяния между- ростозыии процессами и материально-энергетиче-:ким обменом структурных частей лесной экосистемы. Поэтому перед гесной экологией и лесоведением встйла задача изучить роль каабой составной части биогеоценоза в продукционном и в восстановительном процессах.

Цели и задачи исследования. Перечисленные нерешенные задачи определили' главную цель работы - изучить эколого-фитоценоги-ческие факторы формирования продуктивности и восстановления сосновых лесов Южного Приобья. В решение её, как най представляется, основными являются следующие вопросы: I. Определить в сосновых лесах естественного и искусственного происхождения влияние эколого-фитопенотических факторов на продуктивность и структуру фитомассы (запас, прирост, опад, отпад и депонирование) в' возрастном, экологическом и зональном аспектах. 2. Определить содержание азота й зольных элеыен-тов в различных органах сосны, выяснить степень обеспеченности ими в различных экологических

условиях. 3. Изучить круговорот азота, и зольных элементов в основных типах леса и лесных культурах"и выяснить их роль в формировании продуктивности. 4-. На основе анализа биологических особенностей сосны, экологических условий в форынровании его лесов, их состояния и продуктивности, специальных экспериментальных работ разработать лёсокультурное районирование. 5. исследовать процессы естественного возобновления сосн'ы под полого;,) материнских древостоев и'на вырубках,.дать оценку состоянию подроста, выявить механизмы, обуславливающие направление лесовосстановления и разработать рекомендации по восстановлению вырубок.

Научная новизна. На основе комплексного и всестороннего изучения всех аспектов статического и динамического, состояния сосновых насаждений получены количественные параметры, раскрывающие механизмы их функционирования.

• Впервые для крупного региона в возрастном ряду в 'различных экологичекскх условиях изучена фитомасса сосновых лесов, в том числе и в искусственных насаждениях. На уровне всех компонентов фитоценозов (древостоя, подроста, подлеска, кустарничков, травостоя и мхов) детально определены запасы и структура фитомассы.её текущий прирост, опад, отпад и депонирование (в том числе и репродуктивных органов), выявлены специфические особенности бнопро-дукционного процесса в возрастной динамике сосновых древостоев в' различных зонах. В этом же аспекте изучены запасы к структура фи-тоыассы подстилки и сезонная динамика древесного опада.

Получены новые данные по сезонной динамике ¡¡сивого напочвенного покрова в возрастном ряду .естественных и искусственных насаждений сосны.

Определено содержание 26 химических элементов в хвое, ветвях, стволах, корнях сосны в возрастном, зональном к экологическом аспектах, изучена их сезонная динамика, выявлены пределы их изменчивости. "Содержание некоторых элементов в хвое и других органах сосны в Сибири определено впервые. Полученные материалы дали основание для важного вывода о том, что именно большая изменчивость содержания элементов в различных органах сосны является одним из факторов, обеспечивающих этой древесной породе широкую адаптационную амплитуду к естественным экологическим условиям и усиливающимся антропогенным нагрузкам.

Проведены широкие исследования круговорота II макро- и мик-

роэлементов. В регионе впервые он изучен в основных типах леса л лесных культурах в возрастном ряду. Выявлены интенсивность биологического круговорота азота и зольных элементов, типы химиза и емкость. Сделан вывод о том, что в мертвопокрозный период сукцессии (с 12 до 40-45 лет) в искусственных насаждениях' затормо-нен круговорот веществ, в связи с чем они недостаточно устойчивы в экстремальные (засушливые) годы.

Составлены таблицы массы стволов, крон, хвои на уровне дерева по двум входам - высоте и диаметру и древостоев, выявлены уравнения связи их с таксационными признаками.

Проведены многолетние комплексные стационарные исследования в естественных и искусственных насаждениях сосны, микроклимата, распределения осадков, влакностн почв, устойчивости сосны к недостатку влаги в почве и нарушения корне-листового баланса, особенностей ростовых процессов в течение вегетационного периода, особенностей формирования корневой системы в возрастной динамике и влияние различных климатических факторов- на размер годичного кольца-и линейного прироста сосны. Установлено, что сосна обыкновенная в регионе обладает чрезвычайно высокой адаптационной амплитудой к экологическим условиям.

Разработано лесокультурное районирование лесостепной зоны Западной Сибири. Впервые выделены районы гарантированного и рискованного выращивания сосновых насаждений, выявлен индикационный признак (коэффициент изменчивости осадков в течение гидрологического года) для их установления.

Получены новые данные по естественному возобновлению сосны под пологом леса и на вырубках. Здесь впервые прогедены. широкие экспериментальные работы по выявлению-механизмов, регулирующих возобновительный процесс. Установлено, что на разных этапах формирования сосновых лесов с момента начала их плодоношения в качестве элиминирующих факторов возобновительного процесса выступают подстилка, айвой напочвенный покров, древостой и световой рении. Разработана шкала оценки усдешности естественного возобновления сосны и дана биологическая оценка подросту под пологом материнского древостоя разной полноты.

Указанные новые- научные полонения, касающиеся формирования и функционирования сосновых насаждений и основанные на них практические рекомендации выносятся на защиту.

Практическая ценность диссертации. По результатам исследований разработано "Руководство по лесовосстановлению в лесах Западной Сибири"- (1385), которое утверждено Минлесхозом РСФСР и издано в качестве основного документа по проведению всех лесовосста-новительных мероприятий в лесах Новосибирской, Кемеровской, Томской, Тюменской, Омской областей и Алтайского края. Материалы диссертации использованы при составлении проекта "Наставления по рубкам ухода в лесах Западной Сибири". Таблицы хода роста естественных сосняков и лесных культур, а такке фитомассы стволов,крон и хвои на уровне дерева по двум входам - высоте и диаметру приняты к внедрению Западно-Сибирским лесоустроительным предприятием В/о "Леспроект".

Содержащиеся в диссертации материалы и изложенные в ней рекомендации могут быть использованы работниками лесного хозяйства и лесной промышленности, учеными экологами, озеленителями-архитекторами, специалистами высших учебных заведений в практических и учебных целях.

Личный вклад автора. Материал собран лично соискателем или под его руководством и при непосредственном участии в маршрутных и стационарных исследованиях в период 1959-1986 гг.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на союзных (Всесоюзном совещании по вопросам питания древесных растений и повышения продуктивности насаждений, Петрозаводск (1969), Всесоюзной конференции по развитию производительных сил Сибири, Новосибирск (1980), Всесоюзных конференциях "Актуальные вопросы исследования лесов Сибири", Красноярск (1981), "Интродукция древесных растений и вопросы семеноводства в лесной хозяйстве", Новосибирск (1981), "Проблемы физиологии и биохимии древесных растений", Красноярск (1982), "Средоулучшающая роль леса", Новосибирск (1984) и региональных (Научно-практической конференции по развитию.производительных сил Томской области", (Томск, 1969), конференциях "Эффективность использования лесных ресурсов и их восстановление в Западной Сибири, Новосибирск (1971), "Оценка природных ресурсов в Новосибирской области", Новосибирск (1972), "Лесоразведение в гослесфонде и на целинных землях Западной Сибири", Новосибирск' (1974), "Особо ценные лесные объекты", Новосибирск (1979), "Развитие производительных сил Сибири и- задачи научно-технического прогресса", Красноярск,

1985), конференциях и совещания и международном симпозиуме. "Продуктивность и стабильность лесных экосистем", Красноярск 1982).

Публикация. Основное содержание диссертации опубликовано в •2 научных работах, среди которых 2 монографии и "Руководство га проведению лесовосстановителышх работ в гослесфонде Запад-¡ой Сибири". Кроме того соискатель является соавтором Наставле-гия по рубкам ухода в лесах Западной Сибири, проект которого со-тавлен коллективом научных сотрудников Института леса и древе-ины им. В.Н. Сукачева СО АН СССР. Общий объем .опубликованных 1абот - 57 п.л.

Объем работы. В основу работы положены результаты продолии-ельных стационарных и маршрутных исследований, проведенных ав-ором на постоянных и временных пробных площадях в 1959-1986 гг. ни проведены в подзоне южной'тайги и в лесостепи. Кроме того спользованы материалы временных проб, заложенных в степной зое (в ленточных борах Алтая) и в средней тайге. В процессе об-уждения отдельных вопросов привлечены данные других исследова-елей.

В естественных сосняках и лесных культурах было заложено оответс.твенно 53- и 86 пробных площадей, из которых фитомасса пределена в первых в 30-ти и в искусственных насаждениях - в 8 пробах. Приросты в высоту и по диаметру измерены более чем у 00 деревьев. Фитомасса стволов, ветвей, хвои, корней деревьев

живого напочвенного покрова определялись путем взвешивания, о общепринятым методикам (Молчанов, Смирнов, 1967; Поздняков, 968; Родин и др., 1968). Модельные деревья з количестве от. 9 о 30 шт. брались с учетом их представленности по ступеням тол-ины. На всех пробах с 9-25 площадок размером 0,25-1,0 м^) соб-ана и разобрана по фракциям подстилка, опад учитывался также в лощадках такого не количества. В течение 8 лет на постоянных робах изучались рост сосны в высоту и по диаметру, а также и е хвои.. Гидротермический и радиационный режим насаждений, про-есс опада и отпада в годичной динамике и элементный химический остав ЭХС) сосны и других растений в возрастном, экологическом зональном аспектах и в сезонной динамике. ЭХС сосны азот и 25 ольных элементов) определен в общей сложности в более чем 2,6 ыс. образцах. Азот определился калориметрическим методом. Ос-

тальные элементы определялись в сухой золе, калий - на пламенг фотометре, Р и Иа - на ФЭКе, Са, Мб, Ре, А1, Мп и др. - кванте метрическим методом (Арнаутов, Зеркалова, Киреев,. 1968). Объел выполненных исследований, методика работы, а также характернее ка объектов приводятся в соотвехтсвующих главах диссертации,час систематизированного материала (в виде таблиц или рисунков) I несена во второй-том. Диссертация изложена в 2 томах. Первый а состоит из 497 страницы машинописи-, из них 297 страниц текста, содержит 131 таблиц, 30 рис., схем и фотографий и 569 (в том числе 32 иностранных) источника использованной литературы. Втс рой том имеет объем 220 страниц, в него включены 'только таблщ (72 шт.) и.рис. и фотографии (49 шт.).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава I. ПРИРОДНЫЕ-УСЛОВИЯ И РАСТИТЕЛЬНОСТЬ СОСНОВЫХ ЛЕСОВ ШНОГО ПРИОБЬЯ

Южное Приобье охватывает юго-восточную часть Западно-Сиб* ской-равнины, в нем с севера на ю.г подзона южной тайги сменяе ся зоной лесостепи. Район заметно4 отличается по своим природш условиям от прилегающей к нему территории. Особенно это относ! ся.к лесостепной зоне.'

Анализ природных условий по литературным данным (Горшенш 1955; Орлова, 1962;.Герасимов и др., 1963; Рихтер, 1963; Сля; нев, 1965 и др., Ильина, 1973 и др.) произведен селективно, т, характеризуются те из них, которые' играют решающую роль в пр< Аукционном процессе, формировании насаждений и оказывают наибольшее влияние на их устойчивость. Дана общая характеристика основных черт рельефа, геоморфологии, климата, почвообразующи: пород. Большое внимание уделено описанию почв, особенно тех, 1 которых как в лесостепном Приобье, так и в прилегающих к нему районах Западно-Сибирской равнины произрастают лесные культур: В частности, в работе анализируются следующие почвы: дерново-слабо- и средне-подзолистая, темно-серая лесная, чернозем выщ лоченный, черноземно-луговая, остаточно солонцевато-солончако вая, лугово-черноземная, лугово-черноземная солонцеватая, луг во-касбонатная, солонец луговой глубокостолбчатый и солодь. Установлено, что наихудшими лесорастительньши" свойствами обла дает солонец луговой глубокостолбчатый, за ним следуют лугово

1ерноземная солонцеватая и черноземно-луговая остаточно солонце-заго-солончаковая почвы.

Растительность Юнного Приобья и всей Западной Сибири кратко охарактеризована в связи с ареалом сосны обыкновенной, имеющим как известно, здесь островной и ленточный- характер.' Более широкому естественному распространению сосны в лесбстепных районах наряду с эдафическими существенно препятствуют биотические и антропогенные факторы.

Согласно литературных данных (Горчаковский,-1949; Грибанов, 1960; Крылов, 1961; Гаель и др., 1962;' Павлова, 1963; Михеев, 1965; Побединский, 1965; Смолоногов, 1963; Таран,. 1973; Чередни-кова, 1976 и др.) наибольшее разнообразие типов леса в Приобье. и в СреднеГг-Сибири характерно для подзоны южной тайги и северной лесостепи.

Глава П. КРАТКАЯ ЭКОЛОГО-ЦЕНОТЙЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОСНОВЫХ ТИПОВ ЛЕСОВ ЛЕСОСТЕПИ

Приведен список названий типов сосновых лесов региона,употребляемых автором в тексте. Дана характеристика условий произрастания наиболее распространенных типов дренированных'Местообитаний. Освещены данные сравнительного анализа почв на пробных площадях, особенно на дерново-слабоподзолистой и темно-серой лесной почвах (механический состав, химические и физико-химические •■ свойства) объективно оценены условия.произрастания в широко распространенных типах леса. К наиболее ценным с хозяйственной точки зрения отнесены сосняки мшисто-ягодниковый и травяной групп типов. Б них основными типами лесов являются соответственно зе-леномошно-брусначный (сокращенно зм. брусничный) и разнотравный. Сосняки ышисто-ягодниковой группы типов леса произрастают на дерново-подзолистых почвах, а травяной группы - на дерново-подзолистой (с близким уровнем залегания грунтовых вод) и темно-серой лесной почвах, которые, по сравнению с почвами предыдущей группы типов леса более гумуспр.ованы (в 2-3 раза). Под сосняками I класса бонитета в горизонте А^ гумуса содеркится в дерново-подзолистой почве 1,5-2,0%, в темно-серой лесной почве - 4,1 -5,5)о.

В дерново-подзолистой почве количество частиц диаметром 0,01 мм составляет 14,8%. Для профиля почвы свойственно незна-

чительное количество илистой фракции (0,0QI мы) и физической глины (0,01 мы).

Отсутствие четкого морфологического оформления иллювиального горизонта и песчаный механический-состав почвы по всему' профилю отражается на её влажности. С июня лочва глубже 100 см осадками не увлажняется и влажность на глубине .65-205 см составляет всего 2-Ъ% и только ниже 210 см она повивается до 4,136 до-, стигая на уровне 250 см 8,9%. Очевидно это связано не только .с приближением уровня грунтовых Ьод, но и с увеличением доли, илистой фракции.

В типичном зм.-брусничном сосняке характерный для этого типа живой напочвенный покров состоит из брусники и зеленых мхов, а в молодняках кроме того в нем в небольшом количестве встречаются Calamagrostis arundinacea, Antennaria dioica, I^rrola rotun-difolia, Pulsatilla patens.

Наиболее высокопродуктивные насаждения сосны формируются в травяной группе типов леса. В их числе сосняк разнотравный, занимающий преимущественно ровные, элементы рельефа высоких террас Оби и ее притоков. Произрастает на темно-серой слабооподзолен-' ной лесной почве, сформировавшейся на древнеаллювиальных супесчаных отложениях. Темно-серые лесные почвы отличаются' от предыдущих не только большим содержанием гумуса по всему профилю, а такне повышенным содержанием частиц мелких фракций - илистой и особенно физической глины и, как следствие этого, лучше увлажнены. Они имеют хорошо выраженный иллювиальный горизонт. В целом теино-серые лесные почвы плодороднее, по сравнению с дерново-подзолистыми и благоприятнее для формирования высокопродуктивных древостоев.

Основной фон в травяном покрове создает Carex macroura в меньшем количестве, но довольно часто встречаются Iris rutheni-са, Rubus saxatilis, Fragaria vesca, Calamagrostis arundinacea, Phlomis tuberosa, Glechoma hederacea. Значительно реже попадаются разные виды Zathyrus; Polygonatum officinale, P. humile, Geranium sibiricum, Filipéndula ulmaria и другие представители низкого- лесного разнотравья.

Глава Ш. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРУ ПО ИССЛЕДОВАНИЯМ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ СОСНОВЫХ ЛЕСОВ СССР

На основе анализа литературных данных сделан вывод о том,

[то хотя з нашей стране проведена значительная работа по исследованию биологической продуктивности лесов, но в целом задача, ¡оставленная при формировании национальной программы по МБП,учеши не выполнена. Это относится к определению запасов фитомас-:ы, ее приросту, опаду и отпаду, в наиболее высокопродуктивных эталонных лесах многих пород. В равной.мере сказанное относится с сосновым лесам, для которых за исключением 2-3 регионов не зскрыты экологические зональные и возрастные особенности изменения биологической продуктивности. Поэтому мы согласны с выводом i.íl. Уткина (I9BI) о той, что главным в проблеме первичной продуктивности лесных БГД по-прежнему остается изучение продуктивном на разных уровнях познания. Приобье и вся Западная Сибирь относятся к тем регионам, где эти исследования в сосновых лесах, ípoMe наших, проведены в крайне малом объеме.

Ка основе анализа литературных источников (Ogawo и др., 1965; Поздняков и др., 1969; Уткин, 1969, 1970,- 1975; Карманова, 1976; Clark, Taras, 1975; Семечкина, 1978; Усольйев, 1985 а,б; Ильина и др., 1986 и др.) можно прийти к заключению о том, что в процессе изучения фитомассы деревьев и древостоев для аппроксимации эмпирических данных используется в основном ограниченное число функций, обеспечивающих получение достаточно репрезентативных данных. Это:

1) уравнение лораболы первого (у = а + вх (I) и второго (у = а + вх + сх2 (П) порядка и

2) аллоиетрпческие уравнения: степенная функция (у = ахв (LI),

показательная функция (у = авх (1У). и вида у = (У).

х

В зависимости от состава и структуры древостоя, его возраста и определяемых компонентов фитомассы перечисленные уравнения можно использовать с большим успехом. Дане при взятии только 9 модельных деревьев обеспечивается высокая точность на уровне 5-7/о) определения фитомассы. Возможности использования многомерного подхода к исследованию фитомассы успешно разрабатывает В.А. Усольцев, 1985 а, б).

.Нами уравнения пораболы были использованы при обработке материалов отдельно по пробам. Выведенные уравнения приведены во 2-оы томе цлгсертацта". А при составлении таблиц массы

стеолов и крон по двум входам (высоте и диаметру) использовано уравнение степенной функции. Лля определения массы стволов полу-

чены уравнения:

у = 0,2% (й2Н)0'569 (У1)

у = 0,048 (й2Н)0'951 (УП), где у - масса стволовой Н соответственно диаметр и высота дерева. Уравнение Уа обеспечивает получение достоверных результатов на 5-7%..уровне у деревьев диаметром низших классов, ступеней толщины -до 8,0 см, а УП-ое - у более толстых деревьев.

Выведенные для определения пассы крон сосен формулы имеют

следующий вид: у = 0,11 •. х2'237

I. При высоте 4 ы

2. 8 м у « 8,35 • ю~3 • х3,147

3. 12.и у = 1,68 • Ю-3 • х3,61

4. _Т1_ 16 м у = 1,25 • Ю-3 • х3,56

5. 20 м и > у = 1,45 • Ю'3 • х3'42-,

где у - масса крон, X - - диаметр деревьев.

Глава 1У. ПРОДУКТИВНОСТЬ И СТРУКТУРА ФИТОМССЫ СОСНЯКОВ ЮЖНОЙ ТАЙГИ

Фитомасса сосняков, зеленомоыно-брусничных хх) В этом типе в сосновых лесах П-УП классов возраста запасы фитоыассы на I га составляют 772-3367 и (рис. I). Из нее на долю кивой фитоыассы насаждений (&ФН) приходится 78,9-89,3%. Наблюдается тенденция нарастания доли ЖФН с увеличением возраста древостоев. Приведенные данные свидетельствуют о достаточно высокой продуктивности сосняков данного типа леса П-Ш классов бонитета при полноте 1,04-1,33. В кивой фитомассе за.- брусничных сосновых лесов удельный вес древостоев составляет 97,5-99,13%. Доля подроста, подлеска и живого напочвенного покрова СИП) (вместе взятых) крайне незначительна -0,87-2,43%. Б связи с тем, что эти сосняки формируются при высокой полноте для структуры фитоыассы их древостоев-характерен незначительный удельный вес ветвей (5,1-7,2%) и хвои (2,1-6,1%). Минимальное участке в фитомассе древостоя хвоя имеет в И классе зозраста, лозке наблюдается некоторое ее увеличение. Основная

хх)

Программа составлена С.Б. Хрубиловым.

Здесь и в дальнейшей фитомасса приводится в абсолютно сухом-состоянии

т/га 350300

200 -

Ш

рту

гт

1

I

I

25 49 70 ¿5 РВУ Ч31 47 72 РВХ^

Возраст,лет

С. брусничный С.зм.р.черничный С.разнотравный Рис. I. Растительная масса сосняков подзоны южной тайги

хвоч,листья ветви

I - корни деревьев

| I I |- стволы

]- живой напочвенный покров мертвая органика

х) РВ - разновозрастный, масса корней определена

Д

пасса древостоя состоит из стволов (70,3-73,1%)-, удельный вес которых с возрастом деревьев мало увеличивается.

Масса корней достигает значительной величины (до 527 ц/га), а удельный вес их не претерпевает существенных изменений - он колеблется в пределах 16,4-20,3%..Интересна динамика массы корней разных фракций. £ рассматриваемом возрастном интервале вся масса корней увеличилась в 5,4 раза, а мелких - только в 1,3 раза

Масса органов фотосинтеза характеризуемых сосняков в целой составляет: в 25-летнем возрасте 44,7эц/га, й 49-летнем - 65,6, в 70-летнем - 64,9 и в 122-летнем - 75,0 ц/га, т.е. с увеличением возраста древостоев она постепенно нарастает. Если учесть, что из этой массы на долю ШШ приходится значительная часть -соответственно 18,2; 19,2; 24,7; 23,3/», то нетрудно заметить, что органы фотосинтеза, как в целом насаждений, так и древостоев, составляют небольшую часть.

ЖНП сосняков зм.-брусничных по структуре прост, он в основном состоит из брусники и сплошного ковра зеленых мхов при крайне незначительном участии травостоя. Запасы фитомассы брусники -ее листьев и урожай ягод, имеющие большое народнохозяйственно^ значение, колеблются в значительных пределах - 1,71-3,34 и 02,84 ц/га (ягода в свежесобранном состоянии).

Фитомасса сосняков зм.-разнотравно-черничных. Основные черты структуры фитомассы древостоев черничных сосняков в конце Ш -в 1У классах возраста близки к тем, которые отмечены для брусничных сосновых лесов, хотя имеются и различия в^ запасах фитомассы (рис. I). Кроме того, в составе древостоя черничных сосняков до 3 единиц составляют лиственные, что существенно сказывается на структуре его фитомассы.

Запас фитомассы древостоя к 65 годам достигает 2387 и/га, а насаждения в целом - 2810, из которой на долю ЕФН приходится 86,2^. По своей структуре фитомасса черничных сосняков сложнее, чем брусничных. Это в основном относится к £НП в котором наряду с черникой, брусникой и мхами достаточно хорошо развит травостой, тем не менее на долю древостоя от 1ФН приходится 98,4$. В хорошо развитых органах фотосинтеза насаждения (88,0 ц/га) удельный вес хвои древостоя составляет 80%, на долю нижних ярусов приходится 20%. Максимальные запасы зеленой массы черничных сосняков достигают 98,7 ц/га. Это свидетельствует о больших потенциальных воз-

окностях сосняков данного типа леса в накоплении фитомассы. Из сей массы корней (402 ц/га) только 2% (8,2 ц/га) составили ыел-ие. Структура фитоыассы 65-летнего древостоя выглядела следующим образом: хвоя - 2,9; ветви - 5,3; стволы - 74,9 и корни' -:б,9%. v

фитоыасса сосняков разнотравных. В высокобонитетных сосня-;ах разнотравных запас фитомассы с возрастом нарастает быстро ,рис. Ь). Уке к 31 году он достигает 2134 ц/га, а в 47 лет -5001 ц/га. С возрастом накопление фитомассы' протекает интенсивно 1 в 72 года она составляет 3524 ц/га. Из нее живая часть состав-иет 84^2-85,2% и только в 67-летнем сосняке, охваченном рубками ухода умеренной интенсивности, доля кивой фитомассы составила 39,658.

Древостой в рассматриваемом возрастной интервале накапливают 98,1-99,9/5 всей кивой фитоыассы и только в разновозрастном низкополвотнои сосняке на ее долю приходилось 92,6/5, а подрост с подлеском составлял 2,8% и кивой напочвенный покров 4,6%. Удельный в.ес компонентов фитомассы в высокополнотных древостоях разного возраста характеризуется очень тесными относительными показателями.' Стволы накапливают 68,6-70,7%'фитомассы, ветви 8,59,8%, хвоя - 3,4-4,7%, а корни - 16,8-17,6$. Масса мелких корней сосен составляла 8,74-10,94 ц/га. В сосняках р'азцотравных, зеленая масса чрезвычайно высокая - 84,5-114,6 ц/га, возрастающая в возрастном интервале. Из этой массы на долю ЖНИ приходится oit 0,1 ц/га в 31-летнем сосняке до 8,1 ц/га в 72-летнеы возрасте, а подроста и подлеска соответственно от 0 до 5,9 ц/га. Остальная зеленая масса (86,1-99,7%) сконцентрирована в древесном пологе. Б целом сосняки разнотравные обладают большим запасом органов фотосинтеза, обеспечивающих им высокую продуктивность фитомассы.'

фитомасса сосняков в различных экологических условиях. Сравнительный анализ запасов фитомассы сосняков в экологическом ряду проведен-на примере насаждений близких по возрасту - 63-70 лет, только сосняк чернично-сфагновый (по Прохоровой, 1972; Глдбову и Толейко, 1975) имеет возраст ПО лет (см. таблицу).

Характеризуемые объекты по своей продуктивности очевидно конно рассматривать как эталонные, за исключением разнотравного сосняка, занимающего промежуточное- полокение мекду модальным и нормальным насакдениями. Тем ке менее мы с*;итаем его подходящим

Таблица

Пасса органического вещества экологического ряда средневозрастных сосняков южной тайги, ц/га, % х^

С ос н я к

Структурные элементы -

фитомассы сосняков лишайяи" бруснич- чернич- разно- ч.-сфагновый ный. ный травный новый 63 лет 70^ лет 65 лет 67 лет 110 лег

I. Живая фитоыасса 1047.94 2320.21 2508.56 2676.56 №,50

сосняков , 76,9 89,2 86,7 89 Не опр.

I. 1.1. Надземные ча- 799.43 1856,80 1985.84 2129.69 1122,60

сти древостоя 76,3 80,0 79,1 79,8 65,4

I. 1.2. Подземные ча- 234,96 422.53 485.66 507.48 499.10

сти древостоя 22,4 19,2 19,4 19,0 29,1

I. 2. Подрост (надзем- 0.69 0.57 0.18 7,9 6 Не опр.

ные части й корни) 0,06 0 0 0,3 Не опр.

I. 3. Подлесок (над- 0 0,40 0.33 0.23 _и_

земные части и 0 0 0 0

корни

I, 4. Живой напочвенный 12,86 19.91 36.85 31,33 94,80

покров Итого 1,2 0,8 1,5 0,9 5,5

п. ,.Мертвая органиче- 390.46 282.61 385,14 3*5,59 Не опр.

ская масса 27,1 10,8 13,3 10,5 Не опр.

Вся фитомасса 1438.40 2602,82 2893,70 2992.28 Не'опр.

100 100 100 100 100

х)

В горизонтальных строках I и П процент определен по отношению кЬ всей органической.ыассе, а в остальных - по отношению к живой фитомассе

хх)

Данные Ф.З. Глебова, Л.С. Толейко (1975).

объектом, поскольку он по запасу фитомассы .превосходит остальные насаждения и, судя по диаметру и высоте, формирование древостоя, по сравнению с брусничным и черничным сосняками, протекало специфично со свойственными данному типу особенностями.

В диссертации детально анализируется определенная полностью надземная и подземная фитомасса насаждений, выявлены закономерности изменения ее. запасов и соотношение компонентов в экологическом ряду.

По запасам фитомассы древостоя с5 учетом ее среднего прироста типы леса по продуктивности (от минимальной к максимальной) размещаются в следующем порядке: сосняк ч. сфагновый, лишайниковый, брусничный, черничный и разнотравный. В характеризуемых типах леса к 63-70 годам живая фитомасса насаждений составляет 983-2677 п/га. В различных типах леса при одинаковом возрасте в общей органической массе удельный'вес живой фитомассы составляет 76,989,7%. По ней и мортмассе близкие показатели сосняки имели в брусничном, черничном и разнотравном типах леса.

Во всех типах леса основная масса древостоя сконцентрирована в стволах, по нашим материалам - 68,7-73,7%, а по данным А.Я. Прохоровой (1972в сосняке чернично-сфагновом - всего 57,9%. Удельный вес корней снижается от сосняка лишайникового к разнотравному от 22,7 до 18,6%, а на долю хвои и ветвей соответственно приходится 2,1-3,5 и 5,1-8,4%. Наибольший удельный вес ветви имели в сосняке разнотравном. Если не считать данные по сосняку ч. сфагновому, то получается, что пределы отклонения удельного веса отдельных компонентов выше в возрастном ряду, чем в экологическом. Это относится и к зеленой массе древостоев, которая в характеризуемых типах леса колеблется в пределах от 33,9 (в сосняке лишайниковом) до 94,2 ц/га (в сосняке разнотравном).

В процессе обработки данных пробных площадей большое внимание уделено выявлению коррелятивных связей отдельных компонентов фитомассы с таксационными признаками. Эти уравнения-приводятся в диссертации. Здесь мы приводим уравнения связи компонентов фитомассы насаждений с их зозрастоы:

а. Сосняки зи.-брусничные Ствол у = - 551,2 *■ 42,5 х - 0,15 X2 Ветви у = - 14,6 +' 2,4 х - 0,005 х2

Подсчеты составлены нами

Хвоя у = 47,4 + 0,425x - 0,001 x2 Крона у = 14,1 + 2,78 x - 0,006 x2 Корни у - - 180,7 +12,66 x - 0,056 x2 б. Сосняки разнотравные liacca стволов у = 25,6 + 50,35 х - 0,314 х2 ветвей у = — 11,0+ 6,66 х - 0,043 х2 хвои у= 56,6 + 0,76. х - 0,005 х2 корней у = - 228,6 + 22,55 х - 0,166 х2 Z у = - 117,4 + 79,72 х - 0,525 х2 где у - запас фитомассы, я/га, х - возраст древостоя, лет.

Прирост и опад фитомассы в южнотаекных сосняках. Эти показатели являются вакнейшими, характеризующими динамику органического вещеетва в фитоценозах. Определялись по признанным в нашей стране методикам исследований (Левина, I960; Пьявченко, I960; Молчанов, Смирнов, 1967; Каменецкая, 1971; Родин и др., 1968; Казимиров и др., 1977; Белоногова, 1974 и др.) с некоторыми уточнениями и приспособлением отдельных моментов для выполнения поставленных задач в конкретных условиях.

Суммарный прирост фитомассы в рассматриваемых нами дренированных типах леса колеблется в пределах 56,42-168,41 u/га.В сфагновых сосняках, по данным Н.И. Базилевич (1967), Н.И. Пьявченко (1967), Ф.З. Глебова, Л.С. Толейко (1975), он составляет 4,0-35,0 и/га. При этом он'на 85,9-99,7$ обеспечивается за счет древостоя. Истинный прирост составляет: минимальный 15,63 ц/га в спелом 122-летнем сосняке брусничном, а максимальный 93,19 ц/га в 47-летнем сосняке разнотравном.

В текущем приросте древостоев, составляющем 49,91-139,10 п/га,на долю стволов приходится 36,4-54,5%. Вслед за стволами в суммарный прирост наибольший вклад вносил: хвоя - 21,7-44,1$, а в отдельных случаях она превосходит и прирост стволов. На долю прироста ветвей приходится 10,3-19,0$, корней - 7,3-12,9$. Пало сведений о массе шишек. По нашим многолетним данным, прирост шишек составлял 0,09-4,79 ц/га. В наиболее урожайные годы масса шишек достигала 8,64 ц/га (Габеев, 1976). 1

Ежегодный.прирост массы ииеого напочвенного покрова колеблется в значительных пределах - от 0,17 ц/га в высбкополнотном разнотравном молодняке до 11,17 а/га в средневозрастном сосняке ' разнотравно-черничном и разнотравном, составляя 3,7-10,4$ от все-

го прИ5$о<кга, фитомассы насаждений.

Масса опа^а и-отпада в рассматриваемых сосняках составляет 23,35-84,68 и/га% Во всех типах леса основная масса отмершей органики отчуждается от древостоя, составляя 72-99%, на долю опа-да живого напененного покрова приходится 0,4-26%, а подроста и подлеска 0-2,5%. В древесном опаде часто преобладает хвоя. Например, в рассматриваемых 25-,37- и 31-летнем сосняках на долю опада хвои приходится 69,1, 64,5 и 66,1%. Большое количество отставших в росте и усыхающих сосен еще долгое время стоит на корню, поэтому масса их стволов и даже ветвей в это время не оказывает заметного влияния на увеличение поступающей на поверхность почвы отмершей органики.

Глава У. ФКТОМАССА СОСНЯКОВ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ

Сосняки зеленомошно-брусничные. Характеризуются, как и в подзоне южной тайги, высокой продуктивностью фитомассы (рис. 2). В рассматриваемом возрастном интервале в них накапливается от 347 (в 16-летнеы возрасте) до 3106 и/та фитомассы (в 105-летнем сосняке). Из нее на долю ЖФН .приходится от 70 до 65,4%. Удельный вес айвой фитомассы нарастает до определенного возраста - конца Ш-на-чала 1У класса-возраста. В дальнейшем наблюдаются лишь небольшие, отклонения. Аналогичная закономерность обнаружена и в древостоях, а точнее в изменении удельного веса стволов, на долю которых, по отношению к живой фитомассе древостоев, приходится от 54,7 до 73,2%.

Хотя в абсолютных показателях масса крон с возрастом постепенно нарастает, однако удельный вес ее структурных частей (хйои и ветвей) по отношению к фитомассе древостоев снижается - хвои от 11,9% в 16-летнем возрасте до 2,4% в 105-летнем''возрасте, и ветвей - соответственно от 9,9 до 4,5% На долю корней приходится 19,5-22,?%. Это на 2,4-3,1% больше, чем в подзоне южной тайги. 1ласса хвои в сосняках зм.-брусничных меньше, чем в подзоне южной тайги. Это явление, по всей видимости, обязано разной степени влагообеспеченности насаждений~характеризуемого типа сосняка в сравниваемых зонах. Может показаться, что в целом запасы, зеленой массы хвои, характеризуемых сосняков лесостепной зоны ( 31-62 ц/га) занижены. И действительно, в некоторых случаях (в благоприятные годы) масса хвои превосходила указанные' величины на 12-16%

(рис.. 2), но при условии, если не отмечался усиленный ранний опад хвои и по меньшей мере не было засухи во второй половине лета. С учетом этих данных нами были выведены уравнения связи фито-массы древостоев с их возрастом:

Uacca стволов у = - 45 3 + 38,5 х - 0,16 х2 ветвей у = 18,1 + 1,68х - 0,005 х2 хвои у * 32,6 + 0,91х - 0,006 х2 корней у = -101,5 + 9,2 х- 0,025 х2 Г у = -511,6 + 50,6 х - 0,196-х2 где у - соответственно масса стволов, ветвей, хвои, корней и всей фитрмассы древостоя (ц/га); х - возраст (лет).

Фитомасса.нижних ярусов в рассматриваемом возрастном интервале сосняков незначительна и меньше, чем в их аналогах в подзоне, юкной тайги. Из всей зеленой массы (31-85 ц/га) на долю живого напочвенного покрова приходится от 3 до 22$. Максимальный удельный вес наблюдался во взрослых сосняках. Для сравнения отметим, что. в подзоне южной тайги этот показатель составляет 18-25$. В лесостепной зоне масса нижних ярусов, в частности 1НП меньше в относительных и абсолютных показателях. Это мы объясняем не только изменением гидротермического режима в сторону его снижения, но и более высокой антропогенной нагрузкой. Очевидно к последней зеленные мхи и. брусника здесь, в районе близком к южной границе ареала этих растений более чувствительны, легче разрушается их покров, нем в северных районах.

Фитомасса сосняков разнотравных. Как и в подзоне южной тайги,' сосняки разнотравные в лесостепной зоне формируют более высокопродуктивные насаждения, чем другие типы леса. В них накапливается до 4557 ц/га органической массы (рис. 2). В этом типе леса на долю живой фитомассы приходится от 55,6% в 10-15-летнем молодняке до 91,4% в 131-летнем;возрасте. В абсолютных показателях максимальное количество отмершей фитомассы обнаружено в 85-летнем цасавдении.

Удельный вес стволов по отношению к фитомассе древостоев изменяется в пределах от 44,1 до 76,7% соответственно в 13- и 131-летнем сосняках. Таким образом можно сделать заключение, что с возрастом древостоев масса кроны возрастает в абсолютных показателях, а в относительных наблюдается обратный процесс, который в равной мере относится и к ее составляющим - хвое и ветвям, свойст-

С. брусничный

С. разнотравный

¡.-¿-Л

ш

ш

ш

а

I

I

I

1

_пд

К

I

ш.

16 34 62 99 105 ис. 2.

13 28 43 65 85 131 Возрастает

Растительная масса сосняков лесостепной зоны (Обозначения см. рис. I.)

венна соснякам данного типа леса.

Б сосняках разнотравных лесостепной зоны и подзоны южной тайги масса хвои очень близка по абсолютным показателям. Такке близка и практически идентична в них продуктивность фитомассы стволов. Скорее всего это ыокет быть объяснено тем, что в подзоне юнной тайги благоприятнее гидрологический режим почв и воздуха, а в лесостепной зоне - температурный ре&им воздуха, и почв, а также их плодородие. В целом se сочетание комплекса факторов условий произрастания в этих зонах обеспечивает одинаковый лесоводствен-ный эффект.

В сосняках разнотравных формируется мощный ассимиляционный аппарат древостоя и кивого напочвенного покрова. Его масса (64,4101,8 ц/га).на 81.9-98,8% представлена хвоей древостоя.

На долю корней от нивой фитоыассы древостоев приходится 16,0-■19,9%. Это заметно меньше,' чем в предыдущем типе леса. Определены, уравнения связи фитоыассы древостоев с их возрастом:

Масса стволов у = -506 + 47,2 х - 0,149 х2 ветвей у = 0,20 + 6,2 х - 0,038 х2 хвои у = 56i5 + 1,38 х - 0,011 х2^ корней у = -71,9 + 12,58 х - 0,055 х2 £ у =• -512,7 + 67,38 х - 0,253 х2 где у - соответственно масса стволов, ветвей, хвои и корней (ц/га); х - возраст древостоев (лет), г = 0,86-0,97.

. Прирост и опад в сосновых лесах лесостепной зоны. Характеризуемые сосновые леса лесостепной зоны Приобья явшштся уникальными не .только по высокой продуктивности, но и тем, что они в связи с легкой доступностью являются объектом интенсивной эксплуатации в течение продолкительного времени, а в последние годы и рекреационной нагрузки. Высокая продуктивность сосняков лесостепной зоны является результатом интенсивного продукционного процесса. Текущий прирост фитомассы древостоя в сосняках брусничных колеблется в пределах 40,7-66,0 ц/га, в разнотравных он составляет 53,5-124,7 ц/га. В сосняках от прироста всей фитоыассы на долю ЕНП приходится в брусничном типе леса от 1,4 до 9,6%, в разнотравном - от 2,5 до КТ/о. В объектах исследования депонируемая часть приростаеыой фитоыассы древостоев соответственно определена S размерах 9,3-32,4 и 15,4-73,4 ц/га. Максимальное количество опа-аа, поступающего на поверхность почвы, в сосняке брусничном наблю-

гется а 2-летнем возрасте (42,8 ц/га), в разнотравном - в 85-днем возрасте (110,3 ц/га). При этом и в опаде фитомассы сосня-зв разнотравных(С возрастом все большую роль играет нивой напоч-зняый покров - на его долю приходится от 6,9% в раннем возрасте э 55,9^ в 131-ле®нем насаждении.

В сосняках лесостепной зоны с конца Ш до УП класса возраста эличество плодоносящих деревьев приближается к максимальной и веса пииек достигает наибольшей величины - 5,5 - 12,8и/га, играя них довольно заметную роль в текущем приросте древесной фито-ассы - до 15%.

Глава 71. ЗОНАЛЬНАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ СОСНЯКСЗ ПРЯОБЬЯ

Показатели продуктивности рассмотрены на примере бруоничных осняков равных по возрасту, занимающих специфические для этого ипа леса условия местопроизрастания. Для северной и средней тай-и использованы материалы Л.К. Позднякова и др. (1969) и Д.П. Ми-рофанова (1977). В остальных зонах автор проводил исследования и нализировал собственные материалы с задачей выяснить закономер-ости изменения запаса фитомассы и ее компонентов, их прирост и лад в различных зонах. На рис. 3 показаны закономерности измене-мя запасов фитомассы названных сосняков подзон северной, средней [ южной тайги, лесостепной и степной зон в зональном ряду на юльшой протяженности, начиная на севере на 65° и кончая на юге ючти на широте 51°30 .

Анализируемые сосняки наибольшую живую фитомассу накапливают » подзоне южной тайги и в лесостепной зоне (2630-2960 ц/га) между гараллелями 54° и 58° с.ш. Это район максимальной продуктивности :основых лесов в Приобье и в целом во всей Сибири.

Больше всего хвои накапливается в зм.-брусничных сосняках ожной тайги и в лесостепной зоне:» Уменьшение массы хвои древостоя вследствие снижения его полноты сопровождается увеличением зеле-гой массы нижних ярусов. Она проявляет связь с зональностью региона. Масса хвои . древостоев нарастает по мере продвиже-тя от степной зоны до подзоны южной тайги включительно, зевернее она снижается. Что касается зеленой массы живого напочвенного покрова, то она повышается до подзоны средней тайги, а по некоторым данным (Казимиров и д^., 1977) и до подзоны северной тайги. Однако, сосновые леса данного типа леса наиболь-

Рис. 3, Фитомасса сосновых лесов в различных

зонах Приобья

I - надземная масса всех ярусов и 2 - стволы (по наружной шкале), 3 - хвоя и 4 - живой напочвенный покров (по внутренней шкале), 5 - масса напочвенного покрова в северной тайге по данным разных авторов

шую зеленую массу имеют в средней подзоне, тайги, затем в южной и северной ее подзонах, дальше в лесостепной и степной зонах. В подзоне северной тайги зеленая масса живого напочвенного покрова выше, чем масса хвои древостоя.

При анализе фитомассы мелких корней, т.е. -наиболее активной их фракции оказалось, что этих корней'больше всего в.лесостепной зоне. Интересны данные относительного их содержания: в степной зоне на I ц хвои приходится 0,27 ц мелких корней, в лесостепной зоне и подзоне южной тайги соответсвенно 0,23 й 0,17 ц.

Запас мортмассы подстилки, ее накопление зависят не только от.количества опада фитомассы, ее состава, но и от скорости разложения. Медленнее всего опад разлагается в степной зоне (индекс 26,0), затем в северной тайге (18,8), лесостепи (11,6), средней тайге (9,2) и быстрее всего в подзоне южной тайги (6,9).

Проведен сравнительный анализ прироста надземной и подземной фитомассы, ее опада и отпада в различных зонах. В брусничных сосняках наибольший прирост фитомассы обнаружен в подзоне южной тайги (56,4 ц/га). В лесостепной зоне текущий прирост древостоя несколько ниже, а в'средней тайге еще меньше. В последней удельный вес прироста фитомассы ЕНП от всего прироста фитомассы насаждения составляет 20,5$. Это в 2-3 раза больше, чем в лесостепной зоне.

Текущий опад фитомассы, также как и ее прирост, больше всего .был в подзоне южной тайги (40,8 ц/га), который на 88,8$ поступает из древесного яруса. В целом же наблюдается следующая закономерность. В степной зоне опад на 100$ состоит из фитомассы древесного яруса. По мере продвижения на север в нем возрастает удельный вес фитомассы живого напочвенного покрова, достигая до 43,6$ в подзоне северной тайги. .

Биологическая продуктивность органов фотосинтеза и соотношение текущего прироста и опада и отпада анализируются нами в каждой 'зоне отдельно. Биологическая продуктивность хвои, т.е. фито-масса,синтезируемая определенным количеством хвои за единицу времени, является интегральным показателем "работы" органов фотосинтеза древостоя. Установлено, что. биологическая продуктивность хвои сосновых лесов меняется в значительных пределах (Су= 37,3$)-I кг хвои продуцирует. 0,14-1,05 кг в среднем 0,59, древесины ствола.

Максимальная биологическая продуктивность хвои наступает во

П-Ш классах возраста, то есть в тот период, кргда текущий прирост в сосняках достигает максимума. Минимальная продуктивность хвои приходится на спелые и особенно перестойяыз древостой, а заметное ее снижение- наблюдается в 1У - У классах возраста. Самую высокую биологическую продуктивность хвои - ее один кг синтезировал 1,92 кг древесины, ствола и ветвей - Иы обнаружили в поливаемом питомнике в открытом грунте.

На основании анализа собственных материалов и литературных данных сделан вывод о том, что биологическая продуктивность хвои обусловлена генетически. В Приобье она наибольшую связь проявляет с возрастом древостоя, значительно слабее на нее влияние экологических и географических условий.

В онтогенезе на разных этапах формирования запас фитомассы Зависит от интенсивности продукционного процесса и опада и отпада. В целом, чем больше текущий прирост, тем больше и опад и отпад, одновременно и выше та часть прироста, которая закрепляется. Текущий опад по отношению к приросту древостоев в подзоне юкной тайги составляет 33-98%. Эта относительная величина больше изменяется с возрастом, нежели в экологическом ряду, хотя в абсолютных показателях наблюдается обратное явление. Величина истинного прироста фитомассы древостоев колеблется в следующих пределах : I) в сосняках брусничных - 15,6-55,4 ц/га, в черничных и разнотравных - 39,2-93,2 и/га, в сфагновых - 0,1-11,2 и/га. В лесостепной зоне истинный текущий прирост массы древостоев брусничных сосняков составляет 9,3-32,4 ц/га, в разнотравных - 15,0-73,4 и/га. Доля массы опада от текущего прироста составляет в брусничных сосняках 28.5-77,2%, в разнотравных - 34,4-97,1%.

Глава УП. ФПТОМАССА КУЛЬТУР СОСНЫ В ЛЕСОСТЕПИ

Детальному анализу подвергнуты особенности накопления запасов фитомассы в лесных культурах в различных условиях произрастания. Произведен сравнительный анализ запасов фитомассы лесных культур с фитомассой естественных сосняков разнотравного типа леса. Выявлены существенные отличия в общей продуктивности фитомассы древостоев и в целом фитоценозов и отдельных компонентов фитомассы. В возрасте до 50 лет более продуктивными оказались лесные культуры. В самом раннем возрасте в 3-5-летних густых посевах в питомнике масса хвои приростает интенсивно - до 61 ц/га в год,что

в 2',5-3,0 раза выше текущего прироста хвои. В естественных сосняках, а общий ее запас 7-9 т/га, эти показатели близки к максимальной' массе хвои в наиболее высокопродуктивных сосняках. Такие интенсивно приростает масса стволов и ветвей древостоя - до'' 117 ц/га. В естественных ке сосняках в лесостепи масса прироста .стволов и ветвей в возрасте от 15 до 133 лет максимума достигает в ffi классе возраста и составляет около 83 ц/га.

В связи с густотой произрастания' (и суммой площадей сечения) выявлены особенности динамики фитомассы хвои, живого напочвенного покрова, запасов и структуры подстилки, фракционного состава опада в сезонной динамике. В лесных культурах, произрастающих при густоте более 3,0 тыс. шт. на I га, в раннем возрасте ( не позже 12 лет) наступает ыертвопокровный период формирования, который продолжается до 25-30 лет. В указанный период в этих насаждениях сосна является единственным фитопродуцентом, поэтому весь опад, поступающий в почву - древесного происхождения. В течение года опад поступает неравномерно - от 44 до 50% опада в культурах и естественных сосняках поступает за сентябрь - октябрь месяцы.

Б сомкнувшихся молодых культурах запасы подстилки и всей отмершей фитомассы нарастают быстро и к 30 годам достигают 600 ,ц/га, не уступая максимальной ее массе в естественных сосняках с заторможенными .биологическими процессами. К концу следующего десятилетия запасы подстилки в лесных культурах значительно снижаются в связи с активизацией процесса разложения ыортмассы в подстилке, вызванной улучшением в припочвенном слое режима солнечной радиации.

Исследованы также запасы репродуктивных органов - пыльцы, пыльников, шишек и семян. Установлена связь количества плодонося-щихся в древостое сосен с их возрастом и связь интенсивности плодоношения деревьев с их относительной высотой и диаметром. Вывеяно уравнение связи количества шишек с диаметром дерева: у = 1018,5 - 96,5 х + 2,4 х2, где у - количество шишек, шт./дерево, х - диаметр дерева, см.

В лесостепной ¡зоне и подзоне южной тайги в культарах сосны отдельные деревья начинают плодоносить в 12-13 лет (возраст биологический). В насаждениях, образующих к 10 годам высокосоыкну-тый полог, незначительная часть деревьев - до 5;i, преимущественно наиболее хорошо развитых, вступает в плодоношение в возрасте 1525

17 лет. Продукция пыльцы в объектах исследования колебалась в больших пределах. В 29-32-летних культурах она составляла 0,656,83 кг/га, а в естественной сосняке разнотравном в 1У-У классах возраста - 51,0-0,81,4 кг/га. Коэффициент выхода пыльцы соответственно составил 0,27-0,39 и 0,36-0,47.

В естественных сосняках выход семян от массы шишек-составлял 0,23-0,88%, в лесных культурах - 0,20-0,36%. В первом низкий выход семян является следствием поедания их белкой и дятлом,а во втором - это результат недоопыления (Некрасова, Земляной, 1980); Количество опадавших на I га семян составляло в естественном сосняке 110345-1927586 шт. (0,64-11,18 кг), а в 32- и 55-летних культурах (при хорошем урожае в 1984 г.) соответственно - 171830 шт. (0,84 кг) и 372980 ит. (2,64 кг). Этого количества семян вполне достаточно для.обеспечения самосева под пологом названных древоохобБ.

Глава УШ. ЭЛЕМЕНТНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ РАЗЛИЧНЫХ ОРГАНОВ СОСНЫ И БИОЛОГИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ АЗОТА И ЗОЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В СОСНОВЫХ ЛЕСАХ ПРИОБЬЯ

В надземных органах и корнях сосны в различных экологических условиях,в сезонной и возрастной динамике и зональном аспекте определялось содержание 26 элементов: н, р, к, Са, Не, 81, 11, Ре, «а, Т1, Ыа, гп, Ва, Бг, Си, V, Ът, Мо, Со,, йа, I, Ав, РЬ, Зп, Н1, Сг. Статистические данные содержания этих элементов определены в хвое, ветвях, древесине ствола, коре деревьев из различных типов леса в подзонах средней и южной тайГи, в лесостепной зоне, произраставших на различных типах почв. Приводятся данные по содержанию азота и остальных элементов в хвое и ветвях, стволе, корнях, шишках в связи с изменением возраста культур и в течение вегетационного периода, установлены ряды содержания элементов в различных органах сосны.Достаточно ясно выраженные закономерности концентрации в связи с продуктивностью насаждений про-

X)

N. Р, К определены в Институте почвоведения и агрохимии и Центральном Сибирском ботаническом саду СО АН СССР, а остальные зольные элементы - в лаборатории спектрального анализа Института геологии и геофизики СО АН СССР.

26

являют в основной биогенные элементы N. р, к, Са^, отличающее я высоким содержанием в различных органах соснц. По этому признаку к ним следует причислить Б!. Остальные 20 элементов в различных органах деревьев встречаются в микродозах. Во многих образцах,такие элементы, как N1, ва, Ыо, V, Бп, Бг, Со, рь, г, же, zr, относящиеся к различным группам элементов периодической системы (семейство железа У111 группы, тугоплавкие (1У-УП группы), редкоземельные (Ш группа), зафиксированы в виде следов. Особенно часто это наблюдалось в образцах, взятых в культурах, произраставших на почвах солонцового комплекса в Оыско-Барабинской лесостепи.

Из щелочных металлов особенно значительные пределы содержания проявляет Ка, хотя в целом он намного уступает К. Максимальные отступления от выявленных рядов концентрации элементов в хвое и ветвях наблюдаются в экстремальных условиях - в северной тайге в сосняке-брусничнике, в южной тайге - в сфагновом типе леса, в Омско-Барабинской. лесостепи - на почвах солонцового комплекса и в ленточных борах. В стволах соотношение элементов иное. В\экстремальных условиях в северной тайге в брусничном типе, в южной тайге в сфагновых сосняках и в степных ленточных борах в ряду чат ще преобладают кальций, реже азот. В Приобских брусничных и разнотравных сосняках, и в ленточных борах в стволе много марганца, а в сфагновых сосняках и на почвах солонцового комплекса - малоГ' Марганца больше всего в хвое сосен из брусничного типа в лесостепной зоне.

Эколого-географические особенности круговорота азота и зольных элементов. В исследуемых объектах с целью изучения особенностей биологического круговорота азота и зольных элементов определено их количество, выносимое с текущим приростом фитомассы, воз-, вращаемое с ее оладом и отпадом и закрепляемое с истинным приростом, а также'накапливаемое в онтогенезе сосняков к определенному возрасту. В подзоне южной тайги в сосняках зы.-брусничного типа в зависимрсти от возраста этих элементов в сумме выносится от ■ 126 до 131 кг/га в год, а в лесостепи - 65-117 кг/га. Из этого количества элементов на формирование прироста древостоя приходится: в /подзоне ижной тайги 48,7-64,8%, в лесостепной зоне - 45,7-77,0%. В обеих зонах основное количество азота (в подзоне южной тайги от 27 до 37 кг/га, в лесостепной зоне - 20-25 кг/га), выносимого из почвы сосновых лесов, расходуется на формирование древесной массы.

В сосняках обеих зон максимальное количество элементов выносится в возрасте от 30-40 до 70-80 лет, совпадающем с периодом наибольшего текущего прироста. В возрастном ряду в подзоне южной тайги и в лесостепной зоне в 99- и 105-летнем возрастах ряды потребления химических элементов были одинаковыми-ы^ 81 Ый^Ре >-Ып В лесостепной зоне в более молодых сосняках

ряды распределения элементов значительно отличались от выше'приведенного. В 16-летнем фитоценозе в ряду аналогичные места имели N. А1, Ре, Мп, Ыа, И, а в. 34-летнем■ - только К, Р, На, Т±.

В лесостепной зоне в сосняках разнотравных на текущий прирост фитомассы ежегодно азота и зольных элементов в сумме потребляется 120-339 кг/га, это в 2-3 раза больае, чем в сосняке зм.-брусничном. Потребление и закрепление химических элементсв древесным ярусом увеличивается до середины - конпа третьего класса всгзраста. В живом напочвенном покрове этот процесс достигает максимума в наиболее старых насаждениях. Из общего количества азота и зольных элементов на долю прироста древостоев, в рассматриваемом возрастном интервале, больше всего (90,2%) приходится в 15-летнем сосняке и меньше всего (22,3%) - в 131-летнем сосняке.

В лесных культурах круговорот азота и зольных элементов имеет специфические особенности. В них, в рассматриваемом возрастном интервале, лишь в возрасте 10 и 50 лег к^вой напочвенный покров играет заметную роль в биологическом круговороте. В промежутке между этими возрастами вынос азота и зольных элементов, составляющий -199-248 кг/га, на '94-100% приходится на долю древесного яруса. В лесных культурах в возрастном ряду химические элементы по содержанию в растительном опзде не повторим ряды потребления. В них на почву с опадоы поступает от 50 до 70% элементов, заносимых на формирование текущего прироста фитомассы. Минимальный Еозврат азота и других элементов (50-58%) обнаружен в 20-30-летних культурах. Очевидно это способствует постепенному образованию дефицита некоторых элементов в почве, который в засушливые годы усугубляется из-за снижения количества впитываемой из почвы влаги, с питательными веществами. Поэтому нарушается круговорот элементов в цикле почва - растение - почва, в результате деревья начинают испытывать нехватку прежде всего К, Са, Р и возможно некоторых микроэлементов, поступающие в растения в отличие оту только из почвы.

В объектах исследования биологический круговорот азота и

зольных элементов протекает с разной ингеясивяостья. Емкость биологического круговорота изменяется от очень малой (П балла) до средней (У баллов)(по Базилевич, Родину, 1971)* Сумма вовлекаемых в круговорот элементов колеблется в пределах 65-339 кг/га. В рассматриваемых естественных сосняках обнаружено 4 типа химизма биологического круговорота - кальциево-азотный, азотно-каль-пиевый, креыниево-азотный,, азотно-креыниевый, а в лесных культурах калиево-азотный. Тип химизма в возрастном ряду зы.-брусничных сосняяоз подзоны мной тайги был неизменный кремниево-азот-ный, а ряд потребления выглядел следующим образом: м>31»Са->К> Р ^На" Ра'Ып > к&»Т1. В лесостепной зоне тип химизма в зм.-брусничных сосняках с возрастом насавдения меняется. В I и П классах возраста тип химизма кальииево-азотный, а в Ш-У1 классах возраста - кремниево-азотный. Ряд потребления в У-У1 классах возраста идентичен ряду потребления в зы.-брусничном сосняке подзоны юнной тайги. В разнотравных сосняках лесостепной зоны тип химизма в 1-1У классах возраста кальциево-азотный, а У-УП классах возраста он переходит в азотнс-кремниевый. Примечательно, что до 1У класса возраста в ряду распределения занимал сперва только 4-е место, а затеы третье.

Некоторые особенности биологического круговорота азота и зольных элементов в искусственных насаадениях сосны сводятся к следующему.

С 10 до 50 лет неизменным оставался тип химизма ( калиево-азотный). Выпадение еивсго напочвенного покрова после 10 лет (до 30) в связи со смыканием крон деревьев и незначительный прирост его массы в последующем, наибольшее влияние оказали на 31, .Са,

А1 и 1е. Их количество резко уменьшилось. Ряды накопления наибольшее сходство имеют в мертвопокровный период (в 20-40 лет). В этот период только Мп, и, находящиеся в наименьшем количестве в приросте, меняются местами, остальные 8 элементов сохраняют свое пояснение.

Глава IX. НЕКОТОРЫЕ ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ РОСТА И ПРОДУКТИВНОСТИ ЛЕСОВ

Приводятся материалы многолетних исследований температуры и вланности воздуха и почв, солнечной радиации (суммарной, рассеянной, отраненной) и освещенности в лесных культурах и естественных

сосняках разного возраста в течение вегетационного .периода и суточной динамике, проникновения осадков под полог насаждений и в почву, влагообеспеченности культур, строения и размещения массы корневой системы сосны в различных экологических условиях и зонах, а также в возрастной динамике насаждений. Проанализировано влияние различных экологических факторов на размер годичного прироста и особенности хода роста (линейного и в толщину) ствола и хвои сосны в течение вегетационного периода.

Наибольшее внимание уделено осадкам, температуре воздуха и характеристике почв (физико-химическому и механическому составу, плодородию и содержанию в них влаги), поскольку в районе исследования в основном они определяют продуктивность насаждений сосны и их устойчивость к недостатку влаги в почве в засушливые годы.

Динамика и изменчивость осадков. На основе.анализа многолетних данных количества осадков за гидрологический год установлена их большая изменчивость в различных районах Западной Сибири и Северного Казахстана. Коэффициент вариации колеблется в пределах 14-34%. Этот показатель возрастает по мере снижения количества выпадаемых осадков, наблюдаемое в двух направлениях - с севера на юг и с востока на запад (до определенного района). В первом случае максимума он достигает в Северном Казахстане (37,0%), а во. втором - в районе Северной Кулунды (27,0%). Если исходить из того объективного положения, что чем болье изменчивы климатические условия, тем менее они соответствуют для создания высокопродуктивных и устойчивых долговечных насаждений, то безусловно наиболее благоприятные условия имеются в средней и южной подзонах тайги, а наименее подходящие - в Северном. Казахстане, -в Северной Кулунде и в степных ленточных борах.

Анализ состояния искусственных насаждений з регионе пиказал, что усыхание прижившихся культур наблюдалось только в тех районах, где коэффициент изменчивости осадков составляет более 20%. В связи с этим нами выделены районы гарантированного и рискованного выращивания сосны.

Поступление осадков под полог сосняков. Под полог 30-100-летних сосняков проникает 68-80%, а в отдельные годы 47-77% осадков (Эйтинген, 1962). По исследованиям H.A. Воронкова (1973) перехват осадков кронами 4-57-летних культур равнялся 24%. В райо-

не наших работ, в связи с особенностями выпадаемых жидких осадков (их интенсивности и продолжительности) в почву 25-30-летних культур проникает в целом только 32-34$. Остальная влага удерживается кронами (30-41$)» травяным покровом (0-19%) и подстилкой (1925$). Проведен анализ проникновения в почву осадков за'II лет (с 1973 по 1983 гг.). Из их общего количества (4581,3 мы) в почву проникло 48,5%. Эти данные близки к результатам АЬав1и (1973) о той, что сосняками 25-35-летнего возраста перехватывается до 58% осадков. Очень эффективными оказываются твердые осадки. Из них в почву проникает свыше 71%.

Влагообеспеченность лесных культур-мы изучали с 1964 года по 1986. Она отражается-наличием в пойве доступной влаги и зоны сильного иссушения (ВЗ - влажность завядания)* В зависимости от типа почв ВЗ наступает при влажности-от 0,68 до 22,9% ( Брысова,' 1962; Панфилов, 1973; Трофимов, 1975 и др.). Другими словами, некоторые почвы содержат очень высокий процент недоступной влаги. К этой категории относятся почвы солонцового комплекса, -а также широко распространенные тяжело-суглинистые темно-серые лесные ' почвы и выщелоченные черноземы, на которых в Западной Сибири культуры сосны созданы на больших площадях.

Исследования позволили выявить специфические особенности режима влажности почв объектов исследования и их влагообеспеченно-сти в связи с возрастом насаждения, густотой и условиями произрастания. Установлено, что погбдичная разница во влажности почв более существенна, чем в зависимости от возраста, или густоты произрастания насаждений. Осенне-весенняя влагозарядка играет решающую роль во влагообеспеченности насаждений в течение мая-июля. Летние осадки в основном уходят -на эвапотранспирационные расходы, увлажняя при этом наряду с кроной деревьев и подстилку. Верхний 10, реже 20 см слой почвы увлажняют лишь сильные и продолжительные осадки. За годы исследований критические ситуации с влаго-обеспеченностью культур и естественных сосняков на черноземе выщелоченном, темно-серой лесной и. дерново-подзолистой почвах не возникали, хотя в разные годы в профиле почв образовывались зоны (разной мощности) труднодоступной влаги продолжительностью от нескольких дней до нескольких недель. '

Влияние климатических факторов на размер годичного прироста сосны. Выявлена связь размера прироста сосны (в высоту и по диа-

метру) ох климатических факторов. С одной стороны наблюдалась тесная связь прироста сосны в высоту на изменения'температуры вовдуха (коэффициент корреляции г = 0,74-0,58), продолжительности роста с осадками в летнее время (г = 0,69), а с другой - отсутствие связи с ними размера годичного прироста в высоту и по диаметру. И в те годы, когда выпадало максимальное количество осадков деревья не проявили адекватную реакцию, то есть значительного. увеличения их прироста не наблюдалось.

Результаты вышеизложенных исследований показали, что нет прямой зависимости отдельно взятого фактора (осадков и температуры) и продукционного процесса. Отмеченное является специфической особенностью реакции сосны на изменения условий резкого континентального климата. Здесь в подзоне южной тайги и в лесостепной зоне в отличие от условий островных боров сухой степи Кустанайской области, где- H.A. Воронков (1962) обнаружил зависимость прироста в высоту у культур сосны от осадков конкретного периода, размеры годичногэ прироста (ствола в длину и в толщину) определяются не какими-то отдельными факторами климата, а их комплексом.

Рост сосны в. засушливые годы в культурах на различных типах почв. Флуктуация прироста обычное явление в.живой природе. Мы по-* пытались выяснить особенности роста сосны в благоприятные и засушливые годы. Собранный материал в зависимости от размеров прироста распределили на три категории: I) сохранившие прирост на уровне среднего за два предыдущих и последующих благоприятных года;- 2) увеличившие и 3) уменьшившие его. К деревьям, увеличившим или уменьшившим размер прироста, относились те особи, у которых прирост в засушливые годы отличался (превосходил или был меньше) от размера контроля более, чем на 5%. Остальные относились к ' деревьям,. сохранившим размер прироста. Уменьшение прироста, как и его увеличение, наблюдалось-как в засушливые, так и в благоприятные годы.

В Приобье в куЛьтурах I и П класса возраста (на дернсво-под-золистой и темно-серой леоной почвах и черноземе выщелоченном) соответственно 63 и 54$ деревьев на засуху реагируют только отрицательно, то есть уменьшают размеры годичного прироста. Эти деревья в годы засух ни разу не' увеличивали прироста. Остальные сосны то £ один, то в другой^засушливый год имели хороший прирост. Однако-не было обнаружено ни одного дере'ва, которое бц всегда имело поло-

32

♦. ■

жительный эффект от засухи.

В неблагоприятные годы значительной количество сосен от 10,5 до 36$) сохраняют приросты,.которые соответствуют благоприятным по осадкам год^м. В особо неблагоприятные годы в районах с более жесткими почвенно-климатическими условиями, особенно, в Омско-Ба-рабинской лесостепи (Омский, Чулымский лесхозы) количество де-ргеьев, у которых произошло уменьшение прироста, по сравнению со средним годичным приростом, достигает 86-90$. Анализ изменчивое® (Cv) прироста деревьев позволил сделать вывод о том, что в более благоприятных эколого-географических условиях (в Приобъе и Предгорной лесостепи) вариабельность прироста побегов в культурах в 21-30-летнеы возрасте ниже (Cv = 12,5-18,0%), чем в 11-20 лет (Су = 14,1-19,6%). Другими словами, тенденция снижения с возрастом Суприроста свидетельствует о повышении устойчивости более старших культур н неблагоприятным отклонениям климатических факторов.

Иначе обстоит дело в Омско-Барабинской лесостепи. Здесь на лугово-черноземной солонцеватой 1рчйе Cv .прироста побегов с'возрастом возрастает с 22,4% до 25,7%. Это очевидно указывает на то, что устойчивость культур П класса' возраста ниже, чем во втором 10-летнии I класса возраста. Эти особенности роста сосны следует рассматривать как отражение наиболее существенных специфических ■ черт культур сравниваемых районов в процессе их формирования. Эти особенности следует учитывать при планировании лесоводетвенных мер ухода за культурами.

Экспериментальное изучение влйяния искусственно вызванного недостатка влаги в почве и нарушения корнелистового баланса на жизнедеятельность культур сосны. Проведенные нами эксперименты отличаются от аналогичных (Butter, 1966; Picher, Stone, 1968; Кпшельксв и др., 1972; Орлов и др., 1980) тем, что они проведены в лесостепной зоне, охвачены культуры разного возраста, которые произрастают на черноземе. Кроме того, один из наших объектов (6-летние культуры) от осадков был. ■ изолирован полностью - не только их корни, но и надземные части. Деревья с 15 мая по 15 октября 1973 г. были изолированы от осадков с помощью полиэтиленовой пленки, натянутой на деревянный каркас (Д=5ы,ь = 8ыиН = 2,5 м); участок окопан траншеей глубиной I м. Таким образом, был создан искусственный засушник. В нем часть сосен была лишена всех

осадков, выпавших'за указанное выше время. Почва постепенно высохла, в гоне размещения корней в ней содержание влаги можно характеризовать, как труднодоступную или на уровне ВЗ. Продолжительная почвенная засуха оказала разностороннее отрицательное влияние на культуры сосны. Она вызвала депрессию ростовых и фи-зиологичёских процессов, ослабление растений вплоть до их гибели. 3 год засухи усохло 17$ сосен, недостаток влаги сильнее других . отразился на размерах хвои, меньше всего на приросте сосен в высоту. На следующий год показатели хвои несколько увеличились,зато прирост стволов по толщине и в длину,значительно уступал прошлогодним, даже усохших, экземпляров, однако усыхания сосен уже не наблюдалось.

Следующий эксперимент продолжительностью 4 года проведен в культурах 27-30-летнего возраста. На пробе, изолированной от прилегающей территории, в марте ежегодно убирался полностью снег.По нашим подсчетам- в 1981 и 1982 годах сосны на участке были лишены вин них осадков, -поступивших под полог культур, на 50%, а в 1983 и 1984 годах на 85-90%. В абсолютных показателях это составило соответственно 46, 50, 128 и 99, а в сумме, 'за 4 года, 323 мм.'Хо-тя да экспериментальном участке содержание влаги в почве снизилось на всю исследованную -глубину (До 140 см) и выявлено некоторое ослабление ростовых процессов сесен и уменьшение размеров хвои, однако никаких катастрофических явлений в состоянии насаждения.и отдельных сосен по сравнению с контролем не наблюдалось. Гак процесс естественного отпада деревьев и опад хзои остались на уровне контроля.

Нарушение корне-листового баланса сводилось к обрезке в одном варианте всех горизонтальныз корней, а в другом -.всех вертикальных корней в 25-летних культурах, произраставших на черноземе, выщелоченном . Обрезка корней, особенно горизонтальных, бт-рицательно повлияла на ростовые процессы. По сравнению с контролем у деревьев в варианте I текущий прирост в высоту за 6 лет составил 74,6%, а в варианте 2 - 93,9%. .Близкие к этим показателям результаты были получены и по приросту деревьев в толщину и их хвои. Ни одно из опытных деревьев в этих культурах не погибло. Проведенные эксперименты позволили сделать вывод, что в лесостепном Приобье культуры сосны в возрасте 6-30 лет исключительно устойчивы к недостатку влаги в почве..Поэтому нет оснований опа-

¡аться за их судьбу даже в самые засушливые годы.

Корневая система сосны в различных экологических условиях. 'ассмотрены архитектоника корней сосны и пространственное размерив фитомассы корневых систем естественных сосняков и лесных :ультур в различных экологических условиях и в возрастном аспек-;е насаждений. Приводится большое количество оригинального иллю-иративного материала (таблицы и фотографии), характеризующего юрыы и типы корневых систем, запасы фитомасс-ы и ее распределение ) профиле дренированных почв.

■В смешанных с березой и осиной, насаждениях сосны в подзоне шой тайги на основе распределения Корней в профиле почвы анали-шруется взаимоотношение этих древесных пород. Выявлено ярусное >азмещение корней, в котором корни березы, осины, кустарничков и :рав резко преобладают в верхнем слое, а сосны - под ним на глухие 10-15 сы и глубже. Но в наших условиях ярусность корней вы->акена менее контрастно, чем в разнотравно-коротконокковом сосня-;е в Нижнем Приангарье (Лащинский, 1981). Сделан вывод о том,что юрневая система со'сны, по сравнению с березой и осиной более иастична, проникая глубже она лучше приспосабливается к освоению ютенциального плодородия почвы по всему профилю. Это дает осно-(ание утверждать, что в экстремальные годы сосна в данных условнее устойчивее, чем сопутствующие ей береза и осина.

В лесостепной зоне в сосняке разнотравном в поверхностном лое почвы, сильно насыщенном корнями трав, размещена значитель-:ая масса средних и крупных корней сосны, а мелких здесь немного, [реиыущественно корней трав по сравнению с мелкими корнями сосны :аблюдается приблизительно до глубины 30см, т.е. в горизонтах А0 А^. Глубже масса корней трав резко уменьшается и здесь непо- ' редственно под ярусом наибольшей концентрации корней трав нахо-;ится основная масса мелких корней сосны. Во взрослых сосняках 1азнотравных почвенный профиль мелкими корнями (< I мм) освоен :орошо. Этих корней на глубине 77-147 см (горизонт В2С) разметаться 37,5%.

Существенные отличия в размещении корней в профиле почв об-[аруаены в различных, типах леса. Так, в с. брусничном в верхнем :5-см слое, т.е. в горизонтах А0 и А^ соответственно находится |-,1 и 39,6% всей массы корней, а в западинном типе - только 0,6 [ 26,8%.

Масса корней лесных культур анализируется на черноземе выщелоченном, дерново-подзолистой и черноземно-'луговой солонцевато-солончаковой почвах. Раскопка не корневых систем сосен производилась. и в культурах, созданных на других типах почв. В профилях дерново-подзолистой почвы и чернозема выщелоченного размещение корней различных фракций характеризуется сходными данными. В обоих условиях большая масса корней всех фракций обнаружена в верхних- слоях почв. Достаточно много корней, в том числе и мелких в средней части профиля почвы. Основная масса наиболее крупных корней размещена.на глубине 10-20 см.

В лесных культурах в ыертвопокровный период развития (1240 лет) основная,масса мелких корней находится еще ближе к поверхности, чем в естественных сосняках. В обоих условиях грунтовые воды размещены неглубоко (3-4 и), уровень капиллярной каймы доступен корням, .что способствует образованию мелких активных корней и в целом формированию мощно развитых корневых систем.

Вся ,масса корневой системы 30-летних культур I класса бонитета на черноземно-луговой супесчаной остаточно солонцевато-со-лончаковатой почве оказалась на~10$ меньше, чем на черноземе выщелоченном на глубине до 50 см, корни проникают только до 62-67 см, их масса в основном размещена на глубине до 50 см. В этой почве особенно много мелких корней было в верхнем 20 см слое -на 16,8% больше, чем в черноземе выщелоченном.

В зм.-брусничных, черничных, разнотравных сосняках,взапгдин-ном бору л в лесных культурах на дерново-подзолистой, темно-серой лесной почвах, черноземе выщелоченном и других близких к ним типах почв сосна формирует корневую систему с хорошо развитыми вертикальными (центральным стержневым и якорными корнями) и горизонтальными корнями и только»на черноземно-луговой супесчаной остаточно солонцевато-солончаковатой почве она имеет мелкую корневую систему: В изученных экологических условиях (дренированные местообитания) выделены Ъ типа и 10 форм корневых систем, выявлена их динамика перехода от самых простых типов и форм в наиболее сложные. На основании анализа климатических, почвенных условий и особенностей формирования культур, их влагообеспеченности, роста и устойчивости составлено лесокультурное районирование лесостепной зоны и выделены районы гарантированного и рискованного выращивания сосны в Западной Сибири, даны рекомендации по выра-

щиванию культур целевого назначения (Габеев, 1982)

Глава X. ВОССТАНОВЛЕНИЕ СОСНОВЫХ ЛЕСОВ

Естественное возобновление под пологом и на вырубках. Восстановление лесов и. их продуктивность - два тесно друг друга вза-имообуславливающих вопроса. На основе анализа большого экспериментального материала, лесоустроительных и литературных данных (Тихомиров, 1928; Шипулин, 1938; Попов, 1940; Поляков, 1949; Кры-пов, 1954; ТСовсеватова, 1955; Хлонов, 1962; Григоращенко, 1964; {уликов, 1972; Таран, 1973; Верхунов, 1979), установлена динамика возобновительного процесса в двух наиболее распространенных высокопродуктивных типах леса в возрастной динамике и в связи с пол-ютой насаждений. Дана биологическая оценка подросту под пологом «атеринского древостоя разной полноты. Это позволило составить пкалу оценки естественного возобновления и определить категории иощадей, возобновившихся успешно, удовлетворительно и неудовлет-юрительно. Даны рекомендации по лесовосстановлению на последних.

Сделан вывод о том, что при отсутствии, подроста предварительного происхождения возобновление вырубок в приемлемые сроки с юмощью обсеменителей и содействия естественному возобновлению южет быть осуществлено только в зеленомошно-ягодниковых сосняках, ¡ырубки травяной группы типов леса, в частности разнотравный тип :еса, в этом случае следует рассматривать как лесокультурную пло-ддь,. подлежащую под искусственное лесозаращивание.

В обоих типах леса материнский древостой в возобновительном ропессе положительную роль играет до определенного возраста. В азнотравном -сосняке этот период кратковреыенен, до наступления "по истечении которого на появление всходов и их сохранность наяду с древостоем оказывает влияние комплекс факторов, которые ибо не встречаются, либо не существенны в зм.-брусничном типе

К ним в разнотравном" типе леса относятся наличие ыощнораз-итых надземных частей и корневой системы трав с толстым слоем ернины, затрудняющие не только появление всходов, но и их сох-анность. В обоих типах леса имеется ряд эколого-фитопенотических акторов, которые одинаково отрицательно влияют на возобновитель-ый процесс. Это надземные и подземные части древостоев, которые а молодые сосенки оказывают не только механическое воздействие, . э и лишают их солнечной радиации, питательных веществ и влаги.

Одним из факторов, отрицательно влияющих на поселение и сохранность всходов, является подстилка, а точнее ее толщина.В сосняке разнотравном, приняв за 100% количество подроста на участках без подстилки (элементы нанорельефа иди, оказавшиеся по разным причинам лишенными подстилки) при слаборазвитом напочвенном покрове, установлена закономерность, свидетельствующая о том,что по мере того как толщина подстилки увеличивалась от 0 до 8 см количество подроста снижалось от 100% до 0,5%, а при мощности подстилки 5,5 см появление всходов и самосева в возрасте до 10 лет не.было обнаружено. Коэффициент корреляции количества самосева с толщиной подстилки составил е = -0,621.

На основе изучения экологической и фитоценотической ситуации установлено начало возобновительного процесса в лесных культурах.

■л В- целом материалы данной главы показали, что в регионе сосна обыкновенная занимает устойчивые позиции, в характеризуемых типах леса, выступая в качестве эдификатора, создает определенные экологические условия, благодаря чему контролирует флористический состав травостоя, поддерживая его и структуру фитоценоза на одном уровне. Что касается выявленной тенденции к сокращению площадей сосновой формации, то ее следует объяснить тем, что леса вырубаются быстрее, чем они восстанавливаются главной породой, особенно в сосняках разнотравных.

Выводы

В последние годы в нашей стране ревко меняется отношение к природным ресурсам, в т.ч. и к лесам. Совершенствование технологии их освоения, комплексные исследования с целью изучения природных явлений, влияния разнообразных нагрузок на леса являются непременным условием сохранения экологического равновесия.И все же надо отметить, что все эти меры не гарантируют сохранность лесов в исходном состоянии. Поэтому необходимо составить банк данных таксационной характеристики и биологической продуктивно-, сти эталонных насаждений каждой древесной породы во всех зонах в возрасгном и экологическом рядах.

Анализ исследований, проведенных по определению биологической продуктивности лесов показал, что во многих регионах страны в тон числе и в Сибири, поставленная при формировании националь-

ной программы по МБП задача (Жуков, 1969) о выявлении запасов фитомассы (а также ее прироста, опада и отпада, депонирования) наиболее высокопродуктивных эталонных лесов; не выполнена.

Проведенные нами исследования, частично восполнившие пробел, позволили сделать следующие основные выводы:

1) Впервые в подзоне южной тайги и в лесостепной зоне биологическая продуктивность сосняков определена максимально детально и полно; в возрастном ряду, в зональном и экологическом аспектах изучена структура живой и отмершей надземной и подземной фито-массы (ее запасы и текущий прирост) всех ярусов растительности . (деревьев, подроста, кустарников, трав, кустарничков и мхов),найдены уравнения связи-фитомассы отдельных частей деревьев и компонентов древостоев с таксационными признаками, изучен биологический круговорот азота и зольных элементов, установлены его типы химизма и емкости.

2) Структурные элементы фитомассы древостоев, живого напочвенного покрова и подстилки в сосновых лесах Приобья свидетельствуют о том, что в различных лесорастительных зонах и подзонах формируются экосистемы со свойственными им устойчивым фитопеноти-ческим обликом, продукционным процессом, круговоротом органического вещества, азота и химических элементов, неся в себе общие и специфические экологические, зональные и возрастные черты, обусловленные генетическими факторами и условиями произрастания.

3) Сосняки Приобья характеризуются исключительно высокой фактической и потенциальной продуктивностью. В экологическом ряду в подзоне южной тайги и в лесостепной зоне наивысшей продуктивностью фитомассы характеризуются сосняки разнотравные, за ними следуют сосняки зеленомошно-ягодниковой группы типов леса.Максимальные запасы всей фитомассы и ее текущего прироста определены в сосняках разнотравных соответственно в размере 4557 ц/га (в том числе нивой фитомассы 4165) и 146,6 ц/га. Указанные запасы фитомассы'не имеют себе равных в Сибири и вообще являются одними из наиболее высоких, определенных в сосновых лесах нашей страны.

4) В зональном аспекте наиболее высокопродуктивные сосняки обнаружены в южной части подзоны южной тайги и в северной части лесостепной зоны. Это район оптимального соотношения тепла и влаги, здесь имеются условия, благоприятные для выращивания насаждений сосны абсолютно максимальной продуктивности в регионе.

Отсюда при движении на север на каждый, градус запас живой фито-массы древостоев.в зм.-брусничном сосняке уменьшается на 286 ц/га, на юг - на 370 ц/га, текущие приросты соответственно - на 3,93 и 1,64 ц/га. Другими словами, в Приобье в зональном аспекте Недостаток тепла в большей степени, чем дифицит влаги, лимитирует продукционные процессы сосняка зм.-брусничного, при"этом не оказыва-' ет столь заметного влияния на суммарный запас зеленой массы всех ярусов.Уменьшение этого показателя в сосняках происходит в основном в связи с недостатком влаги. Таким образом-, лесорастительный эффект, в пределах одной зоны в характеризуемых типах^леса, дйфп ференцируется условиями произрастания - увлажнением и плодородием почвы, а в зональном аспекте - на север от южной тайги теплом, на юг - количеством осадков.

5) Исследования биоэкологии сосны показали, что эта древесная порода и в целом ее формация обладают чрезвычайно разнообразными приспособительными механизмами, обеспечивающими ей широкую адаптационную амплитуду к экологическим условиям и.антропогенным нагрузкам. Благодаря чему в настоящее время в естественных условиях произрастания (в рассмотренных типах леса) сосновая формация занимает устойчивые позиции и стабильна. Продолжительная интенсивная эксплуатация не подорвала (нарушила) устойчивость сосновых лесов Приобья. Их вырокая продуктивность и возобновительный и жизненный потенциал ^неприхотливость к плодородию и влажности почвы, высокая семенная продуктивность и всхожесть семян, конкурентная способность с сопутствующими древесными, породами, и травянистой растительностью) обеспечивают стабильность насаждений сосновой формации в пределах ареала, в том числе и той ее части, где она разведена искусственно.

6) Хотя восстановление вырубок сосновых лесов главной породой. протекает медленнее, чем производится их вырубка и в связи с этим обнаружено сокращение площадей сосновой формации за счет вырубок травяных типов леса, тем не менее доказано, что в регионе в дренированных условиях произрастания сосна является сильным эдификатором, контролирует видовой состав травяного покрова и формирует устойчивые системы. И все же в последние годы в результате интенсивной рекреационной нагрузки и бесхозяйственного, нерегулируемого побочного пользования фитоцёнотический облик

зм.-брусничных и черничных сосняков в Южном Приобье претерпел

шачительные изменения - на больших площадях произошла смена жя-юго напочвенного покрова, в том числе и кустарничков (брусники I черники).-разнотравьем. При сильном вытаптивании образуются 1ертвопокровные фитоценозы. Возможно это следует рассматривать :ак первый признак нарушения устойчивости названных лесных • эко-истем или начальный этап их разрушения. .

7) В насаждениях сосны в онтогенезе под пологом наиболее лагоприятные условия для прорастания семян и появления самосева оздаются в конце, мертвопокровного периода развития и в начале емутации живого напочвенного покрова, когда на поверхность поч-ы начинает опадать достаточно большое количество семян. Позже озобновление сосны крайне затруднено мощноразвитым живым напоч-енным покровом и толстим слоем подстилки, чрезвычайно замедлений процесс накопления подроста происходит в. результате повело-яя самосевг на элементах ьанорельеоа, минерализованных участках, Эразовавшихся при пожаре или механическом воздействии на почву, гнивших пьях :: т.д.

8) Разработанный автором комплекс лесовосстановительных ра-)т принят в качество'основного ы'дативного документа по проверив этих работ в гослесфондс- Западной Сибири. Кроме того, со-:авлены лесскультурное районирование лесостепной зоны Западной 1бирк и в соавторстве' рекомендации но рубкам ухода за сосновыми ¡сами.

9) Западно-Сибирскому лесоустроительному предприятию пере-1ны для пользования таблицы масс стволов, крон и хвои деревьев сны, составленных по двум входам - высоте и диаметру.

10) Запасу фитомасск в целом и отдельных ее компонентов,, а кне показатели годичной продукции нащих объектов могут быть за-гистрированы в соответствующих банках данных в качестве харак-ристики эталонных насаждений. Они явятся научной основой для иболее полного и рационального использования разнообразных боте тв сосновых лесов Юнчсго Поиобья.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы: а. Монографии

1. Габеев В.Н. Биологическая продуктивность лесов Приобья.,-восибирск: Наука, Сиб. отд-нио, 1976. - 171 с.

2. Габеев В.Н. Продуктивность культур сосны. - Новосибирск: ука, Сиб. отд-ние, 1982. - 190 с.

б. Научные -статьи

3. Габеев В.Н. Культуры сосны, лиственницы и кедра в Новоси бирской и Кемеровской областях // Возобновление и улучшение лесов. - Нововибирск, 1964 а. - С. 61-66.

4. Габеев В.Н., Гаджиев И.М. Формирование культур сосны на различных типах почв // Изв. СиС. отд-ния АН СССР. Сер.. биол.-ме дицинских наук. - 1967. - Вып. 2. - № 10. - С. 67-72.

5. Габеев В.Н. Продуктивность и вертикальная структура на; земной биомассы сосновых насаждений в Западной Сибири // Изв.СиС отд-ния АН С.ССР. Сер. биол.-мед. наук. - 1968. - Вып. 3. - № 15. - С. 98-105.

6. Габеев В.Н. фитомасса 10-летних.культур, сосны // Лесоведение. - 1969. - № 3. - С. 75-78.

7. Габеев В.Н. Влияние густоты произрастания и рубок ухода на продуктивность чистых культур сосны // Эффективность использс вания лесных ресурсов и их восстановление в Западной Сибирр. -Новосибирск, 1970. - С. 220-229.

8. Габеев В.Н. Динамика химического состава хвои и побегов сосны обыкновенной // Изв. Сиб. отд-ния АН СССР. Сер. биол. наук. - 1971. - Вып. 2. - Ш 10. - С. 44-52.

9. Габеев В.Н. формирование лесной подстилки и содержание : ней зольных элементов в сосновых лесах Западной Сибири // Лес» водственные исследования в Западной Сибири. - Новосибирск: Наум Сиб. отд-ние, 1972 а. - С. 99-120.

10. Габеев В.Н. Возрастная структура и продуктивность сосн ков Западной Сибири // Лесоводственные исследования в Западной Сибири. - Новосибирск: Наука, Сиб.' отд-ние, 1972 б. - С. 20-39.

11. Габеев В.Н. Органическая масса сосняков подзоны южно тайги // Природа тайги Западной Сибири. - Новосибирск: Наука,Си отд-ние, 1973 а. - С. 38-50.

12. Габеев В.Н. Рост, продуктивность культур сосны и принц пы создания целевых насаждений //-Природа лесов и повышение их продуктивности. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1973 б. -С. 129-144.

13. Габеев-В.Н. Химический состав репродуктивных органов, почек и круговорот в'еществ в насаждениях сосны // Биология семе ного размножения хвойных Западной Сибири. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1974. - С. 192-197.