1. Введение
Строение древостоев является важной составляющей в изучении продуктивности и оценки состояния насаждений на различных этапах развития и внешнего воздействия.
Наиболее изученным вопросом является строение сосновых насаждений. При этом строение сосняков по диаметру позволяет получить наиболее значимую информацию о структуре древостоя [1], [2], [3]. Возрастная структура сосновых насаждений также оказывает влияние на ряды распределения деревьев различных таксационных признаков [4], [5]. Особенности строения наблюдаются в сосняках в зависимости от условий произрастания: на постагрогенных землях [6], в лесопарковой зоне [7], в высокогустотных древостоях [8]. Кроме этого, строение зависит от антропогенных [9] и абиотических [10] воздействий.
Лесные культуры характеризуются индивидуальным строением в зависимости от способа создания (географические культуры [11], лесные полосы [12]) и хозяйственного воздействия (рубок ухода) [13].
Темнохвойные насаждения имеют свои особенности в строении древостоев. Ряды распределения по диаметру представлены максимально в тонкомерной части и выравниваются экспоненциальной функцией [14]. В более поздней публикации авторы выделили в темнохвойниках три группы по строению [15]: после катастрофического воздействия (сибирский шелкопряд), частичного нарушения, сбалансированный древостой (характерен для растущего здорового ценоза).
2. Методика и цель исследований
Таксационная оценка насаждений выполнялась по стандартным методическим положениям, представленным в классических трудах М.М. Орлова [16], Н.П. Анучина [17] и В.С. Моисеева [18], В.М. Глазова [19].
Процент повреждения древостоя устанавливался по соотношению сумм площадей поперечного сечения растущих и сухостойных деревьев, повреждённых полиграфом уссурийским.
Во всех смешанных насаждениях на лесных участках № 1–8 пихта (A. sibirica Ledeb.) преобладала по числу деревьев или по запасу занимала преобладающую или главную из второстепенных пород, кроме участка №4, где пихта погибла после инвазии. В прошлом на данной территории произрастали светлохвойные лиственничные, сосновые и кедровые насаждения, а также вдоль водотоков темнохвойные еловые древостои. В настоящее время в результате сукцессионных процессов преобладающей породой является пихта, которая заняла доминирующее положение. Однако, долговечность данной породы в значительной степени уступает светлохвойным насаждениям, что отмечал в своей монографии Э.Н. Фалалеев [20]. Структура насаждений носила разновозрастный характер. Коренные породы (сосна (Pinus sylvestris L.), лиственница (Larix sibirica Ledeb.), кедр (Pinus sibirica Du Tour)) имели возраст 200–300 лет, пихта (A. sibirica Ledeb.), ель (P. obovata Ledeb.), берёза (B. pendula Roth и B. pubescens Ehrh.) – 80–120 лет. Многие насаждения, после воздействия полиграфа уссурийского (P. proximus Blandf.) приобрели вид очаговой редины (участки №3, 4, 7, 8), что в значительной степени изменило структуру насаждений. По форме древостои имели невыраженную вертикальную ярусность, что определялось как многообразием составляющих пород, так и размерными показателями деревьев по высоте.
Исследуемые участки разнообразны по полноте, представлены как низкополнотные (р = 0,36–0,53) с высоким уровнем инвазивного воздействия полиграфа уссурийского, так и малоповрежденные высокополнотные (р = 0,66–1,24), сохранившие свою структуру и строение. Условия произрастания достаточно разнообразны и характеризуются II–IV классами бонитета. Типы леса представлены преимущественно разнотравными и крупнотравными типами леса. Запас древесины в насаждениях характеризуется высокой изменчивостью и меняется в зависимости от густоты, размеров и степени повреждения составляющих деревьев (вариация от 111 до 328 м3/га). При этом процент повреждения древостоев в результате воздействия инвайдера составлял от 10,4 до 58,1%.
Цель исследования — оценка рядов распределения по диаметру, структуры и типа строения в насаждениях повреждённых уссурийским полиграфом.
3. результаты и обсуждение
По данным измерения учётных деревьев в качестве среднего использовался среднеарифметический диаметр (формула 1).
, (1)
где dср — средний арифметический диаметр, см;
Ʃdi — сумма диаметров деревьев на высоте 1,3 м, см;
n — общее число деревьев, шт.
Между среднеарифметическим и среднеквадратическим значением наблюдается следующее соотношение [19]:
, (2)
где dm — среднеквадратический диаметр, см;
dср — средний арифметический диаметр, см;
Ϭ — стандартное отклонение, см.
В таблице 1 представлен статистический анализ диаметров деревьев на лесных участках.
Статистическая оценка диаметров деревьев лесных участков
| Лесной участок | Порода | , см | Ϭ, см | , см | Коэффициент варьирования, % | Точность опыта, % |
| 1 | К | 33,2 | 12,1 | 35,3 | 36,6 | 8,9 |
| 2 | К | 34,3 | 17,9 | 38,7 | 52,1 | 23,3 |
| 3 | К | 25,3 | 15,8 | 29,8 | 62,4 | 31,2 |
| 4 | К | 24,1 | 6,9 | 25,1 | 28,8 | 8,7 |
| 5 | К | 45,2 | 22,9 | 50,7 | 50,6 | 13,5 |
| 6 | С | 54,7 | 2,3 | 54,7 | 4,2 | 2,4 |
| 7 | К | 52,4 | 6,9 | 52,8 | 13,2 | 4,7 |
| 8 | С | 60,7 | 7,5 | 61,1 | 12,4 | 7,1 |
Данные указывают на незначительную разницу между среднеарифметической и среднеквадратической величиной для наиболее представленной по числу деревьев пихты в пределах 2 см. У остальных пород различие более выражено: береза — 0,2–2,3 см; ель — 2,3–5,9 см; кедр — 0,5–6,6 см; сосна — 0,0–0,5 см. Для преобладающей по числу деревьев пихты точность опыта соответствует требованиям биометрии 3,6–6,3%. (таблица 1).
До определения особенностей в строении пихтового элемента установлено различие между диаметрами растущих и сухостойных деревьев пихты после инвазивного воздействия (по критерию Стьюдента) (таблица 2).
Различие средних диаметров растущих и сухостойных деревьев по критерию Стьюдента
| Лесной участок | Средняя величина | ф | таб | |
| растущие | сухостой (полиграф) | |||
| 1 | 18,8 | 17,1 | 0,76 | 2,02 |
| 2 | 19,2 | 12,0 | 7,61 | 1,99 |
| 3 | 19,1 | 9,3 | 5,31 | 2,36 |
| 4 | 11,6 | 17,8 | 1,67 | 2,36 |
| 5 | 20,2 | 20,3 | 0,02 | 2,01 |
| 6 | 19,4 | 16,7 | 1,61 | 2,00 |
| 7 | 18,9 | 17,3 | 0,56 | 2,10 |
| 8 | 20,9 | 15,5 | 3,38 | 1,99 |
На части лесных участков №2,3,8 различие между растущими и сухостойными деревьями оказалось существенным. Это можно объяснить размерными показателями деревьев на момент воздействия полиграфа. Данные древостои состояли из преимущественно маломерных стволов, которые более неустойчивы к инвазивному влиянию [18], [19]. В результате можно констатировать, что уссурийский полиграф оказывает воздействие на древостой не избирательно, а «plenus scale» (полном масштабе). При этом, безусловно, маломерные деревья более неустойчивы к воздействию полиграфа в сравнении со среднемерными и крупномерными пихтами.
Для визуализации данных построены диаграммы строения пихтового элемента насаждений растущей и сухостойной части древостоев (рисунки 1–8).
Графики указывают на явное различие строения пихтового элемента для растущей и сухостойной части (рисунки 1–8). Полигоны рядов распределения указывают, что древостои после воздействия уссурийского полиграфа характеризуются разнообразием всех типов строения характерных для темнохвойных насаждений [15].
Лесной участок №1
Лесной участок №2
Лесной участок №3
Лесной участок №4
Лесной участок №5
Лесной участок №6
Лесной участок №7
Рисунок 8 - Лесной участок №8
Рисунки 1–8 —Полигоны распределения пихтового элемента по диаметру и категориям состояния.
С целью более детального анализа процессов лесовозобновления выполнено деление на более крупные группы деревьев, поскольку деление древостоев на количественные или качественные части позволяет определить перспективы и составить прогноз будущего исходного насаждения. Согласно классификации деревьев по диаметру М.М. Орлова [16], они делятся на следующие группы: до 16 см — тонкомерные; 16,1–32 см — среднемерные; 32,1 и выше — крупномерные. Все деревья разделены на группы с учётом категорий состояния (растущие и сухостойные) (таблица 3).
Распределение процента деревьев пихтового элемента по категориям состояния и крупности
| Лесной участок | Категория состояния | Категория крупности | Итого, % | ||
| тонкомерные | среднемерные | крупномерные | |||
| % деревьев | |||||
| 1 | сухостойные | 57,1 | 42,9 | - | 100,0 |
| 2 | сухостойные | 90,0 | 8,6 | 1,4 | 100,0 |
| 3 | сухостойные | 33,3 | 66,7 | - | 100,0 |
| 4 | сухостойные | 51,5 | 48,5 | - | 100,0 |
| 5 | сухостойные | 53,1 | 21,9 | 25,0 | 100,0 |
| 6 | сухостойные | 51,2 | 46,3 | 2,5 | 100,0 |
| 7 | сухостойные | 58,5 | 35,4 | 6,1 | 100,0 |
| 8 | сухостойные | 66,7 | 27,1 | 6,2 | 100,0 |
Следует отметить, что для растущей (живой) части древостоя наблюдается на большинстве участков преобладание среднемерной части. Применительно к сухостойной (мёртвой) части древостоя выявлено, что на большинстве участков повреждается тонкомерная часть.
4. Заключение
В результате исследований получены следующие выводы.
- Подтверждена возможность использования среднеарифметического или среднеквадратического значения для характеристики выборочной совокупности.
- Инвайдер оказывает воздействие на древостой масштабно, повреждая при воздействии все размерные части древесных компонентов (подрост, тонкомер, среднемер и крупномер).
- Анализ полигонов рядов распределения по диаметру показал, что I тип строения (здоровые древостои) сохраняется при повреждении полиграфом до 20%.
II-ой тип строения (наблюдаются локальные максимумы в отдельных ступенях) выявлен в древостоях с повреждениями от 20 до 40%. III-ий тип катастрофического воздействия характерен для древостоев с повреждением выше 41%.
- С точки зрения восстановления насаждения важное значение имеет тонкомерная часть древостоя, которая показывает, что после активной фазы воздействия полиграфа 2014-2015 годов исследуемые насаждения не утратили репродуктивную функцию.
- Тонкомерная часть пихтового элемента для растущей части древостоя менялась от 28,6 до 100%, что указывает на удовлетворительную лесовозобновительную способность пихты сибирской.