Зональные закономерности изменения фитомассы культур сосны 06. 03. 01 Лесные культуры, селекция, семеноводство



Скачать 372.59 Kb.
страница1/2
Дата01.05.2016
Размер372.59 Kb.
ТипАвтореферат
  1   2

На правах рукописи



КЛЕВЦОВ ДЕНИС НИКОЛАЕВИЧ


ЗОНАЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ

ФИТОМАССЫ КУЛЬТУР СОСНЫ
06.03.01 – Лесные культуры, селекция, семеноводство


А В Т О Р Е Ф Е Р А Т


диссертации на соискание учёной степени

кандидата сельскохозяйственных наук


Архангельск – 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Архангельский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Бабич Николай Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Мерзленко Михаил Дмитриевич

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Корчагов Сергей Анатольевич
Ведущая организация: Архангельский НЦ УрО РАН ГУ «Институт экологических проблем Севера»

Защита диссертации состоится 14 ноября 2008 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.03 при ГОУ ВПО «Архангельский государственный технический университет» по адресу: 163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17, главный корпус, ауд. 1228;

е-mail: les@agtu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Архангельского государственного технического университета

Автореферат разослан « » октября 2008 г.


Учёный секретарь

диссертационного совета Тутыгин Г.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В последние годы мировое научное сообщество проявляет повышенный интерес к вопросу биологической продуктивности лесов в связи с необходимостью оценки их роли в глобальных экологических циклах и стабилизации климата.

В целом, в проблеме изменения глобального углеродного цикла и климата пока много неясного. Очевидно, что для успешной разработки современных экологических программ в качестве исходной основы необходимы банки достоверных экспериментальных данных о фитомассе лесов и выявление на их основе географических закономерностей распределения фитомассы на лесопокрытых площадях с использованием математико-статистических методов (Усольцев, 1998).

Сосна является одной из основных лесокультурных пород при искусственном восстановлении лесов в Европейской России. Сведения о структуре и запасах фитомассы культур сосны обыкновенной необходимы для оценки ресурсов и разработки хозяйственных основ формирования продуктивных и устойчивых искусственных насаждений. В связи с этим особую важность приобретают знания и факты возможной биологической продуктивности искусственных дендроценозов.

Анализ литературных источников даёт основание констатировать, что, несмотря на важность изучения фитомассы лесных культур, многие вопросы исследованы недостаточно. Обширность ареала распространения сосны обыкновенной позволяет использовать эту породу для лесокультурного выращивания в широких географических пределах. В связи с этим возникает необходимость исследования показателей фитомассы культур сосны, произрастающих в разных природных зонах. Проведение исследований в данном направлении является актуальным.



Цель диссертационной работы – выявление зональных закономерностей изменения фитомассы культур сосны обыкновенной в таёжной зоне Европейского Севера России.

Задачи исследования:

• проанализировать состояние вопроса по литературным источникам;

• на основе собственных и привлечённых экспериментальных данных о фитомассе искусственных сосняков выявить зональные особенности распределения её в пределах таёжной зоны;

• составить эскизы таблиц запасов фитомассы в культурфитоценозах сосны по типам леса;

• изучить структуру углеродного пула надземной части искусственных сосняков южной подзоны тайги;

• определить энергетический потенциал фитомассы культур сосны южной подзоны тайги.



Научная новизна. Выполнена сравнительная оценка фракционной структуры и запасов фитомассы сосняков искусственного происхождения в разных эколого-географических условиях. Составлены эскизы таблиц запасов надземной фитомассы посевов сосны южной подзоны тайги, а также таблицы углерододепонирующей ёмкости и аккумуляции энергии в культурах сосны по типам леса. Создан банк данных по фитомассе отдельных деревьев и древостоев в целом в культурах сосны I–III классов возраста.

Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы при осуществлении лесного мониторинга и экологических программ, при создании Всероссийской базы данных о фитомассе лесов. Разработанные эскизы таблиц запасов надземной фитомассы посевов сосны южной подзоны тайги для лишайникового, брусничного и черничного типов лесорастительных условий могут быть применены в лесном ресурсоведении. Полученные данные целесообразно использовать при расчётах углеродного бюджета лесных экосистем и при составлении энергетического баланса лесных сообществ.

Достоверность результатов и обоснованность выводов подтверждаются достаточным объёмом собранного экспериментального материала, обработанного с применением современных методов статистического, регрессионного и дисперсионного анализов, соответствующего программного обеспечения.

Личное участие автора. Выполнен аналитический обзор вопроса, составлена программа, разработана методика исследований, подобраны объекты, проведены полевые работы, обработаны экспериментальные данные. Проанализированы фактические материалы с интерпретацией полученных результатов, сформулированы выводы.

Апробация работы и научные публикации. Основные результаты исследований доложены на конференциях профессорско-преподавательского состава Архангельского государственного технического университета (2005–2008 гг.). По результатам работы опубликовано 6 статей, в том числе одна в издании по перечню ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертация представлена на 153 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, выводов и приложения. Список использованной литературы включает 246 наименований отечественных и зарубежных авторов. Текст содержит 14 таблиц и иллюстрирован 8 рисунками.

Диссертационная работа выполнена в процессе обучения соискателя в аспирантуре очной формы (2005–2008 гг.).



1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ
В таёжной зоне Европейского Севера биологическая продуктивность лесных сообществ более полно изучена в Архангельской области. Определённый вклад в изучение первичной биологической продуктивности лесных сообществ Архангельской области внесли И.С. Мелехов (1960), В.И. Левин (1966), А.А. Молчанов (1971; 1974), Л.Е. Астрологова (1972; 1974), А.Д. Вакуров (1973; 1974), И.И. Гусев, Н.Н. Соколов (1973; 1974), А.А. Бахтин (1977; 1981 и др.), Б.А. Семёнов (1977), Н.С. Минин (1980; 1981 и др.), В.Н. Поротов (1980; 1983 и др.), Г.А. Чибисов, В.Н. Поротов, С.А. Москалёва (1980; 1982), Н.А. Бабич (1983; 1989 и др.), Н.И. Вялых, А.А. Звонкова (1984), С.В. Ярославцев (1984), Г.А. Чибисов (1992; 1997 и др.) и другие исследователи. В Республике Коми такие исследования проведены в значительно меньшем объёме. Некоторые стороны продукционного процесса хвойных лесов отражены в работах (Бобкова, 1972, 1985, 1987; Надуткин, Модянов, 1972; Забоева и др., 1973; Бобкова, Надуткин, 1977; Чертовской и др., 1978). В Вологодской области исследования фитомассы также немногочисленны (Паршевников, 1962; Смирнов, 1971; Бабич, Гаевский, Конюшатов, 2000; Неволин, 2007).

Подавляющая часть исследований фитомассы в регионе выполнена в насаждениях естественного происхождения. Работы значительно отличаются не только целями и задачами, но и различными методическими подходами, числом закладываемых пробных площадей, выделяемыми фракциями фитомассы, количеством и методикой отбора и обработки модельных (учётных) деревьев и др. Что же касается насаждений искусственного происхождения, то число работ по фитомассе в них ограничено и сводится к исследованиям нескольких авторов в культурах сосны обыкновенной. Изучением фитомассы культур сосны в связи с рубками ухода занимался Н.С. Минин (1984, 1988, 1989 и др.). Изучался и ассимиляционный аппарат культур сосны (Феклистов, Бабич, 1990). Биологическая продуктивность искусственных фитоценозов сосны длительное время изучалась Н.А. Бабичем (1983, 1989 и др.). Вопросами формирования фитомассы в культурах сосны северной и средней подзон тайги занимался И.В. Евдокимов (2003).

Изучение количественных и качественных характеристик надземной фитомассы древостоев является составной частью исследований по биологической продуктивности, как в биогеоценотическом, так и в ресурсоведческом аспектах. В главе рассмотрены вопросы, связанные с развитием методик исследования фитомассы деревьев и древостоев. Методическим вопросам изучения биологической продуктивности лесов посвящено много работ, особенно в связи с выполнением Международной биологической программы. Помимо отдельных монографий и руководств (Программа и методика..., 1966; Молчанов, Смирнов, 1967; Программа-минимум..., 1967; Родин, Ремезов, Базилевич, 1968; Материалы по МБП, 1971; Уткин, 1975; Бабич, Мерзленко, 1998; Усольцев, Залесов, 2005), опубликовано большое число методических статей по проблеме в целом (Семечкина, Семечкин, 1973; Аткин, 1974; Токмурзин, 1977; Токмурзин, Байзаков, 1977; Уткин, 1982; Усольцев, 1984; Уткин, Каплина, Ильина, 1987 и др.), а также по отдельным частным вопросам (Горбатенко, Протопопов, 1971; Абатуров, Матвеева, 1974; Успенский, 1982; Прохоров, 1986; Пунько, 1993 и др.).

Переход к ресурсосберегающим технологиям, в том числе к использованию фитомассы лесных формаций как сырья для перерабатывающей промышленности – актуальнейшая проблема лесного комплекса. Возможность использования всех составных частей дерева имеет большое народнохозяйственное значение. Лесосечные отходы (сучья и хвоя), отходы лесопиления (кора) и продукты их переработки получили широкое применение в химической, целлюлозно-бумажной, парфюмерной, фармацевтической, пищевой промышленности, в сельском хозяйстве и производстве строительных материалов (Томчук, 1968; Иевинь, Галванс, Даугавиетис и др., 1976; Калниньш и др., 1978; Эрнст, Науменко, Ладинская, 1982; Грищенко, Кучерявый, Томчук, Задорожный, 1985; Науменко, Ладинская, 1990; Петрик, Тутыгин, Гаевский, 2005).

На основании вышеизложенного можно сделать заключение, что изученность фитомассы культурфитоценозов сосны в регионе остаётся недостаточной. В этой связи определена цель работы и намечены задачи исследований.
2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ
Под Европейским Севером на основе сходства природных и естественноисторических условий принято считать территорию Архангельской, Вологодской областей и Республики Коми (Калинин, 1965; Мелехов, 1966; Львов, 1971; Чупров, 1981 и др.).

Для всей таёжной зоны европейской части России характерен умеренно континентальный климат. Лето хотя и прохладное, но достаточно тёплое для произрастания хвойных лесов. Средняя температура июля на севере не ниже 13–14°С, на юге около 18–19°С (Мильков, 1977). В зимний период среднемесячные температуры не ниже -20°С. Длительность безморозного периода 75–90 дней на севере зоны, 100–120 дней на юге, а сумма температур воздуха за период с устойчивой температурой выше 10°С поднимается от 800°С на севере и до 2000°С на юге. Характерны для данного региона поздневесенние и раннеосенние заморозки, которые нередко вызывают обмерзание побегов у древесных растений. Снежный покров, в общем, обилен и держится на юге 160–165 дней, а на севере до 200 дней.

Изменение биоклиматических факторов с севера на юг и с запада на восток, как и изменение характера почвообразующих пород, обусловило формирование следующих основных типов почв: тундрового, подзолистого, болотного и гумусового, или дернового (Зонн, 1966).

Сосняки Европейского Севера нередко состоят из одной господствующей долговечной древесной породы – сосны обыкновенной. Чистые сосняки на Европейском Севере разнообразны по возрастной структуре, классам бонитета, полноте, типам леса, следовательно, различны и по продуктивности. Чаще сосна растёт в смешении с другими хвойными и лиственными древесными породами: елью обыкновенной, лиственницей, берёзой, осиной и др. (Левин, 1966).

Сосняки в северной подзоне тайги встречаются отдельными массивами и насаждениями, вкраплёнными среди ельников, и несут на себе отпечаток северного расположения (Мелехов, Чертовской, Моисеев, 1966). Участие ели колеблется от 70 % в северной части до 30 % на юге. В южной части региона заметно возрастает доля лиственных пород. Берёза и осина здесь занимают до 40 и даже до 50 %. В части производительности древостоев (бонитет, запас, прирост) наблюдается выраженное увеличение с севера на юг. Полнота древостоев также имеет тенденцию увеличи­ваться в южном направлении.

В главе приводится развитие лесокультурного дела на Европейском Севере, при анализе которого можно говорить о значительных масштабах лесокультурных работ и высокой продуктивности сосновых насаждений искусственного происхождения на территории региона. Опыт показывает, что при соблюдении необходимых требова­ний в условиях Европейского Севера можно создать искусственным путём полноценные сосновые насаждения.


3. МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования проводили в культурах сосны путём их предварительных рекогносцировочных обследований с последующей закладкой пробных площадей. Экспериментальный материал получен методом повторных перечётов на постоянных пробных площадях и однократных обмеров на временных пробных площадях, закладку которых осуществляли в соответствии с требованиями ОСТ 56-69-83, а также с учётом методических рекомендаций В.В. Огиевского, А.А. Хирова (1967); Н.Н. Соколова (1978); А.Р. Родина, М.Д. Мерзленко (1983) в наиболее характерных по составу, полноте и однородных по живому напочвенному покрову, микрорельефу участках культур. Описание ботанического состава живого напочвенного покрова вы­полнено в соответствии с методикой, изложенной Л.Е. Астрологовой и Г.Б. Гортинским (1980). Морфоло­гическое описание почв вы­полнено с учётом ОСТ 56-81-84, а также в соответствии с рекомендациями А.Л. Паршевникова (1974) и Е.Н. Наквасиной, Е.В. Шавриной (1998).

Гистограммы распределения числа наблюдений по ступеням толщины служили основой отбора модельных деревьев, взятых за пределами пробной площади. При этом в средней ступени толщины брали по 2–3 модели, в остальных – по одной. В ступенях толщины, представленных единичными деревьями, брали по одной модели на каждую ступень или группу из 2–3 ступеней. Модельные деревья тщательно выбирали, избегая значительных отклонений по развитию крон, повреждений стволов, без признаков усыхания и т.п.

После валки и обмера дерева его разделяли на фракции: ствол, с подразделением на древесину и кору; крона, с разделением на древесную зелень и ветви; сухие сучья. Для определения массы фракций фитомассы использовали весовой способ. Расчёт фитомассы вели регрессионным методом, в качестве аргумента для моделей регрессии брали диаметр ствола на высоте 1,3 м.

Для определения биометрических показателей хвой (длины, ширины, толщины) у модельных деревьев крону размечали на три равные части. Затем от каждой части отбирали средние по диаметру у основания и длине ветви. У каждой ветви отбирали по 50 пар хвоинок отдельно каждого года. Измерения производили цифровым штангенциркулем с точностью 0,1 мм. Продолжительность жизни хвои учитывали как на модельных ветвях, так и на верхушечных приростах модельных деревьев.

Полученный экспериментальный материал обработан методами вариационной статистики (Леонтьев, 1966; Дворецкий, 1971; Лакин, 1980; Гусев, 2002) с применением персонального компьютера. Для выявления закономерностей были применены регрессионный и дисперсионный анализы полученных данных. Статистическая обработка результатов выполнена с использованием программ KKOREL, STAT, REGRES, разработанных на кафедре лесной таксации и лесоустройства АГТУ, а также программы Microsoft Excel.

Сбор и обработка экспериментального материала, анализ и обобщение литературных данных проведены в течение 2005–2008 гг. Основные исследования проведены в южной подзоне тайги, на территории Вологодской области (Бабаевский лесхоз) в культурах сосны 12...58-летнего возраста, где заложено 26 пробных площадей. Часть исследований проведена в средней подзоне тайги, на территории Архангельской области (Емцовский учебно-опытный лесхоз АГТУ) в культурах сосны 46, 49-летнего возраста, по которым материал получен в результате повторных пересчётов на 4 постоянных пробных площадях.

Для определения элементов надземной фитомассы было отобрано и обработано, согласно методике, 319 модельных деревьев, взвешено свыше 1,5 тыс. фракций. В ходе проведения полевых работ измерено около 8 тыс. диаметров деревьев и произведено более 700 измерений высот. При изучении морфологических показателей хвои (длины, ширины и толщины) в полевых условиях сделано около 12 тыс. замеров. В результате проведения почвенных исследований заложено 16 почвенных разрезов с описанием 94 генетических горизонтов, что позволило более детально уточнить тип условий местопроизрастания культур.
4. ФОРМИРОВАНИЕ НАДЗЕМНОЙ ФИТОМАССЫ КУЛЬТУР СОСНЫ В РАЗНЫХ ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
4.1. Ресурсный потенциал надземной фитомассы культур сосны
Исходные данные соотношения элементов надземной фитомассы модельных деревьев сосны обработаны с применением методов регрессионного анализа. В результате чего получены пофракционные запасы фитомассы древесного яруса культур сосны. Полученные запасы фитомассы были выровнены аналитически по возрастным рядам в пределах каждого типа леса. При составлении таблиц фитомассы в качестве аргумента в уравнениях использовали возраст культур. Например, для фракции древесной зелени в брусничном типе условий местопроизрастания уравнение регрессии имело вид:

y = 0,569403x0,850323,

где y – масса древесной зелени, т/га;

x – возраст культур сосны, лет.

В результате исследований нами установлено, что посевы сосны в лишайниковом типе условий местопроизрастания южной подзоны тайги к 60-летнему возрасту накапливают 180 т/га надземной фитомассы в свежесрубленном состоянии, в брусничном – 376 т/га.

Сосняки черничные искусственного происхождения к 40 годам формируют на 96 т/га больше фитомассы по сравнению с сосняками брусничными и на 210 т/га по сравнению с сосняками в лишайниковом типе условий местопроизрастания (табл. 1–3).

Древесина аккумулирует основную часть надземной фитомассы культур сосны – 37...75 %. С возрастом доля этой фракции в общей фитомассе древесного яруса увеличивается. Например, в 20-летнем сосняке черничном (табл. 3) масса древесины составляет 59 % от общей фитомассы древесного яруса, в 30-летнем – 67 % и в 40-летнем – 75 %. Подобная закономерность наблюдается и в посевах других типов леса.

В культурах сосны I–III классов возраста второй по массе фракцией после древесины является древесная зелень. В 40-летнем возрасте её запас в зависимости от типа леса составляет 13...25 т/га. Процент массы древесной зелени с возрастом снижается. Например, на древесную зелень 10-летних посевов сосны в лишайниковом типе условий местопроизрастания (табл. 1) приходится 33 % от всей фитомассы, а в 60-летних – всего 10 %.

Таблица 1. Фитомасса посевов сосны в лишайниковом типе условий местопроизрастания южной подзоны тайги

Возраст, лет

Диаметр, см

Высота, м

Запас

стволовой древесины, м3/га



Фитомасса в свежесрубленном состоянии, т/га

сухие сучья

ветви

древес-ная зелень

кора

древе-сина

итого

10



1,9

8

0,13

1,13

4,03

0,97

6,03

12,29

15



2,7

10

0,30

1,79

5,69

1,78

8,22

17,78

20

2,9

3,4

13

0,55

2,49

7,27

2,74

11,20

24,25

25

3,5

4,1

18

0,89

3,21

8,79

3,83

15,27

31,99

30

4,2

4,8

24

1,30

3,95

10,27

5,03

20,81

41,36

35

4,8

5,4

32

1,80

4,71

11,71

6,34

28,36

52,92

40

5,5

6,1

42

2,39

5,49

13,11

7,74

38,66

67,39

45

6,1

6,7

56

3,06

6,28

14,49

9,23

52,69

85,75

50

6,8

7,3

74

3,82

7,08

15,85

10,81

71,82

109,38

55

7,4

7,9

99

4,67

7,90

17,19

12,47

97,89

140,12

60

8,0

8,5

135

5,61

8,72

18,51

14,20

133,43

180,47

Таблица 2. Фитомасса посевов сосны в брусничном типе условий местопроизрастания южной подзоны тайги

Возраст, лет

Диаметр, см

Высота, м

Запас стволовой древесины, м3/га

Фитомасса в свежесрубленном состоянии, т/га

сухие сучья

ветви

древес-ная зелень

кора

древе-сина

итого

10



1,1

7

0,09

1,19

2,08

0,15

5,48

9,80

15

3,7

3,6

17

1,26

2,17

7,76

4,50

13,68

29,37

20

4,7

5,7

32

2,41

5,20

12,21

7,80

26,20

53,82

25

5,7

7,5

52

3,48

8,71

15,59

10,36

43,37

81,51

30

6,5

9,1

78

4,40

11,60

18,07

12,45

65,47

111,99

35

7,4

10,4

108

5,11

13,28

19,81

14,22

92,73

145,15

40

8,3

11,6

145

5,53

13,64

20,98

15,75

125,37

181,27

45

9,1

12,6

187

5,59

13,05

21,72

17,10

163,58

221,04

50

9,9

13,4

235

5,24

12,39

22,22

18,31

207,53

265,69

55

10,7

14,1

288

4,40

13,01

22,62

19,40

257,37

316,80

60

11,5

14,7

348

3,01

16,76

23,10

20,40

313,26

376,53

Таблица 3. Фитомасса посевов сосны в черничном типе условий местопроизрастания южной подзоны тайги



Возраст, лет

Диаметр, см

Высота, м

Запас стволовой древесины, м3/га

Фитомасса в свежесрубленном состоянии, т/га

сухие сучья

ветви

древес-ная зелень

кора

древе-сина

итого

20

5,3

6,1

65

1,75

11,10

15,69

8,26

53,45

90,25

25

8,0

8,9

96

5,75

13,91

18,31

10,80

82,60

131,37

30

10,1

11,3

133

7,41

16,72

20,78

13,44

117,88

176,23

35

11,7

13,2

174

6,73

19,55

23,13

16,18

159,23

224,82

40

12,6

14,9

220

3,72

22,37

25,38

18,99

206,61

277,07


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал