КЛЕВЦОВ ДЕНИС НИКОЛАЕВИЧ

* 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).

2. Основное содержание

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

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

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

Обратная картина наблюдается при формировании запаса сухих сучьев. Например, в посевах сосны, произрастающих в лесорастительных условиях брусничного типа (табл. 2), процент массы сухих сучьев с возрастом увеличивается с 0,9 % в 10 лет до 3,9 % к 30 годам, а затем к 60-летнему возрасту процент массы этой фракции снижается до 0,8 %. Аналогичная картина наблюдается и в культурфитоценозах черничного типа условий местопроизрастания. Подобна тенденция, но несколько другой возрастной диапазон, характерна для сосняков лишайниковых искусственного происхождения. Здесь процент массы сухих сучьев возрастает до 40-летнего возраста (с 1,1 % в 10 лет до 3,5 % к 40 годам), а затем снижается до 3,1 % в 60 лет. фитомасса культурфитоценоз сосна дерево

Из всех выделяемых фракций фитомассы наиболее широкое применение в народном хозяйстве нашла древесная зелень. При расчёте массы древесной зелени, приходящейся на 1 м3 стволовой древесины исследованных нами 58-летних посевов сосны южной подзоны тайги в лишайниковом типе условий местопроизрастания можно получить 169 кг древесной зелени, в брусничном - 97 кг. Н.А. Бабич с соавторами (2004) для одноимённых типов леса того же возраста северной подзоны тайги приводят результаты 130 и 88 кг соответственно. Из этого видно, что лесорастительная зона влияет на массу древесной зелени, приходящуюся на 1 м3 стволовой древесины.

4.2. Морфологическая структура ассимиляционного аппарата

Размеры хвоинок изменяются в зависимости от диаметра и возраста дерева, полноты древостоя, условий местопроизрастания, географического местоположения насаждения, а также в зависимости от местонахождения хвои в кроне дерева (Надуткин, Модянов, 1972; Костин, Преснухин, Тумашевич, 1986; Феклистов, Бабич, 1990; Феклистов, Евдокимов, Барзут, 1997; Бабич, Мерзленко, Евдокимов, 2004).

Анализируя изменение морфологических показателей хвои исследованных нами культур сосны, можно отметить, в абсолютном большинстве случаев уменьшение длины, ширины и толщины хвои от верхней части кроны к нижней. Также прослеживается зависимость линейных размеров средней хвоинки с лесорастительными условиями. Наибольших биометрических параметров хвоя достигает в более продуктивном черничном типе условий местопроизрастания (табл. 4). Следовательно, в более продуктивных типах леса образуется и большая площадь поверхности хвои.

Размеры хвои характеризуются также шириной и толщиной. Что касается этих параметров, то различия их менее выражены, чем по длине в связи с относительно небольшой величиной последних. Средние ширина и толщина хвои, также как и длина, наибольшие в посевах сосны черничного типа условий местопроизрастания (табл. 4).

Сравнивая длину хвои сосны обыкновенной на крайних (северной и южной) точках ареала, Л.Ф. Правдин (1964) установил, что в направлении с юга на север с увеличением на 1° по широте средняя длина хвои уменьшается на 1,4 мм. Для проверки этой закономерности сравним данные, полученные в результате наших исследований, с данными Н.А. Бабича с соавторами (2004). Авторы приводят среднюю длину хвои в 58-летних посевах сосны лишайникового и черничного типов условий местопроизрастания 32,7 и 31,3 мм соответственно.

Если с увеличением на 1° по широте средняя длина хвои уменьшается на 1,4 мм (согласно Л.Ф. Правдину, 1964), то в районе п. Брин-Наволок, где проводили исследования Н.А. Бабич с соавторами (2004), она должна уменьшиться по сравнению с Бабаевский лесхозом на 8,4 мм. Проведя сравнение данных по указанным пунктам, можно констатировать, что отмеченная Л.Ф. Правдиным (1964) закономерность, справедлива и для культурфитоценозов Европейского Севера.

Таблица 4. Морфологические показатели хвои 40-летних посевов сосны

в числителе - С. лишайниковый, в знаменателе - С. черничный

4.3. Зональные закономерности изменения запасов и структуры фитомассы культур сосны по типам леса

Для выявления зональных особенностей накопления надземной фитомассы и её структуры в культурах сосны по типам леса нами привлечены данные архива кафедры лесных культур и ландшафтного строительства Архангельского государственного технического университета, а также результаты собственных исследований.

Количественный анализ надземной фитомассы культур сосны по возрастному градиенту позволил вскрыть основные черты её продуктивности в различных лесорастительных зонах, обусловленные изменением комплекса климатических факторов. Для наглядности были построены гистограммы возрастного изменения запасов надземной фитомассы посевов сосны по подзонам тайги (рис. 1, 2).

Анализ гистограмм позволяет констатировать, что с возрастом во всех изученных культурах сосны происходи увеличение запасов надземной фитомассы. На всех возрастных этапах культур сосны наибольший запас надземной фитомассы формируется в южной подзоне тайги, а наименьший - в северной.

Рисунок 1. Возрастное изменение запасов надземной фитомассы посевов сосны в брусничном типе условий местопроизрастания по подзонам тайги

Рисунок 2. Возрастное изменение запасов надземной фитомассы посевов сосны в черничном типе условий местопроизрастания по подзонам тайги

В ходе проведения двухфакторного дисперсионного анализа установлено, что от суммарного влияния организованных факторов на подзону тайги приходится 11 %, на тип леса 83 % и на их сочетание 6 %. Достоверно доказано влияние типа леса на запасы фитомассы культур сосны (Fф > Fst), в остальных случаях достоверность не установлена (Fф < Fst).

Полученные нами результаты вполне согласуются с данными ряда исследователей (Вакуров, 1974; Казимиров и др., 1977; Бобкова, 1987; Габеев, 1990 и др.). Так, например, К.С. Бобкова (1987) отмечает, что в подзоне средней тайги формируются более продуктивные древостои, чем в северной. В средней тайге в черничном типе леса уже в 60-летнем возрасте сосновый древостой продуцирует примерно такое же количество органической массы, какое формируют 90-100-летние древостои такого же типа в северной тайге. В средневозрастном сосняке черничном, развитом на иллювиально-гумусовых подзолах, фитомасса древесной растительности составляет 114 т/га. В сосняке чернично-сфагновом такого же возраста фитомасса древостоя на 22 % меньше, чем в сосняке черничном, и составляет 90 т/га. В конечном счёте, автор делает вывод, что количество органического вещества насаждений примерно одного возраста в пределах одной или близких групп типов леса увеличивается от северной тайги к южной, что, несомненно, связано с различием в климатических условиях.

5. ДЕПОНИРОВАНИЕ УГЛЕРОДА И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ НАДЗЕМНОЙ ФИТОМАССЫ КУЛЬТУР СОСНЫ

5.1. Структура углеродного пула в культурах сосны

Размеры аккумуляции углерода в надземной части культур сосны южной подзоны тайги рассчитывали по запасам фракций фитомассы исходя из того, что в 1 кг абсолютно сухой массы сухих сучьев, ветвей, коры и древесины содержится 0,5 кг углерода, а в 1 кг абсолютно сухой массы древесной зелени - 0,45 кг (Кобак, 1988; Исаев и др., 1993; Алексеев, Бердси, 1994). Содержание сухого вещества в сухих сучьях, ветвях, древесной зелени, коре и древесине принимали в среднем 87, 49, 47, 51 и 52 % соответственно (Усольцев, Нагимов, 1988; Бабич и др., 2004).

Количественные показатели депонирования углерода не одинаковы в разных типах условий местопроизрастания культур сосны, кроме того, они изменяются с возрастом (табл. 5). Анализируя данные таблицы, можно отметить, что посевы сосны в лишайниковом типе условий местопроизрастания южной подзоны тайги к 60-летнему возрасту накапливают около 47 т/га углерода, в брусничном - около 97 т/га. Сосняки черничные искусственного происхождения к 40 годам аккумулируют на 24 т/га больше углерода по сравнению с сосняками брусничными и на 54 т/га по сравнению с сосняками в лишайниковом типе условий местопроизрастания того же возраста.

В посевах сосны всех возрастов и типов леса наибольшая доля депонирования углерода приходится на древесину ствола - 53...85 %. С возрастом доля углерода, депонированного этой фракцией древесного яруса культур сосны, увеличивается.

В культурах сосны I-III классов возраста второй по величине депонирования углерода фракцией после древесины является древесная зелень. Доля депонирования углерода древесной зеленью уменьшается с увеличением возраста культур сосны. Например, на древесную зелень 10-летних посевов сосны в брусничном типе условий местопроизрастания (табл. 5) приходится 20 % от всего аккумулированного углерода, а в 60-летних посевах того же типа леса - всего 5 %.

Такие фракции фитомассы исследованных культурфитоценозов, как кора и ветви депонируют углерод во всех типах условий местопроизрастания примерно в равных частях. Наименьшая доля депонирования углерода в культурах всех возрастов и типов леса приходится на сухие сучья и составляет 1...5 %.

Таблица 5. Величина депонирования углерода фракциями фитомассы в посевах сосны по типам леса, т/га

5.2. Энергетический потенциал культур сосны

При изучении степени использования солнечной энергии культурами сосны ставилась задача выявить количество тепловой энергии, заключённой в фитомассе культурфитоценозов. Размеры аккумулированной солнечной энергии в фитомассе культур сосны рассчитывали исходя из калорийности и количества органики, формируемой культурами за период их жизни. Калорийность или теплотворную способность фитомассы получали, используя данные экспериментальных исследований с применением калориметрического метода ряда авторов (Курбатский, 1962; Молчанов, 1971; Дадыкин, Кононенко, 1975; Казимиров и др., 1977). При этом выводили средние величины, которые для хвои, древесины, коры и ветвей составили 5195, 4903, 4842 и 4959 ккал/кг соответственно.

Произведённые расчёты показали, что количество энергии, аккумулированной фитомассой культур сосны в форме химических связей органических веществ, колеблется по типам леса в значительных пределах и связано с их производительностью (табл. 6). В исследованном возрастном периоде количество энергии, депонированной во всех фракциях фитомассы, возрастает.

Таблица 6. Аккумуляция энергии посевами сосны по типам леса, ГДж/га

в знаменателе приведено процентное выражение аккумуляции энергии

Для выявления влияния типа условий местопроизрастания на энергетическую продуктивность посевов сосны провели сравнение этого показателя в одном возрасте культур (например, 40 лет) в разных типах леса. Минимальное количество энергии, депонированной древостоем, отмечается в сосняке лишайниковом (726,2 ГДж/га), максимальное - в сосняке черничном (2955,29 ГДж/га). В культурах сосны брусничного типа условий местопроизрастания количество аккумулированной энергии составляет промежуточную величину.

Приведённые материалы дают возможность оценивать энергетический потенциал традиционно неиспользуемых фракций фитомассы и позволяют наметить пути их энергетического использования.

Выводы

1. При продвижении с юга на север на 1° по широте общий запас надземной фитомассы культур сосны в лишайниковом и брусничном типах условий местопроизрастания уменьшается на 4,5 и 5,3 т/га соответственно.

2. Сосняки черничные искусственного происхождения южной подзоны тайги к 40 годам формируют на 19 т/га больше фитомассы по сравнению с сосняками брусничными и на 118 т/га по сравнению с сосняками лишайниковыми.

3. Древесина аккумулирует основную часть надземной фитомассы культур сосны - 37...76 %. С возрастом доля этой фракции в общей фитомассе древесного яруса увеличивается.

4. В культурах сосны I-III классов возраста второй по массе фракцией после древесины является древесная зелень. Наибольшие запасы указанной части фитомассы сосредоточены в 40-летнем возрасте в сосняке черничном 21,60 т/га, наименьшие - в сосняке лишайниковом - 20,86 т/га. Процент массы древесной зелени с возрастом снижается.

5. Масса хвои, приходящейся на 1 м3 стволовой древесины, в посевах сосны южной подзоны тайги в лишайниковом и брусничном типах условий местопроизрастания больше, чем в одноимённых лесорастительных условиях северной подзоны на 27 и 6 кг соответственно.

6. В абсолютном большинстве случаев наблюдается уменьшение длины, ширины и толщины хвои от верхней части кроны к нижней. Наибольших биометрических параметров хвоя достигает в черничном типе условий местопроизрастания.

7. Для культурфитоценозов сосны Европейского Севера лишайникового и черничного типов условий местопроизрастания характерно уменьшение длины хвои при продвижении с юга на север на 1° по широте на 1,7 и 3,8 мм соответственно.

8. Количественные показатели депонирования углерода не одинаковы в разных типах условий местопроизрастания культур сосны, кроме того, они изменяются с возрастом. Сосняки черничные искусственного происхождения южной подзоны тайги к 40 годам аккумулируют на 24 т/га больше углерода по сравнению с сосняками брусничными и на 54 т/га по сравнению с сосняками лишайниковыми.

9. В посевах сосны всех возрастов и типов леса наибольшая доля депонирования углерода приходится на древесину ствола - 53...85 %. С возрастом доля углерода, депонированного этой фракцией древесного яруса культур сосны, увеличивается.

10. Культуры сосны в южной подзоне тайги депонируют энергии несколько больше, чем в средней. В 20-летнем возрасте посевы сосны черничного типа условий местопроизрастания южной подзоны тайги накапливают энергии на 35 %, в 30-летнем на 16 % больше, чем аналогичные культурфитоценозы средней подзоны. В возрасте 40 лет посевы сосны в указанных подзонах фиксируют энергию примерно в равных частях.

Список публикаций автора

1. Антонов, А.М. Успешность посевов сосны кедровой сибирской за пределами естественного ареала [Текст] / А.М. Антонов, Д.Н. Клевцов // Севергеоэкотех: материалы конференции. - Ухта, 2003. - С. 231-232.

2. Коновалов, Д.Ю. Рост и продуктивность сосняков естественного и искусственного происхождения северной подзоны тайги [Текст] / Д.Ю. Коновалов, А.М. Антонов, Д.Н. Клевцов // Сб. научных статьей посвященных 50-летию Костромской лесной опытной станции ВНИИЛМ. - Кострома, 2006. - С. 93-96.

3. Бабич, Н.А. Влияние условий местопроизрастания на качество древесины сосны (Pinus sylvestris L.) в посевах [Текст] / Н.А. Бабич, В.И. Мелехов, А.М. Антонов, Д.Н. Клевцов, Д.Ю. Коновалов // Хвойные бореальной зоны. - Красноярск, 2007. - Т. XXIV. - № 1. - С. 54-58.

4. Бабич, Н.А. Возрастная динамика надземной фитомассы посевов сосны [Текст] / Н.А. Бабич, Д.Н. Клевцов, Д.В. Локов // Экологические проблемы Севера: Межвузовский сб. научных трудов. - Архангельск, 2007. - Вып. 10. - С. 82-85.

5. Бабич, Н.А. Запасы надземной фитомассы Pinus sylvestris L. в сосняках черничном и брусничном искусственного происхождения [Текст] / Н.А. Бабич, Д.Н. Клевцов, Д.В. Локов // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: Сб. научных трудов. - Архангельск, 2007. - Вып. 73. - С. 6-10.

6. Бабич, Н.А. Депонирование углерода в южнотаёжных сосняках искусственного происхождения [Текст] / Н.А. Бабич, Д.Н. Клевцов, Д.В. Локов, Г.А. Дементьев, Д.А. Гороздей // Экологические проблемы Севера: Межвузовский сб. научных трудов. - Архангельск, 2008. - Вып. 11. - С. 37-39.

Размещено на Allbest.ru