Форма поперечного сечения деревьев пихты сибирской (Abies sibirica) в смешанных насаждениях равнинных и горных условий Средней Сибири

Введение. Форма поперечного сечения дерева, особенно на высоте 1,3 м, имеет важное значение для определения объема дерева, а для насаждения – запаса. В связи с этим изучение формы поперечного сечения стволов с учетом различных экологических факторов остаётся актуальной задачей различных научных дисциплин и, прежде всего лесной таксации. В данной статье была исследована форма деревьев лиственницы сибирской, произрастающих на различных экспозициях склона с последующей оценкой влияния сторон света на форму ствола.

М.М. Орлов [1] в учебнике по лесной таксации указывал на следующие факторы, влияющие на форму поперечного сечения деревьев:

- древесная порода;

- возраст;

- часть дерева, для которого взято сечение;

- условия произрастания.

Географическое расположение насаждений, а значит и деревьев также оказывает значительное влияние на форму стволов. А.И. Бондарев [2], изучая форму поперечного сечения лиственницы даурской, произрастающей в редкостойных лесах Северной Сибири, выявил 4 типа: округлый, эллипсовидный, яйцевидный и неправильный. Наиболее правильную форму имели стволы в диапазоне от 6 до 10 см. С увеличением диаметра на адекватность описания геометрическими формулами формы поперечного сечения начинает оказывать влияние трещиноватость коры, свойственная лиственнице. Изучение диаметров в зависимости от их пространственной ориентации по сторонам света (С-Ю и З-В) не выявило достоверных различий между обеими группами. Поперечные сечения стволов лиственницы даурской в изучаемом регионе имеют неправильную форму, которая, тем не менее, с достаточной адекватностью (до 5%) может быть описана формулой эллипса.

Методика исследований. Для изучения формы стволов деревьев пихты сибирской (Abies sibirica) (рисунок 1) были заложены пробные площади на территории Большемуртинского лесничества Красноярского края (Среднесибирский подтаежно-лесостепной район) и Бирюсинского лесничества учебно-опытного лесхоза (Восточно-Саянском горно-таежном районе) в соответствии с требованиями ОСТа 56-69-83 [3]. Исследования проводились в 11 смешанных пихтовых и еловых насаждениях максимальной продуктивности и густоты. Влияние светового фактора было нивелировано обмером растений в древостоях нормальной производительности. Пробные площади закладывались в насаждениях различной возрастной структуры согласно классификации Э.Н. Фалалеева [4]: молодняка, средневозрастности, приспевания, спелости, перестойности.

Рисунок 1 – Измерение диаметра пихты на высоте 1,3 м 

У каждого дерева поперечник на высоте 1,3 метра измерялся в двух и четырех перпендикулярных направлениях с помощью мерной вилки. Два обмера позволяли определить подобие по контуру фигурам эллипсу и кругу; четыре измерения – установить соответствие круговой, эллипсовидной, яйцеобразной и неправильной формы ствола дерева. Высокая полнота на некоторых пробных площадях обусловлена высокой густотой, размером учетной площадки и формой насаждений.

Соответствие устанавливалось по абсолютному отклонению диаметров: 

Δ₁ = |d₁ – d₂| ,  (1)

Δ₂ = |d₃ – d₄| ,  (2)

где  Δ_i – абсолютное отклонение диаметров на высоте 1,3 метра, см;

        d₁ – первый диаметр на высоте 1,3 метра, см;

        d₂ – второй диаметр на высоте 1,3 метра, см.

        d₃ – третий диаметр на высоте 1,3 метра, см;

        d₄ – четвертый диаметр на высоте 1,3 метра, см. 

Если величина отклонения Δ_i < 0,5 см, то форма контура условно соответствует кругу; в случае если  Δ₁- Δ₂ > 0,5-1,0 см – эллипсу; Δ₁=0 и Δ₂>0,5 – яйцеобразная форма; Δ_i >1,0 – неправильная форма.

Все деревья по диаметру ствола на высоте 1,3 метра были разделены на следующие категории по М.М. Орлову [3]: подрост (тонкомер 1) - до 8 см, тонкомер – 8,1-16,0 см, среднемер – 16,1-36,0 см, крупномер – 36,1 и более см.

Обработка полевого материала производилась методами статистического анализа.

Экспериментальные исследования. Характеристика лесорастительных условий создает представления об условиях формирования ели сибирской в различных, прежде всего по рельефу условиях.

Древостои Большемуртинского лесничества расположены в условиях южной тайги Средней Сибири. Территория характеризуется незначительными высотами в пределах 180-440 м над уровнем моря при слабо расчлененной поверхности. Преобладают темносерые лесные почвы, реже элювиальные и болотные, по механическому составу почвы в большей степени суглинистые, по влажности – свежие и влажные. Древесная растительность района представлена темнохвойными лесами. Древостои преимущественно представлены пихтачами, иногда в поймах рек смешивающимися с елью, реже с кедром.

Насаждения Бирюсинского участкового лесничества произрастают в условиях Восточно-Саянского горно-таежного района сосново-кедрово-пихтовых лесов. Вертикальная зональность резкого выражения не имеет. Характер лесной растительности зависит в основном от почвенных условий и микроклимата, создаваемого на теневых и световых склонах. Пихтовые насаждения занимают в основном пологие северные склоны, а также пониженные равнинные части рельефа. Преобладающими в учебно-опытном лесхозе СибГТУ являются пихтовые насаждения – 35,2%. Еловые и пихтовые древостои представлены в основном IV и V классом возраста.

Деревья пихты произрастают в пихтовых и еловых насаждениях, расположенных на склонах северных экспозиций средней и высокой крутизны в пихтачах разнотравных, пихтачах мшистых и в качестве примеси в ельниках пойменных.

Условия произрастания деревьев пихты в пихтовых и еловых насаждениях способствуют формированию растений разнообразной формы.

Для подтверждения этого предположения получены данные распределения деревьев пихты по форме поперечного сечения на высоте 1,3 метра (таблица 1).

Общая закономерность заключается в уменьшении со временем деревьев круговой формы и устойчивое увеличение стволов с неправильной формой. Деревья яйцеобразной и эллипсовидной формы имеют нестабильный процент, который определяется локальными особенностями конкретных насаждений.

Более глубокий анализ дает распределения деревьев различной формы по категориям крупности (рисунок 2). 

Таблица 1

Форма поперечного сечения деревьев пихты в Бирюсинском лесничестве 

Рисунок 2 – Распределения деревьев различной формы поперечного сечения на высоте 1,3 м по размерным категориям 

С увеличением размеров по диаметру наблюдалось устойчивое уменьшение деревьев с круговой формой при росте растений с неправильной формой. Число деревьев эллипсовидной формы снизилось.

Количество растений с яйцеобразным контуром в каждом древостое имело характерное распределение по размерам. Такие деревья с возрастом переходят в отпад или начинают характеризоваться неправильной формой стволов, общее число растений с той или иной формой в данном случае определяется состоянием древостоя.

В группах подроста, тонкомера, среднемера  устойчивым является процент деревьев с круговой формой, а в крупномерной категории процент деревьев с неправильной формой.

Для того чтобы при перечетных работах по диаметру точно определить объем работ необходимо знать закономерности распределения деревьев различной формы в каждой размерной категории. С этой целью были построены столбчатые диаграммы соотношения деревьев по контуру (рисунок 3).

В результате можно рекомендовать для подроста (тонкомер 1), где процент деревьев с круговой формой 75-90 %, достаточно измерять один диаметр в любом направлении. В тонкомерной группе (30-70% деревьев с круговой формой) необходимо проводить измерение двух диаметров в взамоперпендикулярных направлениях. Среднемерная категория имеет примерно равное число деревьев установленной формы, поэтому необходимо проводить измерения двух поперечников во взаимоперпендикулярных направлениях. Для крупномерной группы характерно нарастание процента деревьев некруговой формы, поэтому в этой категории необходимо выполнять обмер двух диаметров по максимальной и минимальной оси поперечника.

Рисунок 3 – Диаграммы распределения процента деревьев по форме в размерных категориях 

Исследования проводились по следующим возрастным стадиям: молодняка, средневозрастности, спелости, перестойности. Процентное соотношение деревьев позволило выделить две характерные закономерности в форме стволов. В молодых насаждениях (стадии молодняка, средневозрастности) происходит первоначально равномерно-постепенное  уменьшение деревьев круговой формы (подрост, тонкомер) и затем резкое снижение (среднемер, крупномер). В возрастных насаждениях (стадии  приспевания, спелости, перестойности) процент деревьев круговой формы наблюдалось постепенное снижение процента деревьев с круговой формой от подроста до крупномера (рисунок 4).

Рисунок 4 – Процент деревьев пихты с круговой формы в молодых и возрастных насаждениях  в равнинных условиях Средней Сибири 

В результате можно рекомендовать в молодых насаждениях у растений подроста и тонкомера измерять один диаметр в любом направлении, у среднемера и крупномера два взаимоперпендикулярных диаметра. В возрастных насаждениях достаточно измерять один диаметр только у подроста в других размерных категориях рекомендуется проводить обмер поперечника ствола на высоте 1,3 метра в двух перпендикулярных направлениях.

Выводы. Проведенные исследования формы поперечного сечения деревьев пихты сибирской на высоте 1,3 метра, позволяют сделать следующие выводы.

- Стабильным изменением процента деревьев с возрастом характеризуются растения с круговой (уменьшение) и неправильной формой (увеличение). Процент таких деревьев может являться оценкой условий произрастания. Для подроста, тонкомера, среднемера – это число растений с круговой формой, а для крупномера – процент растений с неправильной формой.

- При таксации и перечетных работах в горных условиях можно рекомендовать для подроста (тонкомер 1) измерять один диаметр в любом направлении. В тонкомерной и среднемерной группах необходимо проводить измерения двух поперечников во взаимоперпендикулярных направлениях. В крупномерной группе необходимо выполнять обмер двух диаметров по максимальной и минимальной оси поперечника.

- При таксации и перечетных работах в равнинных условиях можно дополнительно рекомендовать в возрастных насаждениях по причине разнообразия условий формирования растений (окна, полог и т.д.) в тонкомерной группе проводить измерения не одного, а двух взаимоперпендикулярных диаметров.