Биологическая продуктивность лесных ландшафтов

периодическое удаление из насаждений деревьев, отставших в росте или

мешающих росту деревьев главных (лесообразующих) пород.

Санитарные рубки - лесоводственное мероприятие, проводимое в насаждениях

неудовлетворительного санитарного состояния путем вырубки отдельных

больных, поврежденных, усыхающих, усохших деревьев или всего усыхающего

(погибшего) древостоя.

Лесообразующая порода - древесная порода, которая в пределах своего ареала

образует основной ярус насаждений, отличающихся биологической и

морфологической устойчивостью и специфическим комплексом сопутствующих

растений и животных.

Лес - совокупность древесных, кустарниковых, травянистых и других растений,

а также животных и микроорганизмов, биологически взаимосвязанных в своем

развитии и влияющих друг на друга и на внешнюю среду. Понятие "лес"

используется также для обозначения элемента географического ландшафта,

сырьевого ресурса или объекта ведения лесного хозяйства.

Используемая литература для выполнения курсовой работы:

Бугаев В.А., Новосельцев В.Д., «Продуктивность лесов первой и второй

групп»; Веретенников А.В., «Эколого-биологические основы повышения

продуктивности таёжных лесов европейского севера»; Internet – www.forest.ru

(семейство сайтов о лесе); Куликова Т.А., «Оценка продуктивности лесов»;

Молчанов А.Г., «Экофизиологическое изучение продуктивности древостоев»;

Поликарпов Н.П., «Формирование и продуктивность древостоев»; Рубцов В.И.,

Новосельцева А.И., Попов В.К., Рубцов В.В., «Биологическая продуктивность

сосны в лесостепной зоне»; Шишков И.И., Попова Н.С. «Лесоводство с основами

лесных культур».

2. Биологическая продуктивность лесных ландшафтов

1. Понятие биологической продуктивности лесных ландшафтов.

Из курса географии почв мне известно, что:

мерилом естественного плодородия является уровень биологической

продуктивности, т.е. количества первичной растительной массы, создаваемой

за год на единицу площади (10ц/га-300ц/га). Считается, что биологическая

продуктивность почв не даёт полного представления о потенциальной

продуктивности почв. Потенциальная продуктивность используется в сельском

хозяйстве. При определении продуктивности существует закон убывающего

плодородия почв, из которого следует, что увеличение урожаев на

обрабатываемых землях непропорционально затраченному труду. За последние

годы затраты труда возросли в 8-10 раз, а урожайность увеличилась в 2-3

раза.

Из курса землеведения мне известно, что:

Ландшафт есть пятимерная, взаимосвязанная система, состоящая из:

1. Внутренняя компонентная составляющая(почвы, биостром, кора

выветривания, здесь проходит фотосинтез).

2. Внутренняя структурно-морфологическая составляющая(районы, местности,

урочища, страны, зоны, пояса).

3. Внешняя комплексная составляющая(для взаимодействия с другими

комплексами).

4. Внешняя воздушная составляющая(смена типов воздушных масс, поток

радиации, перенос тепла и влаги, перенос пыли, миграция птиц).

5. Подстилающая литогенная составляющая(отражает процессы происходящие в

мантии и земной коре).

Последние три отражают поле взаимодействия ландшафта с окружающей средой.

Так как судить в целом о биологической продуктивности лесных ландшафтов

довольно трудно, учитывая нехватку материалов и литературы, я остановлюсь

непосредственно на лесе (или на его доминанте)– как его обязательной

составляющей.

Биологическая продуктивность искусственно созданных насаждений изучалась

явно недостаточно, что, безусловно, тормозит сейчас решение актуальных

теоретических и практических задач современного лесоведения. К числу

таких задач относится восстановление и повышение продуктивности лесов

различных ботанико-географических зон путём выращивания лесных культур с

наиболее оптимальными характеристиками строения, накопления органической

массы и эффективностью использования лучистой энергии, влаги и

питательных веществ почвы. Для правильного и научно обоснованного решения

этой задачи необходимо накопление фактических данных о зависимости

биомассы, её фракционного состава годичной продукции веществ от густоты

стояния и характера размещения деревьев в культурах с учетом

лесорастительных условий их формирования.

Влияние густоты посадки на рост и процессы дифференциации деревьев в

культурах освещены в работах В.П. Тимофеева (1959), П.С. Кондратьева

(1959), Г.Р. Эйтингена (1916) и многих других, но к сожалению в этих

работах не приводятся детальные характеристики биопродукционного процесса

культур различной густоты.

При комплексном использовании леса не только деловая древесина, но также

и тонкомерные стволы, ветви, хвоя-листья найдут применение как

растительная масса, содержащая большое количество биологически активных

веществ – витаминов, хлорофилла, микроэлементов, лекарственных

соединений. Все части дерева являются ценным сырьём для химической

промышленности; ветви идут на строительных материалов и могут быть

использованы в целлюлозно-бумажной промышленности. Сейчас лесоустроители

при таксации древостоев определяют не только запас стволовой древесины,

но вес всех частей дерева, так как очевидно, что в ближайшем будущем все

части деревьев будут использоваться в промышленности и сельском

хозяйстве.

2.2. Методика исследования биологической продуктивности культур сосны

Простота видового состава, строения, одновозрастность и равномерное

распределение деревьев в культуре сосны существенно упрощает и повышает

точность определения важнейших характеристик биопродукционного процесса

(общие запасы фитомассы и её фракционный состав, первичная продукция

веществ и т.д.). Объектом исследований в данном случае служит только 1-й

ярус, т.е. чистые одновозрастные ценопопуляции сосны, т.к. остальные

ярусы практически отсутствуют.

Методика сводится к следующему: на пробных площадях проводится сплошной

перечет деревьев по одноименным ступеням толщины. Измерение диаметров

стволов проводится в двух направлениях – север-юг, запад-восток.

Важнейшие характеристики продуктивности древостоев определялись методом

модельных деревьев. Модельные деревья отбирались пропорционально их

представленности в ступенях толщины и высот с учетом характера развития

крон. На каждой пробной площади было срублено по 20-30 модельных

деревьев.

Модельные деревья детально разделывались на основные фракции (хвоя

различных лет, живые и мёртвые сучья, древесина и т.д.) и был определён

сырой и абсолютно сухой вес различных фракций, после чего данные были

подвергнуты статистическому анализу.

Для получения дендрометрических показателей хвои и определения листового

индекса у четырёх модельных деревьев с 3-, 6-, 9-й (или 8-й) мутовок

брались навески хвои (10г) различного возраста. В каждой навеске

подсчитывали число хвоинок. Затем образцы высушивались при температуре 80-

85С до абсолютно сухого веса. Полученные данные использовались для

определения влажности хвои различного возраста в зависимости от её

размещения по вертикальному профилю древостоев и густоты стояния

деревьев. С этих же мутовок брали по 20 хвоинок каждого возраста для

определения площади хвои и листового индекса по методике А.Н. Челядиновой

(1941). Для определения влажности и абсолютно сухого веса древесины и

коры брались выпилы из стволов модельных деревьев на высоте ј, Ѕ, ѕ и 1,3

м от земли. Определялись также влажность однолетних побегов и ветвей

разной толщины живых и мертвых, а также влажность хвои по возрастам.

Таким образом, для каждого отдельного дерева был послойно в кроне

определён сырой и абсолютно сухой вес хвои (общий и по её возрастам),

древесины ствола и ветвей живых и отмерших по мутовкам и по возрастам.

Затем для модельных деревьев каждой площади были вычислены коэффициенты

уравнения связи массы стволов, а также массы кроны и её частей с

диаметром ствола на высоте 1,3 метра. Коэффициенты уравнений вычислялись

методом наименьших квадратов для двух вариантов: 1-й – в предположении,

что названные выше связи выражаются показательной функцией; 2-й – в

предположении, что связи выражаются уравнением параболы 2-го порядка.

Последующее сравнение этих вариантов показало, что экспериментальным

данным во всех случаях соответствует параболическая связь, так как она

обеспечивает меньшую сумму квадратов отклонений экспериментальных точек,

полученных в результате обработки модельных деревьев от кривой,

построенной по выведенному уравнению.

Используя полученные зависимости, массу отдельных частей крон (живых и

отмерших ветвей, хвои) и стволов для каждого насаждения вычисляли по

ступеням толщины и затем суммировали в общий итог. Полученные цифровые

данные позволяли с достаточной степенью точности рассчитывать фитомассу

различных фракций на единицу площади, а также построить диаграммы

вертикального распределения фитомассы на деревьях различных диаметров.

Для определения веса подземных частей на всех участках были заложены

траншеи глубиной 1,8 метра. Площадь траншей варьировала в пределах 4,6 -

6,8 м2, а число из оказалось недостаточным для определения фитомассы

корней с достаточной степенью точности. Учитывая, что 40% корней сосны

залегает в верхнем 30- сантиметровом слое почвы на каждом участке было

взято дополнительно по 10 монолитов, размерами 0,5*0,5*0,3 м. Монолиты

распределялись равномерно на пробных площадях. Статистический анализ

показал, что ошибка определения фитомассы корней составляла 5-10%.

Отпад деревьев (сухостой, снеголом) определялись в 3-, 6-, 10-, 15-, 18-

и 20-летнем возрасте культур путем сплошных перечетов.

Опад тоже был учтен путем закладки на каждом опытном участке 20 площадок

размером 5 м2. В дополнение к этим данным на экспериментальных участках

проводились наблюдения за транспирацией и фотосинтезом хвои, содержанием

влаги в почве.

2.3. Влияние густоты посадки на общий запас и фракционный состав

надземной фитомассы культур сосны.

При увеличении густоты посадки с 5 до 40 тыс. на 1 га наблюдается

неуклонное снижение среднего веса надземной массы одного дерева (см.

таблицу ниже). Наибольшее снижение фитомассы происходит при густоте 15 и

40 тыс. на 1 га, что хорошо согласуется с данными, полученными при

измерении высот, диаметров и объемов на этих участках. Так, например,

средний вес дерева при густоте 15 тыс. снижается в 2,5 раза, а при

густоте 40 тыс. в 6 раз по сравнению с весом при густоте посадки 5 тыс.

Интересно, что в диапазоне густот 15 и 30 тыс. наблюдается некоторое

замедление падения веса среднего дерева. Однако увеличение густоты

деревьев до 40 тыс. вызывает резкое падение среднего веса дерева.

Увеличение густоты деревьев сопровождается заметными сдвигами и в

фракционном составе фитомассы; вес стволовой древесины изменяется с

повышением густоты посадки меньше, чем фитомассы хвои сучьев. В целом

данные хорошо укладываются в рамки общей биологической зависимости

скорости роста и продукции органических веществ отдельных особей от

плотности видовых популяций в посевах и посадках.

Увеличение густоты растений приводит к снижению скорости роста и

продукции органических веществ у сосны, как следствие повышения

интенсивности конкуренции между ними за факторы роста.

Сырой вес стволов и всей надземной части дерева в 20- летних опытных

посадках культур сосны

|Показатель |Густота посадки, тыс/га |

| |5 |10 |15 |20 |30 |40 |

|Средний вес всей |42,2 |22,9 |16,7 |11,2 |9,0 |6,4 |

|То же, в % |100 |68,5 |39,6 |26,5 |21,3 |15,1 |

|В том числе ствол, |32,0 |18,4 |13,9 |9,4 |7,3 |5,5 |

|кг | | | | | | |

|То же, в % |100 |54,4 |43,4 |29,4 |22,8 |17,0 |

|Вес всех деревьев |156,7 |173,8 |167,9 |160,3 |184,6 |136,6 |

|То же, в % |100 |110,9 |107,1 |102,3 |117,8 |87,1 |

|В том числе стволы,|119,0 |139,5 |138,0 |133,3 |151,4 |111,3 |

|То же, в % |100 |117,2 |116,0 |112,0 |127,2 |93,5 |

2.4. Общий запас надземной фитомассы деревьев культур сосны

Распределение общего сырого веса надземной части всего древостоя между

отдельными фракциями в одновозрастных культурах в зависимости от густоты

изменяется незначительно. Очень постоянна на всех участках

Доля хвои от всей надземной фитомассы и несильно изменяется доля ветвей,

увеличиваясь в более редких культурах (см.таблицу ниже)

Фракционный состав фитомассы надземных частей культур сосны разной

густоты в возрасте 20 лет

|Показатель |Густота посадки, тыс./га |

| |5 |10 |15 |20 |30 |40 |

|Вес стволов, т/га |119,0 |139,5 |138,0 |133,3 |151,4 |111,3 |

|% надземной части |75,9 |80,3 |82,2 |83,2 |82,0 |81,5 |

|Вес хвои, т/га |15,5 |15,2 |13,6 |13,3 |15,9 |11,5 |

|% надземной части |9,9 |8,7 |8,1 |8,3 |8,6 |8,4 |

|% веса стволов |13,0 |10,9 |9,8 |10,0 |10,5 |10,3 |

|Вес живых ветвей, |17,0 |14,3 |12,6 |10,6 |13,9 |9,6 |

|т/га | | | | | | |

|% надземной части |10,9 |8,2 |7,5 |6,6 |7,5 |7,0 |

|% веса стволов |14,3 |10,3 |9,1 |8,0 |9,2 |8,6 |

|Вес сухих ветвей, |5,2 |4,8 |3,7 |3,1 |3,4 |4,1 |

|т/га | | | | | | |

|% надземной части |3,3 |2,8 |2,2 |1,9 |1,8 |3,0 |

|% веса стволов |4,4 |3,4 |2,7 |2,3 |2,2 |3,7 |

|Общий вес надземной |156,7 |173,8 |167,9 |160,3 |184,6 |136,5 |

|% веса стволов |131,7 |124,6 |121,7 |120,3 |121,9 |122,6 |

Вес стволовой древесины на всех участках составляет около 80% ( + 3-4%)

всей надземной массы 20-летнего древостоя. Заметна тенденция в густых

культурах к некоторому повышению доли стволовой древесины в общей

надземной массе. Вес крон составляет от 27,3 до 18% веса стволов,

снижаясь в наиболее густых культурах. Во всей надземной массе доля живой

части крон колеблется от 20,7 до 14,9%, соответственно снижаясь с

увеличением густоты.

5. Вес корневых систем культур сосны

Для полной характеристики накопленного органического вещества к данным о

весе надземной части древостоев необходимо добавить вес их корневых

систем путём раскопки всех корневых некоторых модельных деревьев и

методом монолитов (см. таблицу ниже).

Общий запас корней культур сосны на 1 га

|тыс. | |, тыс. | |

| |т |% |надземной| |т |% |надземной|

|5 |25,2 |100 |21,7 |20 |21,6 |86 |15,3 |

|10 |22,5 |88 |16,5 |30 |23,4 |93 |13,4 |

|15 |23,4 |93 |16,2 |40 |21,6 |86 |14,0 |

Относительная доля корней в культурах разной густоты изменяется в

значительных пределах – от 14,0 до 21,7% от веса всей надземной массы.

При этом относительный и абсолютный вес корней выше всего в самых редких

культурах. Это идет главным образом за счет развития в редких культурах

толстых стержневых корней. Поэтому сопоставлять вес корней с весом хвои

для оценки обеспеченности её влагой и питательными веществами весьма

трудно. Общий вес корней на 1 га за исключением самых редких культур

изменяется сравнительно в небольших пределах. Масса корней на одно

растущее дерево (сырой вес) в 18- летних культурах сосны при разной

густоте посадки составляет:

|Густота посадки, |5 |10 |15 |20 |30 |40 |

|Масса корней, кг |6,8 |3,0 |2,2 |1,5 |1,1 |1,0 |

Вес корней (в среднем) одного дерева в самых редких культурах в 6-7 раз

больше веса корней дерева в самых густых культурах. При изменении густоты

с 5 до 10 тыс. на 1 га вес корней уменьшается более чем вдвое. Дальнейшее

уменьшение веса корней с ростом густоты идёт более плавно.

2.6. Общая биологическая продуктивность культур сосны разной густоты

В древостое и подстилке за 20 лет накапливается на 1 га от 108 до 127 т

сухого органического вещества или в среднем 5,4-6,4 т в год. Для

определения полной биологической продуктивности насаждений необходимо

добавить величину разложившегося опада. К сожалению, учесть её очень

трудно. Общее количество опавшей хвои (в абсолютно сухом весе) за 18-

летний период должно составлять от 18,9 до 30,0 т на 1 га. За три года он

составляет от 1,4 до 2,0 т, или в среднем 1,7 т на 1 га. Труднее учесть

опад в виде коры, сучьев, шишек. Он составляет в подстилке 56%. По

примерному расчету количество его может быть определено за 18-летний

период в 13-17 т. При этом общее количество разложившегося полностью

Страницы: 1, 2, 3, 4

МЕНЮ

Биологическая продуктивность лесных ландшафтов