Способ оценки уровня биологической стабильности и устойчивости соснового насаждения

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОЦЕНКИ УРОВНЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ СОСНОВОГО НАСАЖДЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт леса Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Степанчик Валерий Викторович Василенко Александр Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт леса Национальной академии наук Беларуси(56) СТЕПАНЧИК В.В. и др. Международная научно-техническая конференция Леса Беларуси и их рациональное использование. Материалы конференции. - Минск, 2000. - С. 24-27. СТЕПАНЧИК В.В. Проблемы лесоведения и лесоводства Сб. научн. тр. Вып. 64. - Гомель, 2005. - С. 290-300. МАТЮК И.С. Устойчивость лесонасаждений. - М. Лесная промышленность, 1983. - С. 7-20, 96-97.2038001 1, 1995.(57) Способ оценки уровня биологической стабильности и устойчивости соснового насаждения, при котором на пробной площади определяют значения среднего диаметра стволов, средней высоты деревьев , густоту древостоянасаждения, а также средние значения радиального прироста за последние 5 лет для 25-30 деревьев одинакового возраста класса роста, затем рассчитывают коэффициент плотности Кп древостоя по формуле Кпи коэффициент интенсивности радиального прироста Ки, численно равный коэффициенту регрессии в уравнении прямой, описывающей изменение радиального прироста у у деревьев возраста х за последние 5 лет, и, если Кп менее 4500 и Ки равен 0,04, уровень биологической стабильности и устойчивости насаждения оценивают как высокий, если Кп равен от 4500 до 5000 и Ки равен от 0,04 до -0,2 - как низкий, а если Кп более 5000 и Ки менее 0,2 - как критический. Изобретение предназначено для использования в лесном хозяйстве для выращивания устойчивых к воздействию неблагоприятных факторов внешней среды лесных насаждений, что требует разработки количественных критериев и показателей и оценки их устойчивости и стабильности. Известен ряд способов оценки устойчивости и стабильности растительных организмов по коэффициенту вариации биомассы 1, по длине и массе корней 2. Недостатком данных способов является их трудоемкость и необходимость уничтожения части растительного сообщества. Предлагается 3 способ оценки состояния сосновых древостоев по соотношению среднего диаметра деревьев отпада к среднему диаметру насаждения по величине данного 13539 1 2010.08.30 соотношения (К 0,7 - здоровое, К 1,0 - сильно поврежденное и подверженное распаду,0,7 К 1,0 - средне поврежденное). Существенным недостатком данного метода является невозможность прогнозировать процессы изменения состояния и устойчивости древостоев. Метод оценивает только свершившийся факт изменения состояния и жизнестойкости древостоя, но не позволяет предугадать их. Это ограничивает возможность его использования для практического применения при разработке программ выращивания устойчивых насаждений. Отмечен биоиндикационный способ оценки жизнеспособности сосновых насаждений 4, основанный на использовании ксилофильных насекомых. Данный способ, наряду с трудоемкостью, требует привлечения специалистов-энтомологов, что требует дополнительных затрат и не всегда доступно. Кроме того, заселение насекомыми деревьев происходит в процессе их ослабления и снижения устойчивости, а не предшествует им. Ввиду этого оценку жизнеспособности древостоя можно провести только с некоторым опозданием, что затрудняет использование данного метода при назначении хозяйственных мероприятий. Установлено 5, что устойчивость и стабильность биоценоза является сложным взаимосвязанным и взаимодополняющим комплексом его свойств. В рамках данного комплекса предлагается выделение нескольких видов устойчивости экосистемы ценотическая,энергетическая, биологическая, структурно-функциональная и др. Известен способ оценки биологической устойчивости сосновых насаждений, основанный на использовании комплексного оценочного показателя, являющегося отношением высоты среднего дерева в насаждении насаждения к площади его поперечного сечения 6(прототип). Сущность данного метода состоит в увязке проводимых лесохозяйственных мероприятий с величиной комплексного оценочного показателя. Недостаток предлагаемого метода заключается в принципиальной невозможности существенно снизить величину комплексного оценочного показателя посредством проведения в насаждении рубок ухода. Снижение количества стволов в насаждении при проведении рубок ухода по низовому методу вызывает изменение не только высоты среднего дерева (за счет увеличения среднего диаметра), но и площади его поперечного сечения. В итоге после проведения рубок ухода возможно изменение комплексного оценочного показателя как в большую, так и в меньшую сторону (в зависимости от интенсивности выборки деревьев), что свидетельствует об неадекватности предлагаемого метода реальным процессам, происходящим в насаждении. Нами предлагается способ оценки уровней биологической стабильности и устойчивости сосновых древостоев, основанный на использовании биофизических показателей роста и развития древостоев сосны. Для этой цели предлагается использовать коэффициент плотности древостоя (Кп), являющийся произведением средней высоты на средний диаметр насаждения и его густоту (Н), и коэффициент интенсивности прироста, численно равный коэффициенту регрессии в уравнении прямой линии, описывающей изменение радиального прироста (уавх) 25 деревьев в насаждении за последние 5 лет,предшествующие проведению в нем рубок ухода. Предлагаемый способ позволяет не только оценить уровни биологической стабильности и устойчивости сосновых древостоев, но и разработать механизм управления устойчивостью древостоя. Этот механизм включает возможность прогнозировать изменение устойчивости и стабильности насаждения в связи с изменением коэффициента плотности древостоя, разработку оптимальной численности деревьев в насаждениях различного возраста и возможность предотвращения неблагоприятных последствий от проведения рубок ухода за лесом в периоды критического состояния древостоя. Известен способ использования произведения средней высоты насаждения на его средний диаметр и количество деревьев для выравнивания густоты насаждений при составлении таблиц хода роста 7. Нами установлено, что коэффициент плотности древостоя (Кп) изменяется в связи с возрастом насаждения и тесно связан с интенсивностью 2 13539 1 2010.08.30 отпада деревьев. Его увеличение вызывает рост числа деревьев отпада в составе насаждения, что является признаком снижения стабильности и устойчивости древостоя. Пример 1. По данным ежегодной таксации сосновых насаждений на постоянных пробных площадях выявлено, что величина коэффициента плотности древостоя достаточно тесно увязана с возрастом насаждений и проведенными в нем хозяйственными мероприятиями(рубки ухода) (табл. 1). Таблица 1 Связь коэффициента плотности древостоя с показателями,характеризующими его рост и развитие Пробная Отношение диаметра деревьев Возраст, Коэффициент плот- Отпад деплощадь,отпада к среднему диаметру лет ности древостоя ревьев,п/п насаждения,25 3790 0,8 41,9 26 4095 0,8 50,9 1 27 4440 0 0 28 4830 0,8 56,7 29 5060 0,8 47,4 29 3120 0 0 2 35 4420 0 0 36 4590 1,8 49,7 28 3890 0 0 30 4330 0 0 31 4480 1,7 46,7 32 4640 1,4 55,7 33 4810 2,8 57,7 3 34 4890 2,2 1,04 35 4960 1,5 46,4 36 5040 6,2 65,7 37 5112 4,1 68,1 38 5148 6,8 70,9 27 6000 5,1 46,3 28 6090 3,6 46,9 29 6290 6,5 60,9 4 30 6300 9,9 65,0 31 6147 5,5 63,9 32 6100 1,2 55,1 33 6200 1,8 60,7 49 5000 0 0 50 5070 3,5 59,1 51 5020 0 0 52 5120 1,2 90,2 53 5150 0 0 5 54 5210 1,3 92,2 55 5270 5,1 62,8 56 5190 1,3 0 57 5190 0 0 58 5280 4,1 66,1 59 5190 8,5 55,1 3 Продолжение таблицы 1 Отношение диаметра деревьев Возраст, Коэффициент плот- Отпад деотпада к среднему диаметру лет ности древостоя ревьев,насаждения,66 5320 2,0 85,1 67 5320 5,1 64,9 68 5330 3,3 77,1 69 5330 5,6 63,8 70 5220 1,2 64,8 Так, на пробной площади 1 (молодняки сосны на стадии смыкания крон) отмечается увеличение коэффициента плотности древостоя от 3790 до 5060 баллов. Отпад деревьев за этот период не превышал 1,0 в год и осуществлялся за счет тонкомера (45-56 от Дср), что следует признать нормой. Аналогичная ситуация характерна и для молодняков сосны, пройденных рубками ухода за лесом очень высокой (вырублено 65 деревьев) интенсивности (ПП 2). Коэффициент плотности за 7 лет возрастает от 3120 до 5384 баллов. Отпад деревьев на протяжении 8 лет отсутствовал (при Кп 3800-4500) и отмечен только при увеличении коэффициента плотности древостоя более 4500 баллов, причем происходил за счет тонкомерных деревьев (50 от Дср) и не превышал 2,0 . В молодняках сосны, пройденных линейными рубками высокой интенсивности (вырублен каждый второй ряд) (ПП 3), увеличение коэффициента плотности древостоя происходит более интенсивно, от 3880 до 5148 баллов. Отпад деревьев начинается при достижении коэффициентом плотности древостоя величины в 4500, находится в пределах 1,4-1,7 и осуществляется за счет тонкомерных деревьев (45-55 от Дср). При увеличении Кп более 5100 баллов отпад деревьев возрастает до 4-6 при одновременном увеличении их диаметра (до 65 от Дср). В молодняках сосны, где рубки ухода не проводились (ПП 4), кклассу возраста коэффициент плотности древостоя достигает достаточно большой (6000 баллов) величины. Отпад деревьев достигает 5-10 . Средний диаметр деревьев отпада имеет тенденцию к увеличению (от 45 до 65 ). В насаждениях сосны более старших возрастов (ПП 5-ПП 6) отмечаются аналогичные процессы при Кп менее 5000 баллов ежегодно отпадает не более 2 деревьев, при Кп более 5000 баллов интенсивность отпада возрастает до 3-6 . Для оценки устойчивости насаждений сосны к проведению лесохозяйственных мероприятий предлагается использовать коэффициент интенсивности прироста деревьев в насаждении по радиусу (радиальный прирост). Установлено, что при проведении рубок ухода в период длительного снижения радиального прироста древостоя, когда коэффициент интенсивности прироста имеет отрицательное значение, существует высокая вероятность дестабилизации состояния и гибели древостоя. Пример 2. На трех постоянных пробных площадях в сосновых молодняках в 1998 году были проведены рубки ухода за лесом. Изменение радиального прироста древостоев на данных пробных площадях имеет определенные особенности (табл. 2). 13539 1 2010.08.30 Таблица 2 Динамика изменения радиального прироста в сосняках за 5-летний период,предшествующий проведению в них рубок ухода за лесом Пробная Показатели Величина радиального приростаза 5-летний период до площадь проведения рубки (мм) в возрасте (А), лет ПП 1 Возраст 33 34 35 36 37 Радиальный 1,0 0,94 0,81 0,94 0,98 прирост ПП 2 Возраст 35 36 37 38 39 Радиальный 1,0 0,95 0,91 1,0 0,83 прирост ПП 3 Возраст 31 32 33 34 35 Радиальный 1,89 1,69 1,73 1,16 0,89 прирост На первой пробной площади изменение радиального прироста за 5 последних лет носит цикличный характер, при общей тенденции его снижения. Изменение радиального прироста за последние 5 лет описывается уравнением прямой У 1,074-0,004 х Х (Х - возраст насаждения, лет). На второй пробной площади отмечается более устойчивое снижение радиального прироста, но отмечаются годы, когда его величина возрастает (в возрасте 38 лет). Изменение радиального прироста за последние 5 лет описывается уравнением прямой У 2,011-0,029 х Х. На третьей пробной площади отмечается устойчивое снижение радиального прироста на протяжении пятилетнего периода перед проведением рубок ухода за лесом. Изменение радиального прироста за последние 5 лет описывается уравнением прямой У 9,821-0,253 х Х. На первой пробной площади рубки ухода за лесом проведены в возрасте 37 лет. Интенсивность выборки по числу деревьев составила 28,7(777 деревьев) и по запасу 12,9(34,7 м 3/га). Полнота насаждения снижена от 1,02 до 0,84. На второй пробной площади рубки ухода за лесом проведены в возрасте 39 лет. Интенсивность выборки по числу деревьев составила 24,8(600 деревьев), по запасу 18,6(56 м 3/га). Полнота снижена от 1,02 до 0,82. На третьей пробной площади рубки ухода за лесом проведены в возрасте 35 лет. Интенсивность выборки составила 29 деревьев (1069 шт.) по числу деревьев и 12,7(39,4 м 3/га) по запасу. Полнота насаждения снижена с 1,25 до 0,97. Последствия проведения рубок ухода существенно различаются (табл. 3). На первых двух пробных площадях после их проведения отмечается увеличение запасов насаждений,полноты насаждений, удовлетворительное санитарное состояние. На последней пробной площади после рубок ухода отмечено резкое падение прироста по запасу, снижение запасов и полноты насаждений. Состояние древостоя ухудшается. На третий год после проведения рубок ухода насаждение было вырублено сплошной санитарной рубкой. 13539 1 2010.08.30 Таблица 3 Изменение некоторых таксационных характеристик в насаждениях сосны,пройденных рубками ухода за лесом ПП 1 ПП 2 ПП 3 Годы после Запас,Индекс Запас,Индекс Запас,Индекс Полнота Полнота Полнота 3 3 3 рубки м /га состояния м /га состояния м /га состояния 0 270 1,02 1,56 300 1,02 2,10 312 1,25 1,52 1 236 0,84 1,26 244 0,81 1,51 272 0,98 1,28 2 244 0,85 1,26 259 0,84 1,57 252 0,88 1,94 3 256 0,88 1,28 274 0,85 1,58 231 0,78 2,03 4 267 0,88 1,25 394 0,86 1,65 Предлагаемый способ оценки устойчивости и стабильности сосновых насаждений осуществляется следующим способом. В исследуемом насаждении закладывают пробную площадь, производят перечет деревьев по диаметру и замер высот (по 3 в каждой ступени толщины). Отбирают керны древесины у 25-30 наиболее крупных деревьев. Рассчитывают таксационные показатели древостоя и среднюю величину радиального прироста по годам. По полученным данным рассчитывают коэффициент плотности древостоя (Нсрср) и уравнение регрессии,описывающее изменение радиального прироста за последние пять лет. На основании уравнения определяют коэффициент интенсивности прироста, численно равный коэффициенту регрессии в уравнении прямой, описывающей изменение радиального прироста у 25-30 деревьев. Уровни стабильности и устойчивости насаждения оценивают на основании коэффициента плотности древостоя (Кп) и коэффициента интенсивности прироста (Ки). При этом высокий уровень стабильности и устойчивости имеют сосновые насаждения, отвечающие условиям Кп менее 4500 и Ки равен или более 0,04, низкий - при Кп от 4500 до 5000, а Ки изменяется от плюс 0,04 до минус 0,20, критический - при Кп более 5000, и Ки - менее минус 0,20. Источники информации 1. СТЕПАНЧИК В.В. и др. Международная научно-техническая конференция Леса Беларуси и их рациональное использование. Материалы конференции. - Минск, 2000. С. 24-27. 2. СТЕПАНЧИК В.В. Проблемы лесоведения и лесоводства Сб. научн. тр. Вып. 64. Гомель, 2005. - С. 290-300. 3. МАТЮК И.С. Устойчивость лесонасаждений. - М. Лесная промышленность. - С. 720, 96.97. 4.2038001 С 1. 1995. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6