Введение

Средний диаметр насаждения как количественный таксационный показатель имеет широкое применение в теории и практике лесоустройства и лесного хозяйства [1]. Его величина является одним из критериев при установлении возраста технической спелости насаждений, при определении их продуктивности по таблицам хода роста, включая их товарную и сортиментную структуру, а также при расчетах размеров многоцелевого использования лесов. Так, средний диаметр совместно с классом товарности позволяет не только оценить сортиментную структуру запаса насаждения в целом, но и определить выход конкретных сортиментов (пиловочник, строительное бревно, подтоварник и др.), которые можно заготовить в том или ином насаждении.

Кроме того, строение лесных насаждений по диаметру имеет важное значение при проектировании лесоводственных мероприятий в разных категориях защитных лесов, в том числе рубок ухода, выборочных рубок в спелых и перестойных насаждениях, при товаризации запаса древесины и при назначении деревьев в рубку [2].

Наиболее полно изучено строение по диаметру разновозрастных насаждений сосны обыкновенной естественного происхождения [3-6]. Для географических культур сосны вопросы строения по диаметру с дифференциацией их по разным экотипам и географическим происхождениям семян являются малоизученными. Применительно к этой проблеме имеются лишь единичные публикации отечественных [7, 8] и зарубежных [9. 10] ученых, а также отрывочные сведения общего характера [11-14].

При планировании научных экспериментов часто возникает вопрос, а с какой степенью дробности необходимо измерять диаметры деревьев на высоте 1,3 м (0,1 см, 1 см, 2 см или 4 см) и осуществлять их округления при расчетах.

Известно [1], что при массовой инвентаризации лесов, выполняемой обычно в крупных лесных массивах и в ходе лесоустройства, средний диаметр принято определять с градацией 2 см, если он не превышает 32 см, и с градацией 4 см, если он более 32 см. Это соответствует относительной точности работ ± 10 %. При таксации насаждений на пробных площадях диаметры деревьев обычно измеряют с точностью 0,1 см, что обеспечивает высокую точность, ± 3-5 %.

Целью исследований служило выявление особенностей строения по диаметру 59-61-летних географических лесных культур сосны обыкновенной, созданных в 1969 г. на полигоне «Ступинское поле» в Воронежской области под руководством проф. М.М. Вересина [15], и представленных лесостепными и степными экотипами из лесничеств европейской части Российской Федерации и Украины.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

- заложить серии временных пробных площадей в географических лесных культурах сосны, относящихся к лесостепным и степным экотипам;

- выполнить на пробных площадях перечет всех растущих и усохших деревьев с измерением у них диаметров на высоте 1,3 м с точностью 0,1 см и оценкой их санитарного состояния согласно шкале действующих Правил санитарной безопасности в лесах [16];

- осуществить статистическую обработку полевых материалов и оценить полученное распределение деревьев сосны по ступеням толщины и по категориям санитарного состояния.

Материалы и методы исследования

В 2018-2020 гг. в географических культурах сосны обыкновенной на полигоне «Ступинское поле» было заложено 32 временные пробные площади (ВПП), в том числе 18 шт. в лесостепных экотипах и 14 шт. – в степных.

Размер всех пробных площадей одинаковый (20×25 м или 0,05 га). Он обусловлен исходным размещением равновеликих по площади блоков с высаживаемыми 2-летними сеянцами для каждого из 267 вариантов партий семян, полученных из разных лесхозов и лесничеств бывшего СССР. Сеянцы высажены вручную под меч Колесова с размещением в ряду через 0,5 м и шириной между рядами 1,5 м. Таким образом, начальная густота культур в каждом варианте испытуемых экотипов составляла ≈13,0 тыс. сеянцев на 1 га.

Всего на ВПП было учтено и обмерено 1260 растущих деревьев сосны с распределением их по категориям санитарного состояния в соответствии со шкалой действующих Правил санитарной безопасности в лесах [16]. Кроме того, деревья при перечете распределялись по длине деловой части ствола на три категории технической годности: деловые, полуделовые и дровяные.

За весь предшествующий период времени в культурах рубки ухода (осветления и прочистки) не проводились. Периодически удалялись только погибшие по разным причинам деревья (сухостой). Текущую сохранность культур (%) определяли путем деления числа учтенных растущих деревьев на начальную густоту посадки.

Среднюю высоту (Нср) и средний диаметр (Дср) деревьев на каждой ВПП и другие таксационные показатели определяли камерально.

Величину Дср рассчитывали через средневзвешенную площадь поперечных сечений стволов на высоте 1,3 м. Величину Нср определяли по Дср и кривым высот, полученным в графическом редакторе Excel по данным обмера диаметров и высот у 25-30 деревьев на каждой ВПП.

Средний балл состояния культур (средневзвешенную категорию состояния деревьев) на каждой ВПП рассчитывали по формуле:

Б_сс = (М₁ × К₁ + М₂ × К₂ + М₃ × К₃ + М₄ × К₄ + М₅ × К₅ + М₆ × К₆) / М _общ.                     (1):

где: М₁, М₂, М₃, М₄, М₅, М₆ – запас деревьев, соответствующей категории состояния, м³/га;

М _общ. – общий запас древесины деревьев всех категорий, м³/га;

К₁, К₂, К₃, К₄, К₅ и К₆ – численные индексы соответствующих категорий состояния, равные 1, 2, 3, 4, 5 и 6 соответственно.

Данные сплошных перечетов деревьев были обработаны методами вариационной статистики с использованием компьютерных программ Statistica и Excel. Для географических культур на всех ВПП, представляющих лесостепные и степные экотипы сосны, были определены по общепринятым в лесной таксации методам их ключевые лесоводственно-таксационные показатели.

Обобщенная лесовоственно-таксационная характеристика географических лесных культур сосны по данным 32 пробных площадей, заложенных на полигоне «Ступинское поле» в сентябре-октябре 2018, 2019 и 2020 гг. и сгруппированных в два блока, приведена в таблице 1.

Результаты и обсуждение

Высокая достоверность полученных результатов подтверждается единой методикой сбора полевых материалов и современными методами их обработки с использованием компьютерных программ.

В связи с тем, что деревья на всех ВПП имеют одинаковый биологический возраст, равный на время их закладки соответственно 59, 60 или 61 годам, и тем, что они произрастают в одинаковых условиях (А₂-В₂), то установленные у них границы варьирования диаметров на высоте 1,3 м при отсутствии рубок ухода, можно объяснить только их индивидуальной изменчивостью, обусловленной принадлежностью семян к соответствующим географическим районам (лесостепным или степным экотипам).

Таблица 1

Рост, состояния и продуктивность географических культур сосны на пробных площадях

Примечание. В первом столбце «№ ВПП» через черточку указаны сокращенно годы их закладки (например, ВПП-18 означает, что она была заложена в 2018 г.).

Источник: собственные вычисления авторов

Таблица 2

Показатели диаметров деревьев сосны в географических лесных культурах их распределение по ступеням толщины на ВПП, заложенных в лесостепных экотипах

Источник: собственные вычисления авторов

Ранее нами было установлено [17, 18], что коэффициенты вариации диаметров деревьев на высоте 1,3 м у лесостепных экотипов изменялись от 20,83 до 30,36 %, а у степных экотипов – от 21,95 до 25,04 %.

Однако при изучении строения культур по диаметру важно знать не только степень варьирования диаметров деревьев, их минимальные и максимальные величины, но и характер распределения деревьев по ступеням толщины в том или ином возрасте, на той или иной стадии роста (приживания, смыкания, интенсивного роста, сомкнутого молодняка, стадий среднего возраста, приспевания и спелости), с учетом присущих им процессов естественной дифференциации разной интенсивности по рангам или размерности (отпад, отставшие в росте, мелкие, средние, крупные).

Для сопоставимости полученных результатов о характере распределения растущих деревьев сосны по 2-сантиметровым ступеням толщины для всей совокупности ВПП, заложенных соответственно в лесостепных и степных экотипах сосны, а также для выявления различий между ними обобщенные сведения приведены в таблицах 2 и  3.

Таблица 3

Показатели диаметров деревьев сосны в географических лесных  культурах и их распределение по ступеням толщины на ВПП,  заложенных в степных экотипах