Динамика древесного опада в лесных экосистемах Стрийско-Санской Верховины (Украинские Карпаты)

Шпаковская Ирина Мироновна,

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник,

Рожак Владимир Петрович,

инженер Института экологии Карпат НАН Украины.

Растительный опад является одним из основных потоков органического вещества при оценке баланса карбона в лесных экосистемах и потому может быть одним из ключевых компонентов при изучении, моделировании и прогнозе количества карбона в почвенном блоке [9]. Опад – это пространственно-временной процесс поступления отмерших растительных остатков на поверхность почвы и компонент растительного сообщества, из которого формируется верхний слой подстилки [7]. Количество опада и временная динамика его поступления на поверхность почвы имеют важное значение для формирования и дальнейшей трансформации фитодетрита в лесных экосистемах [8]. Компонентная структура опада, т.е. соотношения его различных фракций, важно для изучения процессов катаболизма на экосистемном уровне, в частности – трансформации лесной подстилки [1]. Касательно скорости последующей минерализации органического вещества в опаде различают активную (хвоя, листья) и неактивную фракцию (ветки плоды) [5]. Поэтому при исследовании годового баланса органического углерода в лесных экосистемах необходимо установление количества той его части, которая формирует поток углерода из блока «фитомасса» в блок «почва», т.е. – изучение особенностей годовой динамики опада.

Территория и методы исследований

Объекты исследований расположены на территории физико-географического района Украинских Карпат – Стрийско-Санской Верховины, которая принадлежит к Водораздельно-Верховинской физико-географической области. За геоботаническим районированием – это район елово-буковых и пихтово-елово-буковых лесов [2]. Изучаемые участки расположены в пределах высот 658-775 м н.у.м. и локализованы в пределах двух кварталов (8; 38) государственного лесохозяйственного предприятия «Боринское лесное хозяйство» Львовского областного управления лесного хозяйства (табл. 1, рис. 1).

Рис. 1. Расположение пробных площадей на территории Стрийско-Санской Верховины: 1 - Пихтово-буковый ельник мертвопокровный; 2 - Буковый ельник папоротниково-ежевичный; 3 - Буково-дубовый ельник зеленчуково-ежевичный; 4 – Пихтовый ельник ежевичный; 5 - Буково-еловый пихтарник лещиново-ежевично-папоротниковый.

Таблица 1.

Краткая характеристика и локализация пробных площадей.

Динамику опада древесного яруса изучали в течение вегетационного периода с мая по ноябрь (2010 год) с ежемесячным отбором образцов. Для определения количества опада на каждом участке были заложены по 10 учетных площадок площадью 1 м². Собранный опад разделяли по основным фракциями (листья, хвоя, ветки, плоды).

Результаты исследований и их обсуждения

Исследуемые участки принадлежат к эксплуатационным хвойным и смешанным лесам Стрийско-Санской Верховины, расположены на склонах северо-восточной и восточной экспозиций в пределах высот 658-775 м н.у.м., они отличаются породным составом, возрастом и доминантами травяно-кустарникового яруса (табл. 1). Поскольку природными лесами этой территории были смешанные леса с участием бука лесного и пихты белой условно коренным участком целесообразно считать 110- летний буково-еловый пихтарник.

Установлено, что в условно коренном буково-еловом пихтарнике возрастом 110 лет интенсивность поступления опада с мая по июль составляет 177-246 кг • га^-1 за месяц (рис. 2).

Рис. 2. Динамика опада в 110-летнем буково-еловом пихтарнике.

В августе количество опада увеличилось в 1,6 раза (418 кг • га^-1), в сентябре поступления растительного материала уменьшилось по сравнению с предыдущим месяцем в 2,5 раза за счет уменьшения всех его фракций. С октября по ноябрь наблюдается увеличение количества древесного опада, в основном за счет активных фракций, так количесто хвои в октябре составило 312, а в ноябре 492 кг • га^-1, в то время, как листьев – соответственно 150 и 135 кг • га^-1. В течение вегетационного периода количество опада, поступившего на поверхность почвы составляло 289 кг • га⁻¹, причем на последние два месяца (октябрь-ноябрь) приходилось больше половини его общего количества – 53 %.

 Участки под 70 -летним пихтовым ельником и 45-летним буковым ельником характеризуются сходными динамическими тенденциями поступления древесного опада (рис. 3). С мая по сентябрь на обеих участках наблюдается постепенное уменьшение количества опада, в основном за счет хвои, с 357 до 124 кг • га⁻¹ в 70-летнем пихтовом ельнике и с 314 до 108 кг • га⁻¹ в 45 летнем буковом ельнике. С октября по ноябрь значительно увеличивается количество поступления хвои: в пихтовом ельнике (57%) и хвои и листьев в буковом ельнике (64% от общего количества опада). Динамика поступления неактивной части (плоды, ветки) имела вид кривой с двумя пиками в июле и ноябре соответственно 107-52 и 124-204 кг • га⁻¹.

Рис. 3. Динамика опада а) 70-летний пихтовый ельник; б) 45-летний буковый ельник.

За исследуемый период величина опада в экосистемах буково-дубового ельника и пихтово-букового             ельника составила соответственно 559 - 327 кг • га⁻¹. Динамика поступления хвои под пологом 50- летнего буково-дубового ельника и 30 летнего пихтово-букового ельника характеризуется двумя пиками в начале и в конце вегетационного периода (рис. 4), однако в ноябре количество опада было больше майского в 2,6-1,3 раза. В целом соотношение неактивная: активная фракции опада составляет 1:4 в экосистеме буково-дубового ельника и 1: 5,1 в пихтово-буковом ельнике.

На всех исследуемых участках в июле наблюдается изменение ритмики поступления растительного материала, в сторону увеличения. Также следует отметить, что основную массу опада в течение вегетационного периода составляет опад фотосинтетических органов (хвои и листьев), увеличение интенсивности его поступления приходится на начало вегетационного периода, а также на октябрь и ноябрь, что особенно четко проявляется в смешанных древостоях.

Рис. 4. Динамика опада а) 50-летний буково-дубовый ельник; б) 30-летний пихтово-буковый ельник.

Динамика поступления растительных остатков - важная составляющая цикла органического вещества в лесных экосистемах. Особое значение имеет фракционный состав растительного детрита, соотношение которого определяет величину и интенсивность возврата в почву органического вещества и минеральных элементов [4]. Поэтому была проанализирована структура опада и удельная часть отдельных фракций от суммарного его количества (рис. 5). Так, в исследуемых экосистемах наибольшую часть в составляет его активная фракция опада – соответственно 77 % в 110-летнем буково-еловом пихтарнике; 86-87 % в 70-летнем пихтовом ельнике и 45- летнем буковом ельнике; 81-83 % в 50- летнем буково-дубовом ельнике и 30-летнем пихтово-буковом ельнике. Наименьшая часть активной фракции была в 110-летнем буково-еловом пихтарнике, где она составляла 77%. Это совпадает с литературными данными об уменьшении доли активной фракции от общего количества опада в спелых насаждениях, которое обусловлено увеличением доли отмерших ветвей в общем опаде вследствие естественного изреживания древостоя [6].

Рис. 5. Соотношение фракций древесного опада: 1-30-летний пихтово-буковый ельник; 2-45-летний буковый ельник; 3-50-летний буково-дубовый ельник; 4-70-летний пихтовый ельник; 5-110-летний буково-еловый пихтарник. Цифры в столбцах – количество древесного опада кг•га^-1.

Выводы

Общее количество древесного опада за вегетационный период в лесных экосистемах эксплуатационных лесов Стрийско-Санской Верховины составляет 289-559 кг • га ⁻ ¹ и зависит от породного состава древостоя.

Основная часть годового количества опада приходится на октябрь и ноябрь за счет увеличения в его составе хвои и листьев. Динамика поступления хвои имеет вид кривой с двумя пиками в начале и в конце вегетационного сезона и с минимумом в начале осени. Количество отмерших веток и плодов, которые формируют древесный отпад, в течение сезона является равномерным с незначительным увеличением в июле-августе. Основную часть растительного опада составляет его активная фракция, которая составляет 77-87 %.

Литература

1.                  Бобкова К. С. Роль лесной подстилки в функционировании хвойных экосистем Европейского Севера / К. С. Бобкова / / НИА - Природа Национальный портал «Природа России», 2000. - 4 с 2.

2.                  Голубец М.А., Малиновский К. А., Стойко С. М. Геоботаническое районирование Украинских Карпат. - Львов: Изд-во Льв. Ун-та, 1965, 10-13 с.

3.                   Дылис Н.В, Носова Л.М., Сперанская Е.С. Особенности накопления и разложения опада в хвойных лесах Подмосковья / / Лесоведение. - 1975 . - № 6. - С.10 -183 .

4.                  Ермоленко П.М. / / Формирование и продуктивность древостоев. - Новосибирск: Наука, 1981. - С. 53-714.

5.                  Карпачевский Л.О., Киселева Н.К. О методике учета опада и подстилки в смешанных лесах – Лесоведение, 1968, №3, с. 335-341.

6.                  Родин Л. Е., Базилевич Н. И. Динамика органического вещества и биологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности Земного шара. М.: Наука, 1965. 264 с.

7.                  Смирнов В.В. Учет динамики растительной органической массы в лесных сообществах / / Методы изучения биологического круговорота В различных природных зонах. - М.: Мысль, 1978. - С. 21-81.

8.                   Чернобай Ю.М. Трансформация растительного детрита в природных экосистемах / Ю.М. Чернобай. - М.: ДББ НАН Украины, 2000. - 352 с.

9.                   VITOUSEK, P. M., ANDR. L. SANFORD. 1986. Nutrient cycling in moist tropical forest. Annu. Rev. Ecol. Syst. 17: 137-167.

Поступила в редакцию 17.01.2014 г.