Изобретение относится к охране природы, лесному хозяйству и озеленению населенных пунктов и может быть использовано в заповедниках, заказниках, природных национальных парках, ботанических садах и дендропарках, в имеющих рекреационное значение пригородных лесах и лесах зеленых зон городов и поселков, в паркостроении и зеленом строительстве. Указанный способ может быть использован для осуществления мероприятий по сохранению редких древесных растений: видов, находящихся на грани исчезновения и включенных в списки особо охраняемых видов (Красные книги, региональные списки редких и исчезающих растений), видов, отнесенных к той или иной категории редкости; деревьев, имеющих большую научную, природно-познавательную или историческую ценность (деревья-великаны, деревья-долгожители, деревья-рекордисты и иные достопримечательные деревья).
Известные в настоящее время способы и методы определения фитоценотического оптимума для древесных растений в основном базируются на показателях количественной и качественной продуктивности деревьев и древостоев (величины прироста по высоте, по диаметру, показатели макро- и микроструктуры годичных слоев и т. д.) и отличаются значительной трудоемкостью, требуют проведения длительных специальных исследований, в результате которых определяют оптимальные густоту древостоя (число деревьев на единице площади), сумму площадей поперечных сечений древесных стволов (на высоте 1,3 м) на единице площади и запас древостоя (совокупный, или суммарный, объем стволовой массы всех деревьев на единице площади), после чего разрабатывают рекомендации для проведения соответствующих лесохозяйственным целям мероприятий.
Прототипом предложенного изобретения является известный способ формирования одноярусных древостоев по авт. св. СССР N 1464970 (автор Разин Г.С. заявитель Пермский университет; 1987), по которому с целью ускорения выращивания хозяйственно ценных одноярусных древостоев путем повышения их продуктивности и устойчивости к неблагоприятным факторам внешней среды оптимальное число оставляемых деревьев определяют для конкретного древостоя по специальной формуле в зависимости от средней высоты господствующих деревьев, среднего диаметра стволов деревьев и средней высоты древостоя. Однако необходимое по указанному способу-прототипу оптимальное число деревьев на единице площади (оптимальная густота древостоя, которая дает представление об оптимальной приходящейся на 1 дерево площади питания) характеризует такой комплекс условий фитоценотической среды, при котором достигается наиболее высокая продуктивность древостоя в форме наиболее быстрого накопления древесной массы стволов и улучшения их товарности, т. е. комплекс условий, характеризующий хозяйственно-экономический оптимум, обеспечивающий наиболее высокие экономические показатели лесовыращивания, нарастания высокотоварной древесной массы, прироста древостоя.
Применить указанный способ-прототип, как и иные известные аналогичные способы и методы, к редким древесным растениям практически невозможно, так как особи редких видов произрастают в фитоценозах единично, мозаично или в немногочисленных биогруппах. Например, включенные в Красную книгу РСФСР Magnolia obovata и Bothrocaryum (Cornus) controversum древостоев не образуют, плотность (густота) их произрастания в растительном покрове очень низкая (в большинстве случаев от 1 2 особей на 10000 га до 1 2 особей на 1000 га, и лишь в особо благоприятных условиях этот показатель достигает 3 10 особей на 1 га). А для редких видов, способных образовывать древостои (Quercus dentata, Picea glehnii, Juniperus excelsa и др.) главной задачей является сохранение генофонда этих видов и создание условий для повышения репродуктивной активности их ценопопуляций, а не задача выращивания товарной древесины, так как рубка этих древесных пород для хозяйственных нужд запрещена. Кроме того, формула способа-прототипа совершенно не отражает видовые особенности (биоэкологические свойства) древесных пород, оптимальная густота древостоя определяется исключительно по морфометрическим показателям деревьев (высота, диаметр стволов) без учета дендроценотической среды, т. е. без показателей, характеризующих условия произрастания, которые создаются дендроценозом - совокупностью взаимодействующих между собой деревьев. Следует также отметить, что указанный способ-прототип, как указано в его описании, направлен на выращивание одноярусных древостоев. Многоярусные же древостои выходят за пределы его применимости, т. е. сфера использования способа-прототипа ограничена; в многопородных древостоях (типичных для южных курильских островов, для юга Дальнего Востока) со сложной вертикальной структурой применить способ-прототип невозможно. Для решения задачи сохранения редких древесных растений необходимо определять не хозяйственно-экономический, а биологический оптимум местообитания, обеспечивающий наивысшую репродуктивную активность и доминирующее положение особи в биогруппе, в фитоценозе.
Вопросы определения оптимальных фитоценотических условий для редких древесных растений в патентной и научной литературе разработаны слабо. Известная еще с прошлого столетия классификация деревьев в древостое немецкого лесовода Густава Крафта, отражающая процесс ранговой дифференциации деревьев как следствие их взаимодействия, до сих пор еще не используется в должной мере для целей определения фитоценотического оптимума, для задач сохранения редкой древесной флоры; информативные и одновременно малотрудоемкие показатели, характеризующие напряженность конкуренции в конкретном типе десного биогеоценоза и корреляционно связанные с показателем ранга дерева по классификации Г. Крафта, до настоящего времени не найдены, исследований в этом направлении проведено мало. Неоднократно предпринимались попытки усовершенствования классификации Г. Крафта, однако эти попытки не дали ничего принципиально нового, различия разных вариантов и модификаций классификации Г. Крафта и иных классификаций деревьев по их положению в древостое можно расценить как несущественные. Классификация Г. Крафта выдержала проверку временем и широко известна лесоводам. Так, В.Я. Грибанов (см. статью "Применение методов многомерного анализа для классификации деревьев", Известия СО АН СССР. Серия биологические науки, 1985, N 6/1, с. 53 57; а также РЖ "Лесоведение и лесоводство", 1985, N 10, реферат 10.56.8. с. 2) провел исследования, подтвердившие устойчивое деление деревьев на господствующие, согосподствующие и отставшие в росте; полученные данные сравнивались с результатами ранговой оценки деревьев по другим классификациям, при этом выявлено соответствие выделенных В.Я. Грибановым классов деревьев и классов деревьев Г. Крафта и Б.Д. Жилкина. Следует отметить, что разработанные и используемые в настоящее время способы и методы определения фитоценотического оптимума (картографические методы, анализ хода роста, прироста, анатомические методы, долговременные наблюдения и физиологические исследования и т.д.) очень трудоемки.
Целью изобретения является снижение трудоемкости операций по определению оптимальных условий жизнедеятельности редких древесных растений и на этой основе быстрое, своевременное научное обеспечение мероприятий по сохранению и восстановлению редкой и исчезающей древесной флоры.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующим. В пределах конкретного обследуемого фитоценоза (определенного типа или группы типов фитоценозов), описание которого производят по общепринятой биогеоценологической методике, выделяют ценопопуляцию редкой древесной породы (совокупность особей редкого древесного вида) и проводят отбор репрезентативной выборочной совокупности особей редкого вида. Затем проводят обследование включенных в выборочную совокупность особей с подразделением их по градациям состояния и развития, ценотического положения в древостое и по градациям репродуктивной активности. В качестве классификационной основы для оценки ценотического положения деревьев и отражения их ценотической дифференциации, их состояния и развития используют классификацию деревьев Г. Крафта, отредактированную автором-заявителем предлагаемого изобретения для задач сохранения редкой древесной флоры. Состояние и положение, развитие древесного растения, его ценотический ранг оценивают при помощи показателя ценотического ранга, для чего используют следующую шкалу:
Ранг 0 супердоминанты; деревья вне конкуренции, исключительно развитые деревья без признаков негативного влияния конкурентов, деревьев ближайшего окружения.
Ранг 1 доминанты; господствующие деревья с признаками слабого негативного влияния конкурентов, соответствуют деревьям I класса Крафта.
Ранг 2 содоминанты; согосподствующие деревья с признаками значительного негативного влияния конкурентов, соответствуют деревьям II класса Крафта.
Ранг 3 деревья, умеренно угнетенные древостоем; деревья со сжатой с боков кроной (из-за конкурентов), но входящие в верхний ярус древостоя, соответствуют деревьям III класса Крафта.
Ранг 4 деревья, сильно угнетенные древостоем; деревья со слаборазвитой кроной (из-за конкурентов) и не входящие в верхний ярус древостоя, соответствуют деревьям IV класса Крафта.
Ранг 5 деревья, очень сильно угнетенные древостоем; деревья с чрезвычайно слаборазвитой кроной (из-за конкурентов) и не входящие в верхний ярус древостоя, а также деревья находящиеся на грани отмирания из-за угнетения древостоем, соответствуют деревьям Va класса Крафта.
Ранг 6 деревья, отмершие из-за угнетения древостоем; деревья, потерявшие жизнедеятельность вследствие негативного влияния конкурентов, отмершие из-за фитоценотического угнетения, соответствуют деревьям Vб класса Крафта.
При отнесении дерева к тому или иному ценотическому рангу (к классу роста и развития по Крафту) в соответствии с указаниями проф. В.Г. Нестерова (см. Нестеров В. Г. Общее лесоводство. Москва-Ленинград: Гослесбумиздат, 1954. страница 426) деревья сравнивают между собой не по всему древостою, а по биологическим группам деревьев. Характеристика, отличительные признаки деревьев I V классов Крафта общеизвестны (см. Погребняк П.С Общее лесоводство. М. Колос, 1968. с. 34; а также иная лесоводственно-учебная и научная литература).
Репродуктивную активность каждой обследуемой особи редкого вида учитывают по числу цветков (или плодов, в зависимости от сезона учета) в абсолютных или относительных показателях, причем это выполняют в благоприятные для плодоношения по климатическим условиям годы. При проведении учета в неблагоприятные ("неурожайные") годы репродуктивную активность редких древесных растений определяют по косвенным признакам: по состоянию, развитию и объему кроны и другим признакам.
Для характеристики фитоценотической среды в каждом, включенном в выборочную совокупность, местообитании особи редкого древесного растения выполняют следующие измерения:
1. Измеряют долю сектора свободного развития кроны особи редкого растения по проекции на горизонтальную плоскость крон редкого растения и его непосредственных конкурентов (конкурирующих деревьев ближайшего окружения особи редкого растения, соседних деревьев). При этом для определения величины доли сектора свободного развития кроны редкой особи за центр круга принимают центр основания ствола редкой особи.
2. Измеряют величину угла между вертикальной линией и линией, направленной с вершины каждого непосредственного конкурента редкого растения на центр основания ствола редкого растения и определяют затем среднее значение котангенса указанного угла для каждого редкого обследуемого растения.
3. Измеряют относительную высоту конкурентов редкого растения по каждому местообитанию, при этом за единицу принимают высоту редкого растения, то есть по каждому местообитанию редкого растения определяют среднее отношение расстояния по вертикали от наивысшей точки непосредственного конкурента (соседнего дерева) до горизонтальной плоскости, проходящей через центр основания ствола редкого растения, к высоте редкого растения. Таким образом, определяют не просто относительную высоту деревьев-конкурентов, а их высоту с учетом разницы (превышения со знаком плюс или минус) высотно-топографических отметок оснований стволов конкурентов и редкого растения, причем указанную высоту делят на высоту ствола редкого растения.
После выполнения указанных операций по оценке состояния и развития, репродуктивной активности особей редкого древесного вида, по характеристике и оценке дендроценотической среды конкретных местообитаний особей редкого растения выполняют корреляционный анализ и составляют уравнения множественной регрессии, в которых результативными признаками являются показатель репродуктивной активности редкого древесного растения и показатель его фитоценотического положения (показатель ценотического ранга), а факториальными признаками показатели фитоценотической среды местообитаний особей редкого древесного растения (доля сектора свободного развития кроны, котангенс указанного угла, относительная высота конкурентов). По составленным уравнениям определяют сочетания значений указанных факториальных признаков фитоценотической среды редкого древесного растения, при которых показатель ценотического ранга редкого древесного растения меньше единицы, а показатель репродуктивной активности превышает 70 75-процентный уровень от максимально возможного значения показателя репродуктивной активности. Полученные в результате выполнения указанных операций значения факториальных признаков являются информативными и достоверными показателями комплекса наилучших фитоценотических условий для жизнедеятельности редкого древесного растения - фитоценотического оптимума.
Для практических задач сохранения редкой древесной флоры достаточно точно сочетания значений признаков-показателей фитоценотической среды, при которых для жизнедеятельности, роста и развития особей редких растений достоверно обеспечен фитоценотический оптимум, определяют по неравенству:
a•1p[y•(1-V)] + b•1n[ctg L•(1-V)] + c<1
где
a, b, c коэффициенты множественной регрессии, которые определяют для конкретной редкой древесной породы;
y отношение расстояния по вертикали от вершины конкурента до горизонтальной плоскости, проходящей через центр основания ствола редкой особи, к высоте редкого растения;
V обеспеченность особи редкого растения пространством для свободного развития кроны в горизонтальном направлении, доля сектора свободного развития кроны;
L угол между вертикалью и линией, соединяющей вершину конкурента и центр основания ствола редкой особи, градусы.
Значения коэффициентов неравенства (1) a, b, c для неисследованных редких видов определяют при осуществлении данного способа в ходе множественного корреляционного и регрессионного анализов. Для немногих к настоящему времени исследованных в отношении фитоценотического оптимума видов коэффициенты a, b, c могут быть выбраны из представленной таблицы:
Конкретный пример выполнения способа. Проводили определение фитоценотического оптимума для редкого древесного растения, включенного в Красную книгу РСФСР. Taxus cuspidata. Местонахождение обследуемой ценопопуляции Taxus cuspidata Россия, Сахалинская область, Южно-Курильский район, остров Кунашир, берег Южно-Курильского пролива, в полутора километрах от поселка Южно-Курильск. Тип фитоценоза прибрежный сомкнутый мшисто-сазовый пихто-гленоельник. В древостое преобладают Abies sachalinensis (высота 8,9 м, диаметр стволов 11,3 см, возраст 76 лет, густота 4090 стволов на 1 га) и Picea glehnii (высота 8,9 м, диаметр стволов 13,5 см, возраст 76 лет, густота 1013 стволов на 1 га). Состав древостоя 7ПЗЕ, древостой одноярусный; общий запас жизнедеятельных стволов 271 куб.м. на 1 га, сухостоя 9 куб.м. на 1 га; класс бонитета Va, густота 5373 ствола на 1 га. Abies sachalinensis и Picea glehnii являются экологическими доминантами фитоценоза и оказывают негативное, угнетающее влияние на ценопопуляции Taxus cuspidata и других пород (Kalopanax septemlobum, Sorbus commixta, Alnus maximowiczii, Aralia elata и др. ), которые образуют в указанном древостое незначительную примесь (менее 5% от общего запаса древостоя). Подрост единичен. Кустарниковый ярус отсутствует, подлесок образован единичными особями Ilex rugosa. Единичны также и слаборазвитые лианы (Actinidia kolomikta, Hydrangea petiolaris). Напочвенный покров образован моховым покровом (проективное покрытие 80% высота 0,05 м) и сазой, или бамбучником, (проективное покрытие 15% высота 0,3 м) в прогалинах и в "световых окнах" древостоя; 5% площади занимают мертвопокровные участки и единичные представители курильского высокотравья. Тип условий местопроизрастания В2. Почвы песчаные, образованы на песчаных береговых морских наносах, отложениях. Рельеф холмистый. На фитоценоз воздействует декструктивное антропогенное влияние в форме нерегулируемой рекреации и разведения пикниковых костров, замусоривания территории, пастьбы скота и браконьерских порубок деревьев (объем незаконных порубок 20,8 куб.м. на 1 га). Мощным средообразующим фактором в данном фитоценозе являются периодические сильные ветры при штормах и тайфунах и связанное с ними механическое травмирование и засоление прибрежной растительности. Состояние ценопопуляции обследуемого редкого вида Taxus cuspidata крайне неудовлетворительно из-за конкуренции Abies sachalinensis и Picea glehnii, которые превосходят Taxus cuspidata по скорости роста: 47,8% особей ценопопуляции Iaxus cuspidata отмерло вследствие фитоценотического угнетения, а сохранившие жизнедеятельность особи Taxus cuspidata фитоценотически сильно угнетены (высота 6,3 м, диаметр стволов в среднем 8,8 см при колебаниях в пределах от 6,5 см до 18 см, возраст 55 80 лет, густота ценопопуляции этого вида 165 жизнедеятельных особей на 1 га). Для осуществления мероприятий по оптимизации условий обитания особей Taxus cuspidata в указанном фитоценозе проводили определение фитоценотического оптимума для Taxus cuspidata по предложенному способу.
Состояние и ценотический ранг особей Taxus cuspidata оценивали при помощи вышеприведенной шкалы. Репродуктивную активность особей оценивали в баллах, диапазон значений которых от 0 до 6. Год учета (1990) был для Taxus cuspidata "урожайным", то есть особо благоприятным для плодоношения годом. Для оценки репродуктивной активности особей использовали следующую шкалу, в баллах:
0 полное отсутствие репродуктивной активности, плодоношения;
1 плодоношение (или цветение для мужских особей) на единичных ветвях (менее 5% ветвей);
2 плодоношение (или цветение для мужских особей) на 5 25% ветвей;
3 плодоношение (или цветение для мужских особей) на 26 50% ветвей;
4 плодоношение (или цветение для мужских особей) на 51 75% ветвей;
5 плодоношение (или цветение для мужских особей) на 76 95% ветвей;
6 плодоношение (или цветение для мужских особей) на более 95% ветвей.
Обследуемая выборочная совокупность составила 90 особей Taxus cuspidata. По каждой из этих особей производили оценку состояния и ценотического ранга, репродуктивной активности и выполняли измерения показателей ценотической среды в соответствии с описанием сущности и формулой предложенного способа. Корреляционный и регрессионный анализы выполняли с использованием компьютера Yamaha YIS-805/128R2 по разработанной автором программе на языке BASIC MSX, в ходе анализа была установлена высокая теснота связи между результативными признаками (состояние жизнедеятельности и ценотический ранг особей, уровень репродуктивной активности особей) и предложенными показателями ценотической среды местообитаний редких древесных растений (факториальные признаки). Коэффициенты множественной корреляции, характеризующие наличие и тесноту связи с показателями ценотической среды уровня репродуктивной активности, состояния и ценотического положения Taxus cuspidata соответственно равны 0,666±0,060 и 0,844±0,031 при надежности вывода о наличии связи 0,999. По полученным уравнениям множественной регрессии, которые наиболее точно отражали форму и характер взаимосвязей признаков, приравняв значение показателя ценотического положения единице, а значение показателя репродуктивной активности 75% от ее максимально возможного уровня (то есть в данном случае к 4, 5), получили следующие соответствующие неравенства для определения фитоценотического оптимума для Taxus cuspidata в прибрежных темнохвойных лесах Южных Курил:
1. Оптимум для состояния, роста и развития:
2,1071•1n[y•(1-V) + 0,5195•1n[ctgL•(1-V) + 2,660<1 (2)
2. Оптимум для репродуктивной активности:
-0,4642•1n[y•(1-V)] 0,4437•1n[ctgL•(1-V) + 1,347 >4,5 (3)
По полученным неравенствам (2) и (3) при помощи компьютера находили сочетания значений факториальных признаков (y, V, L), при которых для особей и ценопопуляции Taxus cuspidata достоверно обеспечен фитоценотический оптимум для состояния, роста и развития (неравенство 2) и для репродуктивной активности (неравенство 3).
Аналогично определяют фитоценотический оптимум и для любых других древесных пород. Проведенными исследованиями установлено, что используемые в предложенном способе факториальные признаки-показатели, а именно: доля сектора свободного развития кроны; угол между вертикалью и линией, соединяющей вершину конкурента и центр основания ствола редкой особи; отношение расстояния по вертикали от вершины конкурента до горизонтальной плоскости, проходящей через центр основания ствола редкой особи, к высоте редкой особи являются достоверными показателями (индикаторами) фитоценотичекой среды и степени ее оптимальности. Получены и для других редких древесных пород (Megnolia obovata, Bothrocaryum /Cornus/ controversum, Kalopanax septemlobum, Phellodendrol sachalinense и др.) высокие коэффициенты множественной корреляции, свидетельствующие о высокой тесноте связи и достоверности используемых в разработанном способе предложенных признаков оценки и определения фитоценотичсекого оптимума для древесных растений. Исследованиями также установлено, что предложенные признаки-показатели фитоценотической среды тесно корреляционно связаны также и с такими важными показателями состояния и жизнедеятельности древесных растений как ширина годичных слоев, прирост деревьев, что объективно подтверждает научную и практическую ценность предложенных признаков-показателей, их высокую информативность и достоверность.
Предложенный способ значительно (в 2 3 раза и более) снижает трудоемкость процесса определения фитоценотического оптимума для редких древесных растений и существенно убыстряет этот процесс, что дает возможность своевременного проведения научно обоснованных мероприятий по формированию оптимальных условий для жизнедеятельности редких древесных растений в целях их сохранения, восстановления их популяций, обеспечения надежного возобновления редких древесных видов, что имеет большое значение для охраны природы.
Использование: в охране природы, лесном хозяйстве и может быть использовано в заповедниках, заказниках, природных парках, ботанических садах и дендропарках, лесопарках. Сущность способа: способ включает отбор и обследование выборочной совокупности редких древесных растений с дифференциацией их по градациям состояния и развития, ценотического положения по классам Крафта или их аналогам и по градациям репродуктивной активности, а также измерение значений, характеризующих фитоценотическую среду показателей: доли сектора свободного развития кроны редкой особи, угла между вертикальной линией и линией, направленной с вершины конкурента-соседа на центр основания ствола редкого растения, отношения расстояния по вертикали от наивысшей точки конкурента-соседа до горизонтальной плоскости, проходящей через центр основания ствола редкой особи, к высоте редкого растения - и затем корреляционный анализ взаимосвязей и составление уравнений множественной регрессии, по которым при значениях показателя ценотического положения менее единицы и показателя репродуктивной активности, превышающего 70 - 75-процентное значение от максимально возможной репродуктивной активности, определяют сочетания значений показателей фитоценотической среды, при которых соответственно для жизнедеятельности и репродуктивной активности обеспечен фитоценотический оптимум. 1 табл.
a•ln[y•(1-v)]+b•ln[ctgα•(1-v)]+c<1,
где a, b, c коэффициенты множественной регрессии, которые определяют для конкретной редкой древесной породы;
y отношение расстояния по вертикали от вершины конкурента до горизонтальной плоскости, проходящей через центр основания ствола редкой особи, к высоте редкого растения;
v обеспеченность особи редкого растения пространством для свободного развития кроны в горизонтальном направлении, доля сектора свободного развития кроны;
α- угол между вертикалью и линией, соединяющей вершину конкурента и центр основания ствола редкой особи, градусы.
для редкого вида
Taxus cuspidata прибрежные темнохвойные леса Южных Курил коэффициенты неравенства 2,1071; 0,5195; 2,660 соответственно;
Prunus sargentii лиственные и смешанные леса Южных Курил коэффициенты неравенства 5,4053; 0,5744; 2,179 соответственно;
Kalopanax septemlobum прибрежные темнохвойные леса Южных Курил - коэффициенты неравенства 2,8722; 0,8619; 1,285 соответственно;
Quercus grosseserrata темнохвойные жердняки Южных Курил коэффициенты неравенства 4,1538; 1,1005; 0,257 соответственно;
Sorbus commixta лесные фитоценозы Южных Курил коэффициенты неравенства 0,9258; 2,1362; -0,353 соответственно.
| Способ формирования одноярусных древостоев | 1987 |
|
SU1464970A1 |
| Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
