Расчетно – графическая часть

ЗАДАНИЕ 1: Методы определения отношения древесных пород к свету

а) Метод М.К. Турского основан на измерении сеянцев сосны и ели, выращиваемых в питомнике при различном уровне освещенности, дозируемом драночными щитами. На затенение сеянцы сосны и ели реагировали по-разному. Общее для них – это уменьшение размеров сеянцев с ухудшением освещенности, однако на растениях сосны затенение отразилось сильнее, чем у растений ели. Недостаток этого метода в том, что на рост растений экологические факторы действуют комплексно, а учитывается только освещение.
Метод Я.С. Медведева (предложен в 80-е годы XIX века) основан на показателях относительной высоты деревьев, вычисляемой по отношению высоты дерева к его диаметру на высоте 1,3 м в сантиметрах. У светолюбивых пород отношение меньше, у теневыносливых – больше, относительная высота у березы принята за единицу (1,00). Недостаток этого метода заключается в том, что на показатель относительной высоты влияет не только свет, но и плодородие почвы и другие факторы.
Метод И. Визнера учитывает различия в потемнении фотобумаги, экспонируемой внутри нижней части крон исследуемых деревьев различных пород (где идет отмирание крон). Деревья с сильно проницаемой для света кроной светолюбивы, со слабо проницаемой – теневыносливы.

б) Рассчитываем параметры, определяющие отношение древесных пород к свету для различных методов определения светолюбия. Результаты расчетов представлены в таблицах 1, 2, 3.

Таблица 1 – Определение светолюбия древесных пород по методу М.К. Турского
Древесная порода Масса годичного прироста 100 саженцев (г) при освещенности Уменьшение прироста (ΔТ), %

100 % 50 %
С
(сосна обыкновенная) 164 99,1 39,6
К
(кедр корейский) 107 72,2 32,5
Лпм
(липа маньчжурская) 238 191,1 19,7
Л
(лиственница Гмелина) 74 27,6 62,7
Бп
(береза плосколистная) 233 145,2 37,7
Тс
(тис остроконечный) 30 29,2 2,7
Бж
(береза ребристая) 207 172,8 16,5
Д
(дуб монгольский) 369 237,3 35,7
Ос
(осина) 303 192,4 36,5
Пб
(пихта почкочешуйная) 57 55 3,5
Бх
(бархат амурский) 202 149,3 26,1
Я
(ясень маньчжурский) 215 135,5 37,0
Еа
(ель аянская) 122 115 5,7
Кс
(кедровый стланик) 50 31,3 37,4

Процент уменьшения прироста (ΔТ) определяем по формуле:
∆Т= m(100)- m(50)m(100) ×100 %,
где m(100) – масса годичного прироста растений при освещенности 100%;
m(50) — масса годичного прироста растений при освещенности 50%.

Таблица 2 – Определение светолюбия древесных пород по методу Я.С. Медведева
Древесная порода Высота, м
Диаметр, см Относительная высота (hо), раз.
С
(сосна обыкновенная) 20 21 0,95
К
(кедр корейский) 20 30 0,67
Лпм
(липа маньчжурская) 17 31 0,55
Л
(лиственница Гмелина) 20 20 1,00
Бп
(береза плосколистная) 21 23 0,91
Тс
(тис остроконечный) 12 67 0,18
Бж
(береза ребристая) 19 37 0,51
Д
(дуб монгольский) 18 26 0,69
Ос
(осина) 21 28 0,75
Пб
(пихта почкочешуйная) 20 49 0,41
Бх
(бархат амурский) 19 32 0,59
Я
(ясень маньчжурский) 20 25 0,80
Еа
(ель аянская) 20 45 0,44
Кс
(кедровый стланик) 3,5 4 0,88

Относительную высоту определяем по формуле:
ho = hd,
где h – высота деревьев, м;
d – диаметр деревьев, см.

Таблица 3 – Определение светолюбия древесных пород по методу И. Визнера
Древесная порода Освещенность, тыс. лк Относительное световое довольствие (ΔЕ), %

над кроной (Е) в обезлиственной части кроны (Ео)
С
(сосна обыкновенная) 48 8,4 17,5
К
(кедр корейский) 34 3,3 9,7
Лпм
(липа маньчжурская) 35 1,9 5,4
Л
(лиственница Гмелина) 44 8,9 20,2
Бп
(береза плосколистная) 30 5 16,7
Тс
(тис остроконечный) 32 0,3 0,9
Бж
(береза ребристая) 38 1,7 4,5
Д
(дуб монгольский) 31 3,4 11,0
Ос
(осина) 49 6,2 12,7
Пб
(пихта почкочешуйная) 24 0,6 2,5
Бх
(бархат амурский) 30 2,3 7,7
Я
(ясень маньчжурский) 43 6,4 14,9
Еа
(ель аянская) 24 0,7 2,9
Кс
(кедровый стланик) 32 5,1 15,9

Относительное световое довольствие (ΔЕ) определяем по формуле:
∆Е= ЕоЕ * 100 %,
где Ео – освещенность в обезлиственной части кроны (минимум светового довольствия), тыс. лк;
Е – освещенность над кроной (полное дневное освещение), тыс. лк.

в) По результатам определения светолюбия каждым из трех методов, располагаем древесные породы в ряд по степени уменьшения светолюбия. При этом соблюдаем следующую зависимость – чем больше определяющий параметр (ΔТ, hо или ΔЕ), тем более светолюбива древесная порода.
Л (ΔТ = 62,7%; hо = 1,00; ΔЕ = 20,2%) – С (ΔТ = 39,6%; hо = 0,95; ΔЕ = 17,5%) – Бп (ΔТ = 37,7%; hо = 0,91; ΔЕ = 16,7%) – Кс (ΔТ = 37,4%; hо = 0,88; ΔЕ = 15,9%) – Я (ΔТ = 37,0%; hо = 0,80; ΔЕ = 14,9%) – Ос (ΔТ = 36,5%; hо = 0,75; ΔЕ = 12,7%) – Д (ΔТ = 35,7%; hо = 0,69; ΔЕ = 11,0%) – К (ΔТ = 32,5%; hо = 0,67; ΔЕ = 9,7%) – Бх (ΔТ = 26,1%; hо = 0,59; ΔЕ = 7,7%) – Лпм (ΔТ = 19,7%; hо = 0,55; ΔЕ = 5,4%) – Бж (ΔТ = 16,5%; hо = 0,51; ΔЕ = 4,5%) – Еа (ΔТ = 5,7%; hо = 0,44; ΔЕ = 2,9%) – Пб (ΔТ = 3,5%; hо = 0,41; ΔЕ = 2,5%) – Тс (ΔТ = 2,7%; hо = 0,18; ΔЕ = 0,9%).
По трем методам: лиственница Гмелина наиболее светолюбивая порода, а тис остроконечный – наименее светолюбивая порода (наиболее теневыносливая).

ЗАДАНИЕ 2: Тепловой режим леса

а) Располагаем древесные породы в ряд по степени увеличения теплолюбия. Критерием для отнесения породы к более теплолюбивым является более позднее время начала распускания листьев. Породы, листья которых распускаются в одно и то же время, сравниваем по дате начала опадения листьев. При этом, к более теплолюбивым относим породы, имеющие более раннюю дату начала листопада.
Чз (Чозения толокнянколопастная 02.V – 20.IX) – Рб (Рябина амурская 07.V – 01.X) – Бб (Береза плосколистная 10.V – 20.IX) – Ив (Ива росистая 12.V – 25.IX) – Д (Дуб монгольский 15.V – 01.X) – Клм (Клен моно 15.V – 25.IX) – Бж (Береза ребристая 18.V – 01.X) – Ор (Орех маньчжурский 18.V – 20.IX) – Я (Ясень маньчжурский 20.V – 20.IX) – Бх (Бархат амурский 23.V – 25.IX).

б) Строим график отклонения средних температур воздуха в течение года под пологом древостоев по сравнению с температурой воздуха открытого пространства.

Отклонение температуры по месяцам
Древостой I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
С 0,12 0,07 0,02 -0,03 -0,13 -0,23 -0,23 -0,23 -0,13 -0,08 -0,03 0,12
Е 0,17 0,12 0,12 0,07 -0,23 -0,28 -0,33 -0,28 -0,28 -0,08 0,07 0,12
П
0,27 0,17 0,12 0,07 -0,13 -0,43 -0,53 -0,38 -0,38 -0,08 0,07 0,17

График представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Отклонение средних температур воздуха под пологом древостоев в течение года
Проведем анализ отклонений средних температур воздуха под пологом каждого древостоя, используя полученные графические зависимости.
Наименьшее отклонение средних температур воздуха под пологом просматривается в сосняке, наибольшее — в пихтовом древостое.

в) Строим график, отражающий изменение температуры почвы с изменением глубины в фитоценозах. В данном задании рассматриваем три фитоценоза:
1) Фитоценоз 1 – вырубка;
2) Фитоценоз 2 – одноярусный древостой (10Л, возраст 150 лет);
3) Фитоценоз 3 – двухъярусный древостой (1 ярус 8Е2П, 2 ярус 6Е4П, возраст 150 лет).
Температура почвы
Фитоценоз Температура, ℃ на глубине, см

5 10 20 30
1 19,8 18,3 16,9 16,3
2 18,1 17,2 15,9 14,7
3 12,9 11,6 10,7 10,3

График представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Изменение температуры почвы с изменением глубины в различных фитоценозах
Опираясь на полученные графические зависимости, проводим анализ влияния различных фитоценозов на температуру почвы на разных глубинах.
Как видно из графика, высокая температура почвы присуща фитоценозу 1, то есть вырубке. Здесь почва прогревается лучше. В двухъярусном древостое (фитоценоз 3) почва прогревается хуже. Приток тепла и света под полог в таких древостоях меньше, чем на открытом пространстве. Это обуславливает меньший прогрев почвы.

ЗАДАНИЕ 3: Водный режим леса

а) Строим графики влияния возраста древостоя на годовой расход воды по следующим статьям водного баланса: количество задержанных кронами осадков, испарение с почвенного покрова, поверхностный сток, транспирация древостоями, грунтовый сток. Недостающие показатели рассчитываем по формулам, выраженным из уравнения водного баланса:
ОС = ОСкр + И + Сп + Т + Сг + Сс + Ф,
где ОС – годовое количество осадков, мм;
ОСкр – количество осадков, задержанных кронами, мм;
И – испарение с почвенного покрова, мм;
Сп – поверхностный сток, мм;
Т – транспирация древостоями, мм;
Сг – грунтовый сток, мм;
Сс – сдувание снега, мм;
Ф – расход воды на создание фитомассы и ее увлажнение, мм.
При этом, ОСкр = ОС – ОСпп,
где ОСпп – количество осадков под пологом древостоя, мм.
Ф(т/га) = 1,7 * ΔМ,
где ΔМ – прирост сухой фитомассы, т/га.
Ф(мм) = Ф(т/га) / 10.
Так как в древостое снег не сдувается, то есть Сс = 0, то
Т = ОС – ОСкр – И – Сп – Сг – Ф(мм).
По заданию: Ельник мелкотравно-зеленомошный, 8Е2П+Бб, III класс бонитета, Р = 0,7, ОСобщ. = 520 мм/год
А, лет ΔМ, т/га ОСпп, мм И, мм
Сп, мм Сг, мм ОСкр, мм Ф, мм Т, мм
20 2,5 422 78 26 132 98 0,4 185,6
30 3,4 400 60 17 96 120 0,6 226,4
40 4,0 400 59 16 84 120 0,7 240,3
50 4,2 400 60 16 82 120 0,7 241,3
60 4,4 402 60 17 84 118 0,8 240,2
70 4,3 403 61 17 86 117 0,7 238,3
80 4,0 404 62 18 103 116 0,7 220,3
90 3,4 405 63 19 119 115 0,6 203,4
100 2,8 407 65 20 134 113 0,5 187,5
120 1,5 414 70 22 165 106 0,3 156,7
140 1,3 422 77 28 180 98 0,2 136,8

График представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 – Зависимость годового расхода воды по статьям водного баланса от возраста древостоя
Опираясь на полученные графические зависимости, проводим анализ влияния возраста древостоя на годовой расход влаги по каждой статье водного баланса.
Статья расхода ОСкр увеличивается при возрасте древостоя 30 лет, затем практически не изменяется. В возрасте 100 лет просматривается уменьшение, возможно, это связано с рубками в данном древостое.
Статья расхода И в возрасте до 30 лет снижается, затем начинает увеличиваться.
Сп с 30 до 100 лет практически не изменяется. Со 100 лет идет на увеличение.
Т – с увеличением возраста древостоя наблюдается снижение.

б) Строим график изменения расхода воды на отдельные статьи водного баланса при уменьшении сомкнутости крон.
45-летний сосновый древостой
Р
ОСкр, % И,% Сп, % Т,% Сг,%
1 12,5 12,8 2,8 62 2
0,85 8,7 13,7 3 64,9 13,8
0,75 7,9 14,4 3 66,9 10,5
0,5 4,5 16,9 2,8 64,9 13,9

График представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Зависимость расхода влаги от сомкнутости крон
ОСкр снижается с уменьшением сомкнутости. И (испарение) – в свою очередь, увеличивается, как и поверхностный сток. А транспирация увеличивается до сомкнутости 0,75, затем наблюдается снижение.

в) Строим график изменения расхода воды по отдельным статьям водного баланса в различных фитоценозах.
Статьи расхода влаги, мм Фитоценозы

дубовый сосновый свежая вырубка чистое поле
ОСкр (1) 132 160 0 0
И (2) 134 126 448 432
Сп (3) 50 37 131 168
Т (4) 288 206 0 0
Сг (5) 142 160 90 127
Сс (6) 0 0 91 127
Ф (7) 142 160 90 57

График представлен на рисунке 5.

Наибольший расход воды наблюдается на чистом поле. В дубовом древостое увеличение годового расхода воды происходит за счет транспирации (4). На вырубке и поле основная статья расхода – испарение с почвенного покрова (2), обусловлено отсутствием древостоя.

Расчетно – графическая часть ЗАДАНИЕ 1 Методы определения отношения древесных пород к свету а) Метод М