Змішані сосна і ялина створюють сильний дубль
Змішані соснові та ялинові ліси, як правило, асоціюються з такими країнами, як Швеція, Фінляндія, Росія чи країни Балтії. Але також у Німеччині та Баварії вони все ще широко поширені з історичних причин - лише в Баварії на близько 140 000 га, проте знання про цей тип лісу є порівняно низькими. Який вплив мають види один на одного?
І якою мірою цей “не в моду” тип лісу може доповнити нинішнє та майбутнє лісівництво? Недавні дослідження зростання двох видів показують цікаві результати та варіанти.
Сосна (Pinus sylvestris) та ялина (Picea abies) - найбільш розповсюджені та економічно важливі породи дерев у Центральній та Північній Європі. Чисті та змішані деревостани з провідною сосною та ялиною разом складають близько 26% площі європейських лісів (Brus et al. 2012).
З іншого боку, у Німеччині лише за останнє десятиліття історично дуже високі частки обох порід дерев зменшились приблизно на 300 000 га, або на 11% (Thünen-Institut 2016). З лісовою площею 7,7 мільйона гектарів або 53% сосна та ялина все ще залишаються одними з найважливіших видів дерев у Німеччині.
Природні явища
Рис.1: Карта восьми тимчасових полігонів W40 для досліджень росту лісу. (Графіка: LWF)
Основний природний ареал поширення сосни простягається від Північної Скандинавії та Росії до південної Франції. Крім того, існують "островні випадки" в Іспанії, Франції, Італії, Шотландії та на Балканах, які, однак, суттєво відрізняються за своїм генетичним складом від основних явищ (Prus-Głowacki et al. 2012; Taeger et al. 2013).
Природні явища смереки в помірних широтах спочатку обмежуються субмонтаном до альпійських районів низьких і високих гір.
Це означає, що основні природні ареали поширення сосни та ялини перекриваються, особливо при переходах до низьких гірських масивів помірного поясу та в бореальній зоні (EUFORGEN 2009 a та b).
Сосна і ялина в Баварії
Баварія розташована на південно-західному краю основної європейської популяції сосен, але згідно з Федеральним інвентарем лісів III (417 000 га) вона все ще має майже п'яту частину загальної площі сосни у Федеративній Республіці Німеччина (Thünen-Institut 2016).
Аналіз результатів Immitzer et al. (2015) показує, що сосна в Баварії зустрічається в суміші зі смерекою на приблизно 137000 га і лише на близько 87000 га в чистому деревостані. Поточний центр поширення змішаних деревостанів сосни та смереки зосереджений на середній та північній частині Баварії.
100 років випробувань сосни та ялини
Вже 100 років тому люди усвідомлювали велику площу та економічне значення змішаних деревостанів сосни та ялини та велику кількість відкритих наукових та практичних питань. Тому Німецька асоціація лісових дослідницьких центрів (DVFFA) ще в 1926 р. Вимагала провести порівняльні випробування в чистому і змішаному деревостані для сосни та ялини.
Багато областей, викладених на початку 20 століття, зокрема Шваппахом (1909, 1914) та Відеманом, загинули в смуті світових війн та їх наслідків (Шилінг 1925; Відеман 1948). Лише деякі з них збереглися і змогли скористатися Bielak et al. буде оцінено знову в 2014 році. Лише в 1950-х і 1960-х роках систематичні порівняльні блокові випробування проводились в рамках проектів відновлення лісів в Англії та Швеції (Brown 1992; Jonsson 2001).
Лише трохи пізніше вони почали аналізувати ріст змішаних деревостанів на основі індивідуального росту дерев (Jonsson 1962; Agestam 1985). У 1980/90-х роках це також призвело до створення випробувальних зон для змішаних деревостанів, орієнтованих на одне дерево, та розробки симуляторів росту лісів для одномісних дерев для змішаних деревостанів у Німеччині та Австрії (Pretzsch 1992; Hasenauer 1994).
W40: "Змішані соснові та ялинові насадження в Баварії"
Наразі було проведено лише кілька тривалих випробувань на змішаних деревостанах сосни та ялини в Німеччині та сусідніх країнах (Pretzsch and Schütze 2004; Satlawa 2013). Більшість експериментів були встановлені як тимчасові випробувальні зони (Künstle 1962; Poleno 1975, 1979, 1981, 1986; Schulze 1972; Kasa 1975;). Більшості цих експериментів також бракує чистих деревостанів як еталону, тому таблиці врожаю чистого деревостану мали використовуватись як допоміжний засіб для оцінки (Bielak et al. 2014; Pretzsch and Schütze 2004 a).
На цьому тлі, в рамках опікунської ради проекту W40 «Змішані соснові та ялинові насадження в Баварії», у 2013 та 2014 роках було проведено вісім експериментів на приблизно 70-річних лісових насадженнях, які були якомога менше або не проріджувались. Тести, також відомі як "триплети", включають ділянку з чистою сосною та чистою ялиною, а також ділянку з обома видами дерев, змішаними з окремими стовбурами (Рисунки 2 - 7; основні дані врожайності в Таблиці 1).
Площі були зафіксовані лісовою метрологією, і, крім того, було взято стружку з близько 480 дерев, а аналіз стовбурів був проведений ще на 160 деревах на основі стовбурових дисків. Вимірювання діаметра та висоти складають основу для реконструкції розвитку популяції та обсягу протягом 30 років. Дерева, які були відокремлені протягом періоду спостереження, картографували за допомогою запасу запасів.
Крім того, зразки грунту були отримані на тестових ділянках, аналогічно національним та баварським обстеженням стану ґрунту. На основі цієї інформації про грунт проаналізовано залежність приросту висоти та структури деревостану від умов ділянки. Для державного лісу також були проаналізовані дані з інвентаризації зразків та баварської інформаційної системи місцезнаходження BaSIS (BaySF 2015; LWF 2016).
Горизонтальна та вертикальна космічна окупація
Горизонтальне та вертикальне зайняття простору в змішаних деревостанах значною мірою визначається екологічними властивостями задіяних видів. Сосна та ялина відрізняються не тільки віковою динамікою росту (рання кульмінація проти пізньої кульмінації), але й світловою екологією (потребують світла проти тіньоносіння). Сосна має значно нижчий індекс площі листя та нижчий коефіцієнт світлопоглинання.
Смерекові дерева мають низьку точку компенсації освітленості (напівтіньові породи дерев) і можуть принести позитивні чисті переваги фотосинтезу навіть у безпосередній близькості від напівпрозорих сосен. Тому змішані соснові та ялинові насадження демонструють більш неоднорідне та щільніше горизонтальне та вертикальне зайняття області крони (рисунки 5-7). Діапазон розподілу по діаметру та висоті зазвичай значно вищий у змішаних деревостанах, ніж у відповідних чистих деревостанах. Існують правильні перекоси розподілу з більш життєздатними малими та середніми ялинами (Pretzsch and Schütze 2015).
Площа навісу в змішаних деревостанах перевищує очікувані значення відповідних чистих деревостанів приблизно на 40% (Spatz 2015). Стандартизований номер багажника (SDI: Stand-Density-Index за Рейнеке, див. Pretzsch 2005, 2009) збільшується приблизно на 10%, а площа основи на 9%.
Зростання висоти
Рис. 8: Залежність розташування висотного співвідношення ялини та сосни в залежності від частки піску. (Графіка: LWF)
Висотні показники зростання домінуючих ялин не відрізняються між чистими та змішаними деревостанами у досліджуваній віковій фазі від 35 до 85 років. Жодної зміни висоти також не виявлено на щелепах. Очевидно, в змішаних деревостанах немає змішаних ефектів, які збільшують або уповільнюють зростання висоти.
Однак, на основі аналізу форми валу, Spatz (2015) зміг продемонструвати, що відношення висоти до діаметра (співвідношення H/D) у молодого населення (вік 20) все ще демонструє відмінності між чистим і змішаним населенням. У цій віковій фазі сосни ростуть у суміші з менш конкурентним тиском і мають відповідно нижчі значення H/D.
У цій віковій фазі ялина зазнає конкурентного тиску через швидке молодісне зростання сосни і демонструє значно тонші стовбури, ніж у чистому деревостані. Ця різниця між чистими та змішаними деревостанами знову вирівнюється у віці від 60 до 70 років.
Багато піску і мало основ: добре для сосни, погано для ялини
Рис.9: Залежність розташування висотного відношення ялини та сосни в залежності від профілю глибини насиченості основи. (Графіка: LWF)
Що стосується висотної конкуренції, ялина, як правило, перевершує сосну в змішаних деревостанах приблизно на 5%. Це відношення висоти двох видів дерев змінюється з віком та місцевими умовами росту (Künstle 1962; Schulze 1972; Kasa 1975). У молоді роки сосна все ще домінує в більшості місцевостей. У деревостанах старше 70 років сосна домінує лише в піщаних місцях з невеликою кількістю підстав.
Дані кадастру державного лісу Баварії показують, що конкурентоспроможність смереки зменшується із збільшенням вмісту піску (рис. 8). З вмістом піску близько 50%, ялина в кращому випадку досягає висоти сосни, але більше не може її заростати. Навіть при порівняно низькому забезпеченні поживними речовинами (типи глибини профілю насиченості основи 4 і 5 на рисунку 9), конкурентна міцність ялини помітно знижується.
Тимчасові випробувальні зони проекту W40 знаходяться в основному в цій зоні з невеликим базовим обладнанням (типи базових курсів 4 (5)) та високим вмістом піску понад 60%. Відповідно, існує збалансоване співвідношення висоти сосни та ялини до досліджуваного віку в середньому близько 70 років.
продуктивність праці
На рисунках 10 і 11 порівнюється "реконструйований" спостережуваний приріст чистого деревостану із зростанням, очікуваним на основі зростання сосни або ялини в змішаному деревостані. На відміну від цього, на малюнку 12 показано порівняння спостережуваного приросту в змішаному деревостані із зростанням, яке очікується на основі відповідних чистих деревостанів. На малюнку 13 показано співвідношення приростів з 12 на перехресній діаграмі (відносна продуктивність), включаючи внески окремих порід дерев (сосна = зелена; ялина = червона).
Порівняно збалансовані конкурентні відносини між сосною та ялиною на пробних ділянках призводять до вищої продуктивності деревостану та відносного збільшення змішаних деревостанів (рисунки 10 та 13). Якщо порівняти збільшення обсягу змішаних деревостанів із зростанням, очікуваним на основі сусідніх чистих деревостанів, на малюнках 12 та 13 показано загальний приріст + 4%.
Цей додатковий приріст, очевидно, в основному пов’язаний з ялиновими породами (рис. 10) (+ 7%). Це також підтверджується аналізом збільшення базової площі. В результаті змішані деревостани досягають відносного приросту на + 8% (ялина: + 22%, сосна: - 2%). Більш детальний аналіз на рівні окремих дерев підтверджує, що ялина, очевидно, особливо корисна від росту в поєднанні з сосною.
Відповідно, додавання 50% сосни в безпосередній близькості від ялини призводить до щорічного збільшення обсягу на + 18%. З іншого боку, порівнянна сосна з 50% -ою домішкою ялини втрачає 7% в обсязі приросту.
Це узгоджується з результатами Spatz (2015) щодо розвитку крони. Виходячи з 1675 крон, Шпатц показує, що соснова крона 30-метрового дерева висотою і 25 см товщини на 5% менше і на 5% коротша у спостережуваному віці близько 70 років в середньому. У той же час порівнянні ялини мають крону, яка на 10% більша і майже на 35% довша.