Геоботаническое исследование лесных сообществ

Согласно цели учебной полевой практики по геоботанике, а также для целостного изучения различных типов растительности Крыма, исследование лесных фитоценозов является существенным моментом.

При изучении лесных фитоценозов обычно закладывают пробную площадь. Закладываемая пробная площадь должна располагаться в пределах фитоценоза таким образом, чтобы охватить наиболее типичный его участок, избегая при этом «искажений» в растительном покрове (на границах растительных сообществ, у нор животных, в местах нарушенных пожаром, деятельностью человека и т.п.).

По назначению пробные площади бывают постоянные и временные.

Постоянные пробные площади закладывают и используют для проведения длительных, многолетних стационарных наблюдений. На этих пробных площадях все деревья нумеруют краской на уровне глаз. Проводят запланированное исследование, а затем повторяют учеты через каждые 5 – 10 лет.

Временные пробные площади закладывают для однократных замеров и учетов, чтобы провести единовременное геоботаническое исследование фитоценоза. Полученные по пробной площади данные могут быть экстраполированы для характеристики всего фитоценоза или типа леса.

Практическая работа №3.

Описание лесных сообществ методом закладки временных пробных площадей.

Цель работы: ознакомить студентов c основными принципами описания лесных сообществ методом закладки временных пробных площадей.

Оборудование:

1. Компас;

2. Рулетка;

3. Линейка;

4. Высотомер;

5. Буссоль;

6. Металлическая рамка, площадью 1м²;

7. Определитель высших растений Крыма;

8. Лесотаксационный справочник;

9. Гербарный пресс;

10. Вилка или сетка Л.Г. Раменского;

11. Деревянные колышки;

12. Миллиметровая бумага;

13. Мел;

14. Полевой дневник.

Задание:

Заложение пробной площади - первый этап геоботанического описания лесного фитоценоза. Эмпирическим путем установлено, что размер пробной площади в спелых насаждениях бывает достаточным, если в её пределах произрастает не менее 250 – 300 деревьев главной породы, в средневозрастных древостоях – не менее 300 деревьев, в молодых – не менее 400-500 деревьев. С помощью буссоли закладывают пробную площадь правильной геометрической формы (квадрат или прямоуголиник) в самом характерном месте фитоценоза и отмечают по углам деревянными колышками.

После заложения пробной площади на миллиметровой бумаге необходимо зарисовать план участка в принятом масштабе с указанием его ориентации по сторонам света. Собранные и обработанные данные исследования заносят в сводный бланк геоботанического описания лесного фитоценоза.

Сводный бланк геоботанического описания лесного фитоценоза

Дата (число, месяц, год)

Бригада:

1. Местонахождение участка

Лесхоз:

Лесничество:

Квартал:

Величина пробной площади:

2. Топографическое положение участка

Экспозиция:

Характер рельефа

- макрорельеф:

- мезорельеф

- микрорельеф:

3. Характеристика антропогенного влияния (наличие троп, дорог, близость поселений, проведение мелиоративных мероприятий и т.д.)

4. Тип увлажнения:

5. Влажность почвы:

6. Описание мертвой подстилки:

7. Окружающая растительность:

8. Флористический состав:

9. Степень сомкнутости крон:

- общая:

- отдельно по ярусам:

- подроста:

10. Вид древостоя:

11. Состав древостоя:

12. Средний диаметр стволов доминирующих видов:

13. Высота ярусов древостоя и подлеска (с указанием доминирующих видов):

14. Диаметр крон:

15. Высота прикрепления крон:

16. Сумма площадей сечения:

17. Видовой состав подроста (с указанием высоты, покрытия, обилия и состояния):

18. Возраст деревьев – эдификаторов:

19. Характеристика травянисто-кустарничкового покрова:

20. Характеристика мохово-лишайникового покрова:

21. Характеристика внеярусных растений:

22. Аспект и аспектабельные виды травянистого покрова:

23. Название ассоциации:

Определение флористического состава – основной признак фитоценоза. При учете флористического состава необходимо составить список всех растений, встречающихся на пробной площади. Составление полного списка видов требует хорошего знания местной флоры и умения различать растения не только в цветущем, но и в вегетативном состоянии. Самое тщательное однократное описание фитоценоза часто не выявляет полного видового состава, поскольку в него могут не попасть кратковременно вегетирующие или растения с длительным летним перерывом в вегетации. Прежде всего, при составлении общего списка видов, в него необходимо вносить растения, названия которых не вызывает сомнений. Незнакомые виды вносятся под условным наименованием или номером и под тем же условным обозначением собираются в гербарий для последующей идентификации (см. практическую работу №1).

Древостой. Определение степени сомкнутости крон древостоя проводят инструментальным способом. С этой целью осуществляют съемку участка леса на план в принятом масштабе с указанием места стояния каж­дого дерева. Проекцию кроны каждого дерева определяют опусканием перпен­дикуляра (с помощью эклиметра) от краев кроны на поверхность почвы. Обыч­но края кроны фиксируют в четырех точках: С:Ю, В:3. После нанесения проекций крон на план с помощью планиметра вычисляют их площадь, которую соотносят к размеру пробной площади. Площадь перекрытий во внимание не принимают.

Определения вида древостоя. Определение вида древостоя, простого, т.е. состоящего из одной древесной породы или сложного – из нескольких древесных пород. Учет количества видов необходимо вести в одной ведомости, отдельно отмечая живые и сухие экземпляры (табл. 3.).

Таблица 3

Видовой состав древесного яруса лесного фитоценоза

Видовое название		Количество экземпляров
		живые	сухие
латинское	русское

Ярус. Визуально в древостое выделяют морфологические ярусы. Как правило, взрослые деревья первой величины образуют первый ярус (дуб, бук, сосна, осина, липа, ольха черная, ясень и др), а взрослые деревья второй величины яблоня, (груша, черешня, рябина и др.) – второй.

Определение состава древостоя определяют по соотношению деревьев разных пород в пределах каждого яруса и выражают его в долях единицы или для 10 стволов (т.е. сколько стволов из 10 приходится на каждую породу). Во избежание ошибок при пересчете на каждом стволе делают пометку мелом. Например, форма записи: «дуб 0,6; граб 0,3; липа 0,1» или « 6 – дуб, 3 – граб, 1 – липа»

Определение диаметра стволов. Для характеристики I и 2-го ярусов древостоя необходимо определить сред­ние и максимальные диаметры стволов. Диаметр деревьев измеряют на высоте 1,3 м от корневой шейки с помощью мерной вилки (рис. 7). Лучше всего производить два измерения взаимно перпендикулярных диаметров, поскольку ствол дерева в поперечном сечении ближе к форме эллипса, чем правильного круга.

Рис. 6. Измерение диаметра ствола с помощью мерной вилки

При отсутствии мерной вилки диаметр ствола можно измерить мягкой сантиметровой лентой и разделить полученное значение на число π = 3, 14.

По результатам измерения диаметра деревьев необходимо составить таблицу 4. Таблица составляется раздельно по породам и ярусам с разделение м на живые, срубленные и сухостой.

Таблица 4

Средний диаметр деревьев в пределах пробной площади

№ п/п	Порода
	живые			сухие			срубленные
	D 1	D 2	D ср.	D 1	D 2	D ср.	D 1	D 2	D ср.

Высота. Для каждого яруса необходимо определить среднюю высоту, которая соответствует высоте деревьев, имеющая средний диаметр, причем измеряют высоту не менее, чем у пяти таких деревьев. Деревья, имеющие средний диаметр и высоту, принято называть модельными. Именно эти деревья используют при изучении хода роста, интенсивности плодоношения, при определении возраста насаждений и др. Непосредственно высоту изме­ряют с помощью высотомера или эклиметра. В молодых по возрасту древостоях можно использовать и мерный шест.

Диаметр крон вычисляется как среднее по замерам рулеткой, растянутой по земле от основания ствола до края проекции кроны в направлении с севера на юг и с запада на восток.

Высота прикрепления крон измеряется глазомерно или инструментально (см. определение высоты деревьев), как расстояние от основания ствола до места прикрепления нижних сучьев кроны (отдельные ветви, растущие ниже основной кроны, во внимание не принимаются).

Сумма площадей сечения на гектар (полнота древостоя) определяется при помощи полнометра Биттерлиха по методу круговых проб. Полнометр Биттерлиха представляет собой ли­нейку длиной 1 м, имеющую на конце насадку в виде вилочки с внутренним растром 2 см (либо линейку длиной 50 см с растром вилочки 1 см). Полнотомер держат горизонтально, один конец прикладывают к щеке у глаза, а через прорезь ви­лочки на другом конце визируют диаметр дерева на высоте груди. Если при визировании диаметр дерева больше, чем растр полнотомера, то дерево учитывается. Если равен ему, то учитывается каждое второе такое дерево. Постепенно повора­чиваясь на 360°, наблюдатель визирует все деревья, попадающие в поле зрения. Если одно дерево «перекрывает» другое, нужно отойти от точки наблюдения на 0,5—2 м, чтобы дерево было отчетливо видно, а затем после визирования возвратить­ся назад. Количество учитываемых деревьев отмечается отдель­но по каждой породе. Число учтенных деревьев равно сумме площадей сечения в м² на 1 га. Например, учтено 18 деревьев, следовательно, площадь сечений равна 18 м²/га. Полученные результаты заносят в таблицу 5.

Таблица 5

Полнота древостоя в фитоценозе в зависимости от породы

Порода	Количество деревьев	Сумма площадей сечения
		растущего древостоя	сухого древостоя

Возобновление древостоя. Для нормально развивающихся фитоценозов свойственно наличие под пологом взрослых деревьев того или иного количест­ва подроста. К подросту относятся молодые деревья, возраст кото­рых не более 25 лет или высота не превышает 1/4 средней высоты древостоя. Естественное возобновление под пологом леса – важный показатель, характеризующий устойчивость фитоценоза.

Описание подроста необходимо начинать с общей характеристики:

1 – степень выраженности (обильный, густой, редкий, отсутствует и т.д.);

2 – характер распределения по площади (равномерный, куртинный, групповой);

3 – состав (однородный, неоднородный);

4 – степень благонадежности (благонадежный, неблагонадежный).

Следующим этапом работы является определение состава подроста и общей сомкнутости. Если подрост разновозрастный, то необходимо указать, в каких пределах колеблется возраст. Одновременно отмечают минимальную, максимальную высоту подроста и происхождение (семенное или вегетативное).

Для детального изучения естест­венного возобновления в пределах пробной площади закладывают специаль­ные учетные площадки, которые могут служить объектом разовых или дли­тельных наблюдений. Учетные площадки обычно равномерно распределяют по площади участка. Для получения достоверных результатов число учет­ных площадок должно быть таким, чтобы в сумме площадь их была не менее 2% пробной площади. Размер учетных площадок 1-2² м , чаще всего - I м² . Следовательно, при размере пробной площади в 0,25 га нужно заложить 50 учетных площадок 1x1 м или 25 площадок 1x2 м. На учетных площадках производят полный перечет всего подроста (растения первого года веге­тации, всходы учитывают отдельно) с разделением его на градации высот, одновременно отмечают состояние всходов и подроста, происхожде­ние, степень и характер их повреждений животными и энтомофауной.

Для определения высотной структуры подроста и его качества ис­пользуют общепринятые классификации. Подрост принято подразделять в зависимости от его высоты на три группы: мелкий (высотой до 0,5 м), средний (высотой 0,51-1,5 м) и крупный (выше 1,5 м).

Устойчивость подроста к изменяю­щимся условиям среды классифицирует на категории качества или состояния (жизнеспособный или нежизнеспособный) (рис. 9). Жизнеспособный подрост хвойных пород характеризуется следую­щими признаками: густое охвоение; зеленая или темно-зеленая окраски хвои; заметно выраженная мутовчатость; островершинная или конусооб­разная симметричная крона; протяженность кроны не менее 1/3 длины ствола в группах и 1/2 - у отдельных особей; прирост вершинного побега не менее прироста боковых ветвей верхней половины кроны; гладкая или мелкочешуйчатая корка без лишайников.

Рис. 7. Классификации подроста хвойных пород по категориям качества и состояния:

а) жизнеспособный, б) нежизнеспособный

Жизнеспособный подрост лиственных пород характеризуется нор­мальным облиственеем кроны, пропорционально развитыми по высоте и диаметру стволиками. Полученные данные заносят в таблицу 6.

Таблица 6

Учет состояния подроста для оценки успешности естественного лесовозобновления

№ учет-ной площадки	Под-рост	Жизнеспособ-ный		Нежизнеспособ-ный		Сухой
		средняя высота, м	кол-во, шт	средняя высота, м	кол-во, шт	средняя высота, м	кол-во, шт
1	1
	2
	…
	n
2	1
	2
	…
	n
…	…
n	1
	2
	…
	n

Встречаемость подроста определяется по наличию хотя бы одного жизнеспособного экземпляра на площадках определенной величины. Для определения встречаемости количество учетных площадок с подростом нужно разделить на общее количество учетных площадок.

Пользуясь таблицей 7 необходимо определить категорию подроста в зависимости от густоты стояния и площади распределения

На основании полученных результатов необходимо дать оценку ус­пешности естественного возобновления фитоценоза и рекомендации по лесово­зобновлению.

Таблица 7

Классификация подроста по густоте и распределению по площади

Категория подроста по густоте	Числен-ность, тыс. экз. на 1 га	Характер распределения подроста на площади	Коэффициент встречаемости, %
Редкий	До 2	Неравномерное	До 40
Средней густоты	2-8	Относительно-равномерное	40-65
Густой	8-13	Равномерное	65-85
Очень густой	Более 13	Равномерное	85-100

Воз­раст древостоя является одним из наиболее важных показателей при изучении лесных фитоценозов. Обычно возраст определяют по годичным кольцам рубленных (модельных) деревьев. При невозможности рубить деревья пользуются возрастным буром. Нередко для этого используют пни ранней рубки или данные таксационных описаний, хранящихся в лесничествах и лесхозах.

Иногда возраст определяют по морфологическим признакам дерева. Главные внешние признаки для определения возраста деревьев ели и сосны: рисунок и цвет коры; второстепенные: форма и ха­рактер охвоения кроны, особенности ветвления, расположение сучьев по отношению к стволу. При определении возраста деревьев ели по внешним признакам в различных типах леса систематическая ошибка колеблется в пределах – 2,7-5,4 %, случайная – ±11,8-13,2 %, ошибка для всех случаев – 1,5-1,7 %.

Возраст древостоя является необходимым параметром для установления бонитета насаждения, т.е. показателя, характеризующего быстроту роста деревьев. С учетом средней высоты и возраста древостоя выделяют пять основных классов бонитета. В лесной практике класс бонитета считается показателем производительности древостоев. Класс бонитета устанавливается с помощью специальных таблиц в лесотаксационном справочнике. Самый высокий – I класс, самый низкий – V.

Описание подлеска необходимо начинать с установления степени выраженности кустарникового яруса, однородности, состояния и характера распределения растений по площади. Затем глазомерно определяют сомкнутость (проективное покрытие), а в случае выраженности подъярусов - и сомкнутость подъярусов. Сомкнутость выражается в процентах.

Подразделение на подъярусы производит с учетом высоты кустарников и биологических особенностей. К 1-му подъярусу обычно относят высокие кустарники: лещину, кизил и другие, ко 2-му и более низкие: шиповник, скумпию, бересклеты. Вслед за этим устанавливают видовой состав каждого подъяруса по десятибалльной шкале, проектив­ное покрытие площади каждого вида, среднюю высоту и колебания высот каждого вида, состояние. Формула состава строится по тому же принципу, что и для главных пород, но название кустарников пишется полностью.

Для характеристики кустарникового яруса (в случае его выраженности) лучше всего в пределах пробной площади отобрать участок раз­мером 20x20 м (при неравномерном распределении 20x50 м) и на нем произвести сплошной пересчет кустарников с разделением их на подъя­русы, установлением высот, состояния, происхождения и т.п. На этом же участке определяют общее проективное покрытие (сомкнутость) и проективное обилие.

Травяно-кустарничковый покров, а также изучение влияния травянистых и кустарничковых рас­тений на возобновление под пологом леса, начинают с заложения серии учетных площадок (см. практическую работу №1).

При геоботаническом описании отмечают общий облик яруса, аспект, степень выраженности, характер распределения растений по площади в зависимости от условий рельефа. Затем составляют список встречаю­щихся растений, указывают доминирующие и содоминирующие виды, опре­деляют степень проективного покрытия и истинного покрытия, которое называется еще задерненностью почвы. Если эти показатели сильно варьируют, то отмечают пределы варьирования. При неравномерном сло­жении яруса надо выделять элементы мозаики, их размеры, приуроченность и пр.

Итогом изучения травянисто-кустарничкового яруса является определение степени участия отдельных видов в фитоценозе (табл. 8).

При изучении мохово-лишайникового покрова отмечается процент покрытия почвы мхами – общий и по видам. Очень важно также показать характер размещения мхов и лишайников, которое зависит от микрорельефа, влияния крон деревьев и кустарников, упавших стволов и т.д., а также субстрат, на котором они произрастают.

Таблица 8

Видовой состав, встречаемость и проективное покрытие травянисто-кустарничкового яруса

Видовое название растения		Встречаемость, %	Среднее проективное покрытие, %
русское	латинс-кое
Кустар-нички:
1.
2.
…
Травы:
1.
2.
…
Суммарное проективное покрытие на пробной площади, %

Напочвенные грибы и водоросли описывают без подробной характеристики, указывается только наличие.

При характеристике внеярусных растений (лиан и эпифитов) и определение их фитоценотической роли важно указать обилие (в условных баллах), высоту прикрепления и субстрат. В примечании указываются какие-либо характерные особенности в их размещении, если таковые имеют место.

Изучение почвы является одним из основных условий при описании лесной растительности, так как почвенно-грунтовые условиями (эдафотоп) в значительной мере определяет состав, структуру и продуктивность фитоценоза.

Изучение почвенно-климатических условий проводится в два этапа. На первом этапе необходимо определить степень увлажнения почвы.

При определении степени увлажнения обычно руководствуются влажностью почвы. В полевых условиях достаточно ограничиться эмпирическим методом определения влажности почвы. При этом, необходимо различать пять ступеней состояния почвы:

1) сухая почва – пылит, присутствие влаги в ней на ощупь не ощущается, не холодит руку;

2) влажноватая почва – холодит руку, не пылит, при подсыхании немного светлеет;

3) влажная почва – на ощупь явно ощущается влага, проба увлажняет фильтровальную бумагу, при подсыхании значительно светлеет и сохраняет форму, приданную ей при сжатии рукой;

4) сырая почва – при сжимании в руке превращается в тестообразную массу, а вода смачивает руку, но не сочится между пальцами;

5) мокрая почва – при сжимании в руке из нее выделяется вода, которая сочится между пальцами, почвенная масса обнаруживает текучесть.

Можно ограничиться и общими указаниями на степень увлажнения: нормальное, избыточное, недостаточное.

Второй етап работы заключается в изучении горизонтов почвы и вычерчивании почвенного профиля. С этой целью необходимо провести следующие мероприятия

- выбрать участок, типичный в отношении рельефа и характера растительности.

- сделать 5-6 прикопок: мелкие ямы, глубиной около 50 см, длиной 50-60 см, шириной около 40 см. Ямы располагают около ствола, под кроной, между крон в просвете (под каждым элементом леса). Места прикопок нужно указать на плане участка.

- выделить генетические горизонты лесных почв, начертить профиль, указать морфологию и цвет почвы:

А0 – лесная подстилка (0-3 см); А1 – гумусовый и перегнойно-аккумулятивный горизонт (3-20 см); А2 – подзолистый горизонт (20-30 см); В – иллювиальный (30-50 см); С – материнская порода (50 см).

Рис. 8. Профиль с указанием почвенных горизонтов

По результатам работы необходимо сделать следующие выводы:

1) Дать краткую характеристику почвы на обследуемом участке:

- общее строение почвенного профиля.

- название почвы.

- морфологические признаки почвы: окраска, структурность, гранулометрический состав, сложение, новообразования и включения, корни растений, ходы роющих животных.

- уровень грунтовых вод.

2) Сделать вывод о значении почвы в жизни лесного фитоценоза.

Определение названия ассоциации является заключительным этапом геоботанического описания лесного фитоценоза. Название образуют виды, дающие 15 – 20% покрытия, если таковых нет, если таковых нет, название формируется за счет сборных групп (по сумме процентов) (см. практическая работа №1).