Динамика формирования и продуктивность смешанных сосновых древостоев средней подзоны тайги Европейского Севера россии 06. 03. 02 лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация



страница1/3
Дата01.05.2016
Размер0.71 Mb.
ТипАвтореферат
  1   2   3



На правах рукописи
Третьяков Сергей Васильевич

Динамика формирования и продуктивность смешанных сосновых древостоев средней подзоны тайги Европейского Севера россии


06.03.02 – лесоведение, лесоводство,

лесоустройство и лесная таксация

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук

Архангельск - 2011

Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет»


Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор, Черных Валерий Леонидович
доктор биологических наук,

профессор, Грязькин Анатолий Васильевич


доктор сельскохозяйственных наук,

доцент, Корчагов Сергей Анатольевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»

Защита состоится 22 сентября 2011 года в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.03 при ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет», по адресу: 163002, Россия, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, главный корпус, ауд. 1228


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет»


Автореферат разослан «_____» ______________ 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Клевцов Д.Н.



Общая характеристика работы
Актуальность проблемы. Одной из основных задач современного развития наук о лесе является разработка зональных нормативов, направленных на повышение точности учета лесных ресурсов, что связано в первую очередь с удовлетворением потребностей населения и лесопромышленного комплекса в древесине различных пород и качества.

Выращивание смешанных древостоев способствует более рациональному использованию природных ресурсов лесной площади, стабильности лесопользования и лесопереработки и дает возможность более гибко реагировать на изменение спроса и предложения на рынке древесины. Смешанные и сложные с еловым ярусом сосновые древостои изучали И.В. Логвинов (1956), В.И. Левин (1965), А.В. Тюрин (1982), Р.Ю. Манкус (1966), И.С. Мелехов, А.А. Листов (1980), Б.Н. Прудов (1978, 1984), А.Н. Поляков (1982), В.Ф. Багинский, Р.Л. Терехова (1982), О.Н. Кранкина (1985), И.И. Гусев, С.В. Третьяков. (1989, 1990, 1992), И.С. Мелехов (1989), О.А. Неволин (1969, 2003, 2005), Г.В. Брылева (2007), Г.А. Чибисов (2010). Закономерности строения и роста, формирования и структуры смешанных древостоев Европейской тайги не достаточно изучены, чтобы обеспечить в должной мере потребности лесного хозяйства и лесоустройства в необходимых нормативных и справочных материалах, рекомендациях по лесопользованию и лесовосстановлению. Сохранившиеся в таежной зоне старовозрастные леса отражают, как правило, заключительную фазу естественного развития таежных экосистем, когда они становятся максимально устойчивыми к воздействиям на природную среду. Насаждения с преобладанием хвойных пород являются наиболее ценными в хозяйственном и экосистемном плане. Смешанные и сложные сосновые насаждения часто имеют высокую продуктивность. Для правильного ведения в них хозяйства требуется разработка лесотаксационных нормативов, в полной мере отражающих их особенности. Сохранение биологического разнообразия в природных объектах - важнейшая задача, которая в условиях промышленной эксплуатации лесов, приобретает первостепенное значение. Планирование лесохозяйственных мероприятий, включая лесопользование, должно направляться на выращивание высокопродуктивных смешанных древостоев, поэтому необходимо знать основные закономерности их формирования, роста и строения.



Цель и задачи исследования. Цель работы заключается в исследовании и решении проблемы повышения продуктивности насаждений путем формирования смешанных высокопродуктивных сосновых древостоев и организации в них хозяйства в условиях средней подзоны тайги Европейского Севера.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

- изучить процессы формирования, роста и продуктивности смешанных древостоев;

- изучить закономерности строения, роста и взаимосвязи таксационных показателей в смешанных древостоях;

- исследовать динамику отдельных элементов смешанного древостоя;

- разработать комплекс лесотаксационных нормативов, обеспечивающих эффективное ведение хозяйства в смешанных сосновых древостоях;

- разработать практические рекомендации по повышению продуктивности смешанных насаждений с учетом лесоводственных методов;

- разработать систему мероприятий по повышению продуктивности лесов сохранению элементов биологического разнообразия при лесопользовании.



Научная новизна. На основании проведенных исследований и обобщения информации о закономерностях формирования, роста и строения насаждений средней подзоны тайги Европейского Севера изучены динамика формирования и продуктивность смешанных сосняков при их естественном развитии и под влиянием различных видов хозяйственного воздействия. Исследованы:

- прирост сосны и ели в смешанных древостоях по диаметру, высоте, сумме площадей сечений и объему, а также прирост по диаметру в насаждениях, пройденных первым приемом выборочных и постепенных рубок для выработки рекомендаций по ведению выборочного хозяйства;

- отпад в смешанных насаждениях по материалам временных и постоянных пробных площадей и разработаны модели для оценки этого явления, для создания программ и нормативов выборочных рубок и ведения промежуточного пользования;

- динамика строения смешанных высокопродуктивных сосновых насаждений Севера.

Разработана оригинальная методика составления таблиц хода роста смешанных сосновых древостоев. Получены математические модели и составлены таблицы хода роста по классам бонитета и по типам леса при полноте 1,0, а также другие нормативы таксации смешанных среднетаежных сосняков.

Предложенные методические подходы и полученные результаты исследований послужили основой для разработки положений системы ведения хозяйства в рассматриваемой категории лесов, включая меры по формированию насаждений и комплекс способов рубок. Даны рекомендации по организации и планированию комбинированных рубок в смешанных среднетаежных сосняках.

В результате исследований в спелых насаждениях лесного фонда, проведенных на территории Архангельской области, разработаны лесотаксационные нормативы рекомендации по сохранению биологического разнообразия при отводе и проведении рубок в среднетаежных лесах.

Теоретическая и практическая значимость работы. Предложенные методические подходы, рекомендации и сделанные выводы положены в основу при разработке нормативов по формированию и выращиванию высокопродуктивных смешанных сосновых древостоев средней подзоны тайги. Разработаны нормативы для практических целей, составлены необходимые таблицы и математические модели для таксации смешанных древостоев разного породного состава и структуры. Предложены оптимальные по структуре и составу насаждения, позволяющие повысить продуктивность среднетаежных древостоев и, тем самым, более рационально использовать земли лесного фонда. Результаты исследования используются в лесном хозяйстве Европейского Севера. В практику лесоустройства введены таблицы хода роста, объемные таблицы по разрядам высот и при среднем коэффициенте формы, другие лесотаксационные нормативы. Разработаны таблицы по типам леса: «Ход роста полных одновозрастных сосново-еловых древостоев средней подзоны тайги Европейского Севера. Применение: в среднетаежном лесотаксационном подрайоне». Таблицы включены в электронный лесотаксационный справочник по северо-востоку европейской части Российской Федерации (нормативные материалы для Ненецкого автономного округа, Архангельской, Вологодской областей и Республики Коми). Справочник подготовлен ФГУ «СевНИИЛХ». Разработаны основные положения по хозяйственному использованию смешанных древостоев. Материалы диссертации нашли отражение в научном отчете «Разработка рекомендаций по выделению элементов биологического разнообразия при отводе лесосек и сохранению их в процессе заготовки древесины в северной и средней подзонах тайги Европейского Севера России» по проекту № 3-8 «Приоритетные направления развития науки в Архангельской области».

Материалы диссертации использованы в учебных пособиях, по которым занимаются студенты лесохозяйственных и лесоинженерных специальностей.



Предмет защиты. На защиту выносится комплекс научно обоснованных лесоводственно-таксационных нормативов динамики формирования и продуктивности смешанных сосновых древостоев средней подзоны тайги, обеспечивающий оптимизацию системы организации и ведения хозяйства в смешанных сосняках с целью повышения продуктивности лесов.

Апробация и публикации. Основные положения и результаты исследований докладывались на ежегодных научно-технических конференциях С(А)ФУ (АЛТИ–АГТУ) по итогам научно-исследовательских работ (с 1984 по 2010 гг.), на Всесоюзной конференции «Эколого-географические проблемы восстановления лесов Севера» (Архангельск, 1991), международных конференциях (Сыктывкар, 1998; Пермь, 2010), III и IV Мелеховских чтениях, посвященных 100-летию и 105-летию со дня рождения выдающегося ученого-лесовода академика ВАСХНИЛ И.С. Мелехова (Архангельск, 2005., 2010), совещании по лесным стационарным исследованиям (Тула, 2001), международных юбилейных научно-технических конференциях, посвященных 75- и 80-летию АЛТИ–АГТУ (Архангельск, 2004, 2009), VI Международном контактном форуме по сохранению местообитаний в Баренцевом регионе в г. Архангельске (2010), Международной научно-практической конференции «Инновации и технологии в лесном хозяйстве», (Санкт-Петербург, 2011), V Международном лесном форуме (Архангельск, 2011).

Основные материалы исследований по теме диссертации представлены в 60 публикациях (всего 90 публикаций), в том числе 5 монографиях и учебном пособии «Лесоустройство» (2005), одобренном УМО по образованию в области лесного дела, 13 статьях в реферируемых журналах по перечню ВАК.



Объем и построение диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, списка литературы из 373 наименований, выводов и 2 приложений. Работа изложена на 313 страницах, содержит 84 таблицы и 28 рисунков.

Автор глубоко признателен профессору И.И. Гусеву, под руководством которого сформировалось его научное мировоззрение. Диссертант выражает искреннюю благодарность за помощь в организации сбора полевого материала коллегам по работе – преподавателям и сотрудникам АЛТИ-АГТУ-С(А)ФУ, Северного НИИ лесного хозяйства, а также руководителям органов управления лесным хозяйством, лесничеств, лесозаготовительных и лесоустроительных предприятий (О.А. Неволину, С.В. Ердякову, С.В. Торхову, Р.Л. Дороднему, А.В. Кутейникову, А.Н. Третьякову, Н.С. Кротову, Р.В. Сунгурову, Д.В. Трубину, А.А. Бахтину, Л.Ф. Ипатову, Н.Н. Соколову, В.И. Мелехову, Н.А. Бабичу, Н.С. Минину, Р.Н. Климову, П.А. Феклистову, В.М. Барзуту, С.В. Коптеву, С.В. Ярославцеву и др.) и студентам лесохозяйственного факультета.


1. Природные условия и структура лесного фонда в средней подзоне тайги на Европейском Севере
Изучение смешанных сосняков проводили на северо-востоке европейской части России, который по праву считается многолесным регионом. Сюда входят Вологодская, Архангельская области и Республика Коми. По административному делению этот регион относится к Северо-Западному федеральному округу. Имеющиеся здесь запасы древесины, обеспечивают на протяжении многих лет успешную работу лесопромышленного комплекса.

Лесорастительное районирование характеризуется породным составом древесных растений и успешностью их роста. Большой вклад в решение вопросов лесорастительного районирования внесли: В.Н. Сукачев (1964), В.В. Сочава (1969), Б.В. Колесников (1969), В.Г. Чертовской (1969), Ю.П. Юдин (1954), И.С. Мелехов, В.Г. Чертовской, Н.А. Моисеев (1966), Н.А. Моисеев, В.Г. Чертовской (1967), П.Н. Львов (1969), С.Ф. Курнаев (1973) и др. Влияние климата на продуктивность лесов изучали в нашей стране и за рубежом (Бекетов, 1868; Вихров, Протасович, 1965; Моисеев, Чертовской, 1967; Кайрюкштис, Юодвалькис, 1968, 1972; Курнаев, 1973; Львов, Ипатов, 1976; Кищенко, 1978; Кищенко, Асламова, 1978; Райт, 1978; Лисица, Кретов, 1979; Лисица, 1981; Гортинский, Евдокимов, 1981; Белов, 1983; Кищенко, Грудкин, 1985; Одум, 1986; Трубин и др., 2000, Чупров Н.П., 2008, Цветков, 2000, 2002, 2009 и др.).

Почвенные условия региона разнообразны. Вопросы систематизации и районирования почв на Севере освещены в работах А.А. Красюка (1922, 1925, 1927), Б.Д. Зайцева (1931, 1932), Е.Н. Ивановой (1956, 1962), Е.Н. Рудневой (1961), Ю.А. Орфанитского (1963), С.В. Зонна (1966), Л.А. Варфоломеева (1967), Г.А. Склярова, А.С Шаровой. (1970), А.Д. Паршевникова и др. (1976), Л.А. Варфоломеева, Р.В. Сунгурова (2007) и др.

На территории средней подзоны тайги господствуют еловые леса. Сосняки приурочены, главным образом, к песчаным отложениям, склонам холмов. На сниженных равнинах с двучленными отложениями произрастают сосново-еловые леса (Татаринов, 1948). Под пологом древостоев развиты подзолистые почвы, нередко сильно подзолистые. Наибольшую продуктивность имеют сосново-еловые древостои, формирующиеся на подзолах маломощных супесчаных свежих, развивающихся на супесях, подстилаемых суглинками. Класс бонитета III, реже II, запас стволовой древесины в спелых древостоях в некоторых случаях превышает 500 м3 на 1 га. На карбонатных почвах характерна примесь лиственницы. На сильнокарбонатных моренах характерны среднеподзолистые почвы.

По ботанико-географическому районированию (Корчагин, Нейштадт, 1966) на территории средней подзоны тайги выделены две провинции Онего-Двинская и Двинско-Печорская. Наиболее распространенными типами среднетаежных сосновых лесов являются черничники – 25,5 %, брусничники – 19,5 %, сфагновые – 39,3 %, лишайниковые – 5,9 %, на долю остальных типов леса приходится 9,8 % (Мелехов, 1966).

На Европейском Севере производства, связанные с лесом, являются ведущими в экономике региона. Лесозаготовительные и лесоперерабатывающие отрасли сформировались довольно давно, и постоянно идет процесс преобразования мощностей и интенсификации использования отдельных видов лесных ресурсов. Специализация лесов и лесохозяйственного производства, усиление природозащитной и природообразующей роли леса – главный фактор роста эффективности использования лесных ресурсов (Стенин, Синицын, 1978).

Для обеспечения рационального, непрерывного и неистощительного использования всех полезностей леса необходимо строить лесохозяйственное производство на широкой промышленной основе. Необходимо шире вовлекать в использование лиственные породы, снизить потери древесины при заготовке и транспортировке (Gusev and an., 1995; Гусев и др., 1996). По данным В.И. Сухих (1989), с учетом всех потерь в дело идет немногим более 50 % древесины, отводимой на лесосеке в рубку.

Фактическое использование расчетной лесосеки Архангельской области в 2009 г. составило 50,1 %, по хвойному хозяйству 64,0 %, мягколиственному 25,7 %. Интенсивное лесопользование в лесах, расположенных вблизи транспортных путей, привело к тому, что доля спелых и перестойных хвойных лесов сократилась до 56,8 % (примерно с 90 %). В связи с недостатком ресурсов вторичных лесов, заготовка древесины хвойных пород ведется в естественных и девственных лесах. Характерными чертами девственных насаждений являются их разновозрастность, повышенная фаутность древостоя, постоянное присутствие в них бурелома, валежа и сухостоя, отмечается неустойчивое динамическое равновесие всех составляющих фитоценозов (Волков, Громцев и др., 1995). После рубки на их месте формируются молодые насаждения различного состава и возраста.

Лесистость материковой территории Архангельской области составляет 67 % (Гусев и др., 1994). Она существенно колеблется по отдельным административным районам и уменьшается от юга к северу. Сосняки занимают 4,8, ельники 11,7, береза 1,7 и осина 0,2 млн. га (Мелехов, Чертовской, Моисеев, 1966). Средние запасы стволовой древесины в спелых и перестойных насаждениях в целом по области составляют м3/га: сосняки 116, ельники 146, березняки 104, осинники 181. Одним из направлений повышения продуктивности лесов, улучшения их структуры, сохранения биологического разнообразия является гидромелиорация избыточно-увлажненных лесов. Практикой доказано, что проведение гидромелиорации в сочетании с комплексом различного рода рубок позволяет повысить производительность лесов в 24 раза (Тараканов, 1999, 2000; Луганский, Залесов, Карсукова, Казанцева, 2002).

Средний состав древостоев средней подзоны тайги 4С4Е2Б ед.Ос (Лосицкий, Чуенков, 1980). По массовым материалам глазомерной таксации В.И. Левин (1966) установил, что средний состав сосновых древостоев черничного типа леса: I ярус – (7–6)С (1–4)Е (2–0)Б, II ярус – (6–4)Е(4–6)Б, Ос.

Сосново-еловые древостои, по данным О.Н. Кранкиной (1986), в южной подзоне тайги по отдельным лесничествам составляют от 3 до 28,3 % покрытой лесом площади. В средней подзоне тайги смешанные сосновые древостои составляют такую же долю.
2. Программа, Методика и объем исследований
Программой исследований предусмотрено изучение процессов формирования, роста и продуктивности смешанных древостоев.

Динамика роста и развития деревьев в смешанных древостоях отличается от чистых. В смешанных древостоях необходимо рассматривать, с одной стороны отдельные древесные породы как элементы древостоя, а с другой - учитывать их взаимное влияние, как составных частей биогеоценоза.

При обработке опытных материалов были использованы методические и теоретические разработки М.М. Орлова (1923), Н.В. Третьякова (1937), А.В. Тюрина (1938), И.В. Семечкина (1954), В.К. Захарова (1961, 1967), П.В. Горского (1962), В.И. Левина (1966), К.Е. Никитина (1966), Н.Д. Лескова (1967), А.Г. Мошкалева (1969), Н.П. Анучина (1971), В.С. Моисеева (1971), И.И. Гусева (1978), Н.Н. Свалова (1979) и др. Обработку проводили с использованием стандартных статистических пакетов и офисной программы Exel (со стандартными приложениями). При составлении программ для обработки опытных материалов использовались математико-статистические методы (Митропольский, 1965; Плохинский, 1970; Свалов, 1977, 1985; Швиденко, Никитин, 1978; Лакин, 1980; Гусев, 1980, 1981, 1986 и др.).

Полекамеральную обработку пробных площадей проводили известными в лесной таксации способами. У модельных деревьев, срубленных на пробных площадях, в ходе обработки делали полный или частичный анализ хода роста.

Проводили математико-статистическую обработку материалов, регрессионный анализ с получением математических моделей и оценок показателей меры связи между признаками. Для оценки силы влияния полога соснового древостоя разного возраста на рост молодняка ели во втором ярусе проведен дисперсионный анализ по алгоритму двухфакторных пропорциональных комплексов.

Исследования выполнялись в период с 1983 по 2010 гг. В процессе исследований были заложены 80 постоянных и временных пробных площадей. Для изучения процессов формирования, роста и продуктивности смешанных древостоев заложены временные и постоянные пробные площади с рубкой модельных деревьев по общепринятой в лесной таксации методике (ОСТ 56–69–83). На каждой пробной площади срубались модельные деревья в количестве 5–6 шт. каждой породы, в молодняках – 10–12 шт. Всего срублено и обмерено 265 модельных деревьев сосны и 254 ели с последующей их обработкой. Для изучения процессов формирования елового яруса срублено 1000 учетных деревьев ели, по 100 деревьям ели сделан анализ хода роста. Взято по 100 кернов у сосны и ели при исследовании процессов прироста по диаметру в насаждениях выборочного хозяйства.

Геоботаническое описание, описание почвенного профиля и другие наблюдения проводили по общепринятым методикам. Для сбора массовых материалов таксации, определения сумм площадей сечений сосново-еловых древостоев использовали статистический способ, разработанный на кафедре лесной таксации и лесоустройства МЛТИ (Анучин, 1960; Вагин. 1975). Заложено 2352 круговые площадки полнотомером Биттерлиха в одновозрастных сосново-еловых древостоях в лесничествах Архангельской области и Республики Коми.

На наиболее ценных объектах кафедры лесной таксации и лесоустройства С(А)ФУ (АЛТИ–АГТУ), заложенных в средней подзоне тайги, проведены повторные перечеты через 5 или 10 лет. На 197 пробных площадях, полученных в лесоустроительном предприятии «Севлеспроект» (в настоящее время филиале ФГУП «Рослесинфорг»), были уточнены таксационные показатели с осмотром в натуре. Изучены вопросы формирования и роста древостоев на участках, пройденных рубками ухода, под руководством С.В. Алексеева в Обозерском лесничестве (Зяблов, Третьяков, 2008).

Для наблюдения за сезонным ростом ели под пологом сосновых древостоев в возрасте 40, 60, 110, 170 и 230 лет на каждой пробной площади подобрали по 10 экземпляров ели высотой 1,0 м, от 1,0 до 2,0 м и более 2,0 м (всего 150 единиц).
3. Закономерности формирования смешанных древостоев таежной зоны
Формирование естественных смешанных сосновых древостоев на Европейском Севере связано с лесными пожарами. В процессе развития насаждений без огневого воздействия постепенно накапливаются молодняк и подрост ели. Считается, что ель вытесняет сосну повсюду и, если не принять решительных мер, сосновых лесов просто не будет. Главнейшей причиной этого явления считают теневыносливость ели, ее способность поселиться под пологом сосны (Мелехов, 1937, 1948).

Под действием пожара происходит изменение в напочвенном покрове, химическом составе верхних горизонтов почвы, жизнедеятельности микроорганизмов, обитающих в верхних слоях почвы (Butin H., Kappich Ingrid, 1980). Наиболее полно изменения, происходящие на вырубках и гарях, изложены в динамической типологии И.С. Мелехова (1968, 1976, 1980). Формирование второго яруса происходит за 40–60 лет (Вакуров, 1947, Дыренков, 1984). Без огневого воздействия, по мере того как будет выпадать береза (120–140 лет) и разреживаться сосновый ярус к 180–200 годам может сформироваться еловое насаждение с примесью сосны. С улучшением лесорастительных условий процесс накопления ели в смешанных насаждениях идет более интенсивно.

Под пологом сосняков с высокой полнотой имеется значительное количество тонкомера и подроста ели и березы. Это связано с тем, что на севере редко встречаются сосняки, не имеющие следов прошлых пожаров. В этих условиях формируется древостой, в котором в первом ярусе преобладает сосна, во втором – ель с примесью березы, осины и других пород. На большое количество таких древостоев указывают многие авторы (Ткаченко, 1911; Сукачев, 1928; Морозов, 1949; Тюрин, 1952; Мелехов, 1954; Анучин, 1957; Левин, 1966; Дыренков, 1966; Валяев, 1971, 1972; Гусев, 1978; Тюрин, 1980; Зябченко, 1984, Набатов, 1990; Залесов, Луганский и др. 2000; Верхунов, Черных, 2007, Чибисов, 2010 и др.). По исследованиям И.С. Мелехова (1948) минимальный возраст, когда сосна выдерживает низовой пожар, 20–30 лет. Пожары, проходя в сосновых древостоях в возрасте 30, 40, 60, 80 лет и более, способствуют формированию двухъярусных сосново-еловых древостоев с разницей в среднем возрасте сосны и ели в 30, 40, 50 лет и более.

Ель и береза, поселившись под пологом сосны, существенно изменяют условия среды. В целом взаимоотношения сосны и ели большинство авторов оценивают как положительное (Зыряев, 1963; Ипатов, 1976).

Изучение процессов возобновления сосново-еловых древостоев проводилось на постоянных пробных площадях. Все изучаемые объекты в прошлом были пройдены низовым пожаром. На каждой пробной площади выполнена перечислительная таксация. У 20–25 деревьев сосны и ели разной толщины определяли возраст. Полученные данные позволяют определить период формирования древостоев. Распределение по пятилетиям елового молодняка, формирующегося под пологом сосновых древостоев, подчиняется закону нормального распределения.

(m = 0.001)

где ; М – среднее значение возраста, лет; А – возраст, лет; i – величина ступени возраста, лет; е - основание натурального логарифма.

При сравнении полученных теоретических численностей с фактическими значениями установлено, что фактическое распределение не отличается от нормального. Фактическое значение критерия Пирсона χ2 меньше стандартного.

Во всех исследуемых древостоях формирующееся поколение ели можно отнести к одновозрастному. Колебание возраста у 68 % деревьев находится в пределах 14–17 лет, у 95 % деревьев 29–34 года, среднеквадратическое отклонение 7,1–8,6 лет, что укладывается в схему типов возрастной структуры, разработанную И.И. Гусевым (1978) для еловых древостоев Севера.

Формирование экосистем начинается с периода заселения растениями вырубок или гарей. И.С. Мелехов (1980) систематизировал это явление и разработал динамическую типологию леса. Последователи его теории разработали генетико-динамические ряды развития типов леса таежной зоны европейской части России (Цветков, 1995, 2000).

Рассматривая значение подроста в формировании смешанных древостоев, следует отметить, что рост леса в суровых таежных условиях обусловлен многими факторами. Это в первую очередь температура и влажность. Климатические условия региона существенно влияют на жизнеспособность оставленного в процессе рубки подроста, особенно в первые годы жизни (Беляев, 1996).

На 70–80 % сплошных вырубок (Вялых, Гущин, 1991) ель под влиянием заморозков задерживается в росте, прирост в высоту продолжается после заселения площади березой и осиной, поэтому в условиях Европейского Севера вероятность появления чистых еловых молодняков очень мала.

Исследования, проведенные в условиях средней подзоны тайги, показывают, что чистые еловые молодняки (состав 9–10 единиц) практически отсутствуют, с составом 7–8 единиц составляют 20 %, а в 80 % случаев встречаются древостои с долей участия 5–6 единиц березы. В результате проведения рубок ухода и особенностей роста смешанных древостоев с возрастом количество древостоев с преобладанием хвойных возрастает.

Исследователи по-разному подходят к изучению густоты стояния стволов в древостое: предлагают определять густоту через площадь питания растений (Изюмский, 1971; Кравченко, 1963; Лебков, 1965; Поляков, 1973; Мелехов, 1974; Wenk, 1984; Тябера, 1982; Мерзленко, 1986 и др.), другие учитывать густоту при изучении строения древостоев (Пшеничникова, Владимирова, 1986) и проектировании рубок ухода (Шахов, 1950), третьи составлять таблицы хода роста для древостоев с разной первичной густотой (Разин, 1966, 1967, 1977).

Густота подроста определяет его рост под пологом древостоев (Бузыкин, 1981; Лазарев, Пентелькин, 1984). Проведенные исследования в среднетаежных сосняках показывают, что под пологом сосны разного возраста успешно развивается поколение ели, состояние его хорошее, отпад не превышает 6%.

Изучение сезонного роста проводилось и проводится в различных регионах страны: Архангельской области – в естественных насаждениях (Молчанов, Преображенский, 1957; Калинин, 1965; Стальская, Усова, 1967, 1968, 1969; Листов, Коновалов, 1984), в лесных культурах (Попов, 1967; Сенчуков, Бабич, 1978); в Республике Коми (Бобкова, Патов, 1981; Патов, 1983,1985); Карелии (Кищенко, 1978), Магаданской (Раевский, 1979), Ярославской (Елагин, 1961, 1976), Свердловской (Мамаев, Тищенко, 1978), в Новгородской (Смирнов, 1964, 1965), Мурманской (Цветков, Семенов, 1985) областях и др., что позволило получить ценные сведения о росте древесных пород в различных климатических условиях.

Сезонный рост ели изучали в Емцовском учебно-опытном лесхозе АГТУ за вегетационные периоды 1985 и 1986 гг. Для этой цели на постоянных пробных площадях в сосновых древостоях III класса бонитета, имеющих возраст 40, 60, 110, 170 и 230 лет и второй ярус молодняка ели, брали по 30 деревьев ели разной высоты: высотой до 1,0 м –10 шт., от 1,0 до 2,0 м –10 шт. и более 2,0 м –10 шт. В течение всего вегетационного периода (с конца мая по август) через 5 дней измеряли длину верхушечного побега, длину побега текущего года записывали нарастающим итогом. В результате проведенных исследований установлено, что корреляционная зависимость начала набухания и распускания почек от суммы положительных эффективных температур значительная или высокая (r = 0,59–0,76). Зависимость начала роста главных побегов от суммы эффективных положительных температур значительная (r = 0,69).

По наблюдениям 1985 г. показатель силы влияния высоты деревьев на продолжительность роста (η2 ± m η = 0,49 ± 0,038) составляет 49 %. Достоверность силы влияния доказана на любом уровне значимости, так как фактический критерий Фишера Fф = 12,9 больше стандартного Fst (2,3; 3,6; 5,3). Наши исследования показали, что лучше растут высокие деревца ели. Для выяснения силы влияния полога сосны разного возраста и высоты молодняка на прирост верхушечного побега ели проведен дисперсионный анализ по алгоритму двухфакторных пропорциональных комплексов. Сила влияния возраста соснового древостоя на рост второго яруса ели составляет 13 %, влияние высоты елового молодняка – 46 %, влияние взаимодействия высоты деревьев елового яруса и возраста соснового древостоя – 7 %. Суммарное влияние организованных факторов (высоты деревьев ели, возраста соснового яруса и их сочетание) на прирост верхушечного побега молодняка ели равно 66 %. Достоверность влияния по критерию Фишера высокая (Fф > Fst). На случайные, неорганизованные факторы приходится 34 %.
4. Текущий прирост древесины ствола и запаса наличного древостоя в естественно развивающихся древостоях и насаждениях, подвергшихся хозяйственному воздействию
Текущий прирост древесины служит показателем продуктивности лесов. Исследование текущего прироста дает представление о количестве древесины и может служить показателем качества проводимых лесохозяйственных мероприятий. Исследованием способов определения текущего прироста занимались А.В. Тюрин (1936); Н.В. Третьяков (1937, 1943); Ф.П. Моисеенко (1947, 1973); В.К. Захаров (1952, 1966); Н.П. Анучин (1959, 1969); А.Е. Колосова, Е.С. Мурахтанов (1960); К.Б. Лосицкий (1960); П.В. Воропанов (1961); А.С. Бабакин (1962); М.Л. Дворецкий (1964); К.Е. Никитин (1964); В.С. Мирошников, О.А. Труль (1965); В.В. Айтанайтис (1965, 1971); П.В. Верхунов (1967, 1974); А.И. Патацкас (1968, 1972); О.А. Харин (1970); В.С. Моисеев (1971); А.И. Нахабцев (1975); В.К. Хлюстов (1991); А.З. Швиденко, Д.Г. Щепаченко, С. Нильсон, Ю.И. Булуй (2006); А.А. Вайс (2009) и др.

Изменение годичного прироста с возрастом у господствующих деревьев сосны и ели не зависит от состава древостоя. Различия в изменчивости радиального прироста объясняются биологическими особенностями древесных пород и их чувствительностью к экологическим условиям места произрастания (Феклистов, Евдокимов, 1978; Феклистов, Евдокимов, Барзут, 1983; Барзут, 1984). При изучении текущего прироста следует учитывать влияние аэротехногенных выбросов (Щекалев, Тарханов, 2006).

В местах произрастания, которые подходят для роста разных древесных пород, формируются смешанные древостои и оценку текущего прироста необходимо давать по двум или нескольким породам в комплексе. В практике лесной таксации принято вычислять абсолютный и относительный приросты или процент прироста.

Установлена зависимость процента прироста по диаметру от возраста, процента прироста по объему сосны и ели в смешанном древостое от возраста, процента прироста по диаметру сосны и ели в смешанном древостое от диаметра на высоте 1,3 м. Диаметр стволов на высоте груди, на 1,3 м сосны (D) составлял от 4 до 40 см, ели от 4 до 24 см.

Зависимость процента прироста по объему сосны () и ели () от диаметра на высоте груди может быть выражено следующими уравнениями:

для сосны: (r = 0.98)

для ели: (r = 0.97)

Установлено, что у стволов диаметром до 4 см процент прироста у стволов сосны и ели одинаков. У стволов сосны большего диаметра процент прироста по объему выше, чем у ели.

Зависимость процента прироста запаса наличного древостоя сосны и ели от возраста приведена на рис. 1.
Рис. 1. Зависимость процента прироста запаса наличного древостоя сосны и ели от возраста в одновозрастных смешанных сосново-еловых древостоях


Зависимость прироста по высоте за 10 лет сосны () и ели () от диаметра на высоте груди:

для сосны: (r = 0.97)
для ели: (r = 0.69)

Прирост в высоту за 10 лет у сосны значительно больше, чем у ели. С увеличением диаметра эта разница снижается. Темпы прироста ели становятся выше, поэтому ель начинает формировать второй ярус, а в дальнейшем входит в первый ярус.

Зависимость прироста по диаметру за 10 лет сосны () и ели () от диаметра на высоте груди:

для сосны: (r = 0.73)

для ели: (r = 0.45)

Прирост по диаметру на высоте 1,3 м за 10 лет у сосны значительно больше, чем у ели. С увеличением диаметра прирост сосны по диметру увеличивается, а начиная с диаметра более 20 см снижается. Темпы прироста диаметра ели постепенно снижаются.

Для перехода от прироста по диаметру на высоте груди к среднему для дерева значению текущего прироста используется редукционный коэффициент, который зависит от возраста и условий места произрастания (Гусев, 1978). У ели в сосново-еловых древостоях связь редукционного коэффициента (R) с возрастом (A) отражается уравнениями:

для древостоев II класса бонитета (тип леса сосняк кисличник)



(mR = 0.0313)

для древостоев III класса бонитета (тип леса сосняк черничник - свежий)



(mR = 0.0111)

для древостоев IV класса бонитета (тип леса сосняк долгомошник)



(mR = 0.0185)

Значения редукционного коэффициента в сосново-еловых древостоях II и III, II и IV классов бонитета существенно различаются (фактическое значение показателя различия по Стьюденту tф больше стандартного tst на 95 % вероятностном уровне).

Средние значения редукционного коэффициента для различных условий места произрастания приведены в табл. 1.

В сосново-еловых древостоях формируются более полнодревесные стволы, чем в чистых. Формирование древесных пород определяется энергией роста, или соотношением прироста по диаметру (Zd) и прироста в высоту (Zh) за 10 лет. Это соотношение показывает темпы увеличения высоты дерева на единицу прироста по диаметру.


Таблица 1. Средние значения редукционного коэффициента по типам леса

Тип леса

в сосново-еловом древостое

в чистом еловом древостое

(по И.И. Гусеву)



С. кисличный

2 класса бонитета



1,13 ± 0,037

-

С. черничный свежий 3 класса бонитета

1,29 ± 0,029

1,31 ± 0,010

С. долгомошный

4 класса бонитета



1,44 ± 0,074

1,13 ± 0,011

Связь прироста в высоту с приростом по диаметру выражается уравнениями:

для ели в смешанном сосняке кисличнике



(mz = 0.0813)

для ели в смешанном сосняке черничнике свежем



(mz = 0.0141)

для ели в смешанном сосняке долгомошнике



(mz = 0.0760)

В древостоях IV класса бонитета на единицу прироста по диаметру приходится больший прирост в высоту. Определение энергии роста по величине прироста диаметра ствола позволит с большей точностью определить реакцию древостоя на изменение условий внешней среды при проведении рубок ухода, выборочных рубок в спелых насаждениях и при других условиях разреживания насаждений. Формирование древесных стволов в чистых и смешанных древостоях отличается, особенно в низкобонитетных насаждениях.

Изучение прироста сосны и ели в смешанных древостоях средней подзоны тайги, затронутых хозяйственной деятельностью, проводили в 2003 г. в смешанных насаждениях. В 1994 г. были заложены две постоянные пробные площади, одна из которых служит контролем, а на второй проведен первый прием длительно-постепенной рубки (в осенне-зимний сезон 1993 г. с интенсивностью выборки по запасу 40 %). Приросты определяли по керну на высоте груди за последние 19 лет, то есть за 10 лет до проведения рубки и за 9 лет после её проведения (рис. 2).

Рис. 2. Изменение прироста по радиусу сосны и ели в сосново-еловом насаждении, пройденном первым приемом длительно-постепенной рубки (пр. пл. № 51) и на контрольном участке, не затронутом рубкой (пр. пл. № 52).

На рис. 2 видно, что проведение первого приема длительно-постепенной рубки вызвало увеличение прироста как у сосны, так и у ели. Различие в текущем приросте по диаметру, как у сосны, так и у ели до и после проведения рубок достоверно с вероятностью безошибочных прогнозов 0,95. Среднее изменение диаметра ствола сосны (M) с основной ошибкой (m) на высоте груди за 9 лет после рубки составило M ± m = 3,5 ± 0,67 см, у ели M ± m = 1,51 ± 0,15 см. За 10 лет до рубки средняя величина изменения диаметра у сосны M ± m = 1,3 ± 0,13 см, а у ели – M ± m = 1,0 ± 0,09 см. У ели различие этого параметра со средним значением за 10-летний период до рубки достоверно на любом вероятностном уровне. У сосны различие достоверно с вероятностью безошибочных прогнозов 0,95. Различие этих параметров по сравнению с контролем достоверно на любом вероятностном уровне. Второй прием рубки планируется провести через 20 лет. Наблюдения за возобновлением на месте узколесосечной сплошной рубки, как варианта комбинированных рубок на территории выдела, показывают успешность восстановления сосны от семенных деревьев в стене леса при достаточной минерализации почвы.

Изучение текущего прироста в ельниках выборочного хозяйства проводилось в 2009 г. в Обозерском лесничестве. Ельники сформировались на месте сложных двухъярусных смешанных сосново-елово-лиственничных древостоев со вторым ярусом с преобладанием ели. В 1967 году проведена выборочная рубка очень высокой интенсивности (52–67 % по запасу).

Прирост деревьев по радиусу после проведения выборочных рубок снижается, что характерно при ведении выборочного хозяйства. Ель в течение определенного времени (обычно 2–3 года) адаптируется к изменениям среды, начинает стабильно увеличивать прирост по диаметру на протяжении 10 лет и более. Деревья ели дают прирост в 2 раза и более превышающий прирост по диаметру до рубки. Это так называемый световой прирост. Он обусловлен увеличением площади питания растений, дополнительным притоком света и тепловой энергии, которые получают деревья в разреженном лесу.


5. Динамика и продуктивность смешанных и сложных сосновых древостоев Севера
Классификационной основой для изучения роста и продуктивности древостоев служит тип леса или класс бонитета. Использование типа леса позволяет подобрать древостои одного естественного ряда развития, так как условия произрастания определяют процессы развития ценоза. Исходя из этого принципа подбирали и группировали опытные материалы Н.В. Третьяков (1937), А.Д. Дударев (1949), Н.В. Огородов (1950,1951), М.В. Давидов (1952), В.И. Левин (1954), И.М. Науменко (1958), И.И. Гусев (1961), Г.С. Разин (1967, 1977) и др. В то же время тип леса не имеет такого четкого толкования, как класс бонитета.

В одновозрастных древостоях сосна и ель формирует одно поколение. Средний возраст сосны и ели, как правило, одинаковый. Береза в смешанных древостоях появляется одновременно с сосной и елью, но она менее долговечна. Старые деревья березы, начиная с 80–90 летнего возраста, постепенно отмирают и древостой пополняется березой новых поколений.

Проведенные многолетние исследования послужили основой для составления таблиц хода роста смешанных полных одновозрастных сосново-еловых древостоев по классам бонитета и типам леса.

Ход роста в высоту определяли для каждой породы отдельно, но в неразрывной связи друг с другом. В сосново-еловых древостоях сосна занимает лидирующее положение по всем показателям. В смешанных древостоях существует взаимное влияние пород. Его необходимо учитывать при составлении таблиц хода роста. Такое требование можно выполнить, если рост сопутствующих пород в определенном возрасте определять по относительным величинам высоты и диаметра от преобладающей породы.

Рост сосны в высоту устанавливали по данным глазомерной таксации в смешанных насаждениях и материалам пробных площадей отнесенных к одному естественному ряду развития. Материалы глазомерной таксации были уточнены в соответствии с «Уточненной шкалой классов бонитетов М.М. Орлова для хвойных пород» (Гусев, 1978) и сгруппированы по классам бонитета и 10-летним ступеням возраста.

При разработке таблиц хода роста материалы были сгруппированы в зависимости от типа леса по 10-летним ступеням возраста. Используя средние высоты на пробных площадях, были получены математические модели роста сосны по высоте в смешанных сосняках по типам леса (рис. 3).


Рис. 3. Зависимость средней высоты сосны от возраста в сосняках кисличных, черничных, долгомошных и сфагновых
Исследования показали, что ель отстает в росте от сосны по высоте и диаметру, так как постоянно испытывает на себе ее угнетающее влияние. Поэтому рост ели необходимо рассматривать в неразрывной связи с ростом сосны. Для этой цели на всех пробных площадях и таксационных участках вычислены относительные значения высоты, характеризующие долю средней высоты ели от аналогичных значений высоты сосны в соответствующем возрасте, по десятилетним градациям, как это принято в таблицах хода роста.

Относительные значения хода роста по высоте ели в смешанных насаждениях соответствующего типа леса отражаются следующими уравнениями связи:

в кисличнике (mH = ± 0.146)

в черничнике. (mH = ± 0.137)

в долгомошнике (mH = ± 0.107)

в сфагновом (mH = ± 0.063)

где: Нс– средняя высота сосны, соответственно, в сосняках кисличных, черничных, долгомошных и сфагновых, м;

- относительная высота ели в древостоях соответствующего типа леса.

Такие же расчеты выполнили для березы.

в кисличнике (mH = ± 0.067)

в черничнике (mH = ± 0.049)

в долгомошнике (mH = ± 0.008)

в сфагновом (mH = ± 0.030)

где: - относительная высота березы в древостоях соответствующего типа леса.

Абсолютные значения средних высот ели и березы были получены путем умножения средней высоты сосны на выровненные по уравнениям значения относительных высот. Высоты ели и березы по типам леса приведены в таблицах хода роста (табл. 2).

Ход роста по диаметру сосны определяли по материалам пробных площадей. Все материалы были сгруппированы по соответствующим типам леса. Вычислены средние значения по десятилетиям. Полученные данные позволили вычислить модели роста сосны по диаметру в сосново-еловых древостоях соответствующего типа леса. Зависимость среднего диаметра сосны от возраста в сосняках кисличных, черничных, долгомошных и сфагновых приведена на рис. 4.
Рис. 4. Зависимость среднего диаметра сосны от возраста в сосняках кисличных, черничных, долгомошных и сфагновых.
Для определения среднего диаметра ели и березы в динамике и непосредственной связи с ростом сосны выражали средние диаметры ели и березы в долях среднего диаметра сосны. Относительные значения диаметров ели и березы в пределах одного диаметра сосновой части древостоя зависят от класса бонитета: чем ниже класс бонитета, тем на большее значение отличаются диаметры ели и березы от диаметра сосны. Это связано с тем, что сосна в большей степени адаптируется к неблагоприятным условиям среды и имеет большую производительность при одних и тех же условиях места произрастания.

В результате выравнивания относительных значений получили математические модели, характеризующие зависимость относительных диаметров ели II, III, IV, V классов бонитета.

Для определения максимальных значений абсолютной полноты сосново-еловых древостоев применен статистический метод. Для этого в 4 лесничествах Архангельской области и Республике Коми заложили круговые площадки. Материалы были сгруппированы по типам леса, вычислены средние значения сумм площадей сечений и другие статистические показатели по ступеням возраста.

Вычисленные средние значения и средние квадратичные отклонения позволяют определить максимальное значение сумм площадей сечений на заданном вероятностном уровне, используя формулу:





G – максимальная абсолютная полнота, м2/га; Gср – среднее значение абсолютной полноты, м2/га; σ – среднее квадратичное отклонение абсолютной полноты, м2/га.

Выполненные расчеты позволили определить максимальные значения сумм площадей сечений на вероятностном уровне 0,975. В этом случае большие значения будут иметь меньше 2,5% древостоев.

Максимальные абсолютные полноты сосново-еловых древостоев выравнивали по приведенным ниже уравнениям, за начальное значение принимали средний для данного класса бонитета возраст дорастания до высоты груди:

(mG = ± 3,78)

(mG = ± 6,44)

(mG = ± 6,56)

(mG = ± 5,35)

Gкис, Gчер, Gдм, Gсф – максимальная абсолютная полнота сосново-еловых древостоев, соответственно кисличного, черничного, долгомошного и сфагнового типа леса; А - средний возраст сосны, лет.

Выровненные по уравнениям значения сумм площадей сечений использованы при составлении таблиц хода роста одновозрастных сосново-еловых древостоев (табл. 2).




  1   2   3


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал