WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

ДЕМИЧЕВА Наталья Викторовна

ЛЕСОВОДСТВЕННАЯ СИСТЕМА РУБОК И ВОСПРОИЗВОДСТВА СОСНЯКОВ ЗЕЛЕНОМОШНЫХ В ПЕНЗЕНСКОМ ЗАСУРЬЕ

Специальность 06.03.02. – «Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Йошкар-Ола – 2012

Работа выполнена на кафедре лесоводства Поволжского государственного технологического университета

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Денисов Сергей Александрович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Демаков Юрий Петрович кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Кузнецов Николай Николаевич

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный университет»

Защита состоится 22 ноября 2012 в 9 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д212.115.03 при Поволжском государственном технологическом университете по адресу: 424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, дом 3, ауд. 238. Факс (8362) 41-08-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Марийского государственного технического университета

Автореферат разослан «19» октября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук Мухортов Д.И.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Сочетание двух требований в одном – наращивание эксплуатируемых ресурсов древесины и одновременно сохранения экологической роли лесов – определяет сложность проблемы, стоящей перед лесным хозяйством. В мире эта проблема решается по-разному. В большинстве своем лесоводы Европы склоняются к целевому плантационному лесоводству. При этом заготовка древесины может происходить и за пределами плантаций, но со строгим соблюдением лесоводственных принципов, где восстановление лесов идет естественным путем с сохранением местных популяций растений, что обеспечивает им как биологическое разнообразие, так и устойчивость. В этом сочетании обеспечивается сохранение экологической роли лесов и сырьевые потребности лесоперерабатывающей промышленности и населения.

Основной проблемой в области воспроизводства древесных ресурсов является обоснование теории рубок и восстановления лесов и увязка её с практикой при переходе лесного хозяйства на инновационный путь развития. При заготовке древесины естественные и искусственные методы воспроизводства лесов должны быть сбалансированы на основе сохранения и повышения ресурсно-экологического потенциала лесов, а также снижения энергоемкости лесовосстановления. Разработка инновационных технологий, в том числе и в воспроизводстве лесов, внедрение их в практику лесного хозяйства и контроль за их исполнением – это комплекс задач, которые могут способствовать достижению главной цели, заявленной в «Стратегии развития лесного комплекса Российской Федерации на период до 2020 года».

Цели и задачи исследований. Основная цель исследований - обоснование рациональности использования сопутствующего естественного возобновления сосны при заготовке спелого леса в Пензенской области как ресурсосберегающей технологии лесовосстановления.

Для достижения поставленной цели программой исследований предусмотрено решение следующих задач:

1. Анализ естественного возобновления сосны в преобладающих типах сосновых лесов, как под пологом, так и на вырубках.

2. Выявление факторов, обуславливающих недостаточное накопление подроста сосны на вырубках и под пологом.

3. Выявление результативности рубок обновления, сплошных и выборочных рубок в сосняках зеленомошной группы типов леса.

4. Лесоводственное обоснование рациональности применения выборочных рубок в свежих сосновых борах и суборях Пензенского Засурья.

Научная новизна исследований.

Для условий Пензенской области выявлены:

особенности естественного возобновления сосны под пологом и на вырубках в условиях лесостепи и факторы, влияющие на него;

влияние засухи 2010 года на процесс накопления подроста сосны;

лесоводственная эффективность форм рубок в свежих сосновых борах и субрях.

Теоретическая и практическая значимость полученных результатов заключается в выявлении роли засух в успешности естественного возобновления сосны, лесоводственном обосновании необходимости перехода от практикуемых сплошных рубок к выборочным рубкам в сосняках Пензенского Засурья. Предложены варианты рубок и восстановления сосновых лесов, обеспечивающих интенсификацию их использования со снижением затрат на производство древесины и сохранение экологических функций леса.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Зависимость естественного восстановления сосны от экологических факторов в условиях Пензенской области.

2. Имитационная модель процесса естественного возобновления сосны.

3. Система управления сопутствующим естественным возобновлением сосны в условиях Пензенского Засурья с использованием имитационного моделирования.

4. Адаптивно-модульный подход к выборочным рубкам в сосняках.

Апробация работы. Основные результаты работы представлены в публикациях и международных конференциях в Санкт-Петербурге (2010), Одессе (2012), внедрены в лесоустройстве.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе 2 в изданиях по перечню ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, пять глав, выводы, рекомендации, список литературы из 207 наименований, приложений. Работа изложена на 120 страницах, содержит 26 таблиц и 42 рисунка.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА Леса области расположены на западном склоне Приволжской возвышенности и относятся к лесостепному району. Сосновые леса области, и, в частности, Пензенского Засурья Л.Ф.Правдин (1964) относит к островным, выходящим за пределы сплошного ареала сосны обыкновенной.

Оценивая в целом климатические и почвенно-гидрологические условия Пензенской области (Колобов, 1964, Розенберг и др, 1998)., следует отметить, что климат региона резко континентальный, что обуславливает значительное негативное воздействие его на древесную растительность. Резкие отклонения погодных условий в отдельные годы от средних показателей - засушливые периоды, ухудшающие условия для прорастания семян и развития всходов значительно сокращают период активной вегетации. Неустойчивость температур в начале вегетационного периода вызывает затруднения в проведении лесокультурных работ.

По преобладанию почвенных разностей Пензенская область делится на три почвенных района, в том числе восточный, с преобладанием серых сильнооподзоленных лесных почв и дерново-подзолистых каменистощебнистых почв с недоразвитым профилем, где широко распространены и сосредоточены сосновые леса области, занимающие самые разнообразные типы лесорастительных условий, но преобладающими являются боры и субори широкое развитие получили сосняки зеленомошного ряда.

Увеличивающаяся частота засух в южных регионах России вызывает озабоченность лесоводов. Таким образом, в лесном фонде области проявляются негативные климатические явления, которые побуждают лесоводов искать эффективные меры по лесовосстановлению, в минимальной степени, зависящие от засух.

Лесоустройство отмечает, что приоритетными направлениями воспроизводства лесов является восстановление коренных, наиболее хозяйственно-ценных сосновых насаждений и высокоствольных дубрав. Поэтому основным принципом в воспроизводстве лесов Пензенской области является создание лесных культур на вырубках сосны, дуба и лиственных пород, а также содействие естественному возобновлению на вырубках высокобонитетных березняков и осинников. Признается, что содействие естественному возобновлению леса является одним из наиболее экономичных способов лесовосстановления.

Лесной фонд Пензенской области представлен защитными и эксплуатационными лесами. Преобладают защитные леса, удельный вес которых составляет 55% от общей площади лесов.

Наиболее полное использование расчетной лесосеки в 2011 году было в лесничествах северо-востока области – Кададинском, Кузнецком и Никольском (62-65%), где имеются сплошные массивы лесов с преобладанием сосны. По хвойному хозяйству области расчетная лесосека осваивается на 100% (176 тыс.м3).

2. МЕТОДИКА РАБОТ, ОБЪЕМ СОБРАННОГО МАТЕРИАЛА Основным методом исследования был принят метод пробных площадей. Использованы общепринятые математико-статистические методы обработки полевых и экспериментальных материалов, а также имитационное моделирование лесовозобновительного процесса сосняков.

Полевой материал собран за период полевых работ в 2006-2011 годах.

Кроме того, для имитационного моделирования привлечены материалы публикаций, работавших в этом районе исследователей. Изучение естественного лесовосстановления в лесничествах проведено по общепринятым методикам (Аглиуллин, 1976; Белов, 1973, 1983; Побединский, 1966) с оценкой количественного и качественного состояния подроста в связи с лесоводственно-таксационной характеристикой насаждений.

Результаты опытных рубок и мер содействия естественному возобновлению сосны в сосняках брусничных рассматривались на заложенных стационарах в Кададинском (6,49 га) и Никольском (15,3 га) лесничествах.

Рекомендации по рубкам и воспроизводству сосняков Пензенского Засурья, базируются на основании результатов исследования естественного возобновления и имитационного моделирования, влияния засухи 2010 года на выживаемость лесных культур и подроста, результаты эксперимента с проведением сплошных, равномерно-постепенных, группово-постепенных рубок и рубок обновления, применением в технологии выборочных рубок нового орудия для сопутствующего содействия естественному возобновлению.

Экономическая оценка естественного и искусственного воспроизводства сосняков до формирования жердняка выполнена с учетом фактических затрат по МЛХ Пензенской области на искусственное лесовосстановление и выборочные рубки.

3. ЕСТЕСТВЕННОЕ ВОЗОБНОВЛЕНИЕ СОСНЫ И ВЛИЯНИЕ НА ЛЕСОВОССТАНОВЛЕНИЕ ЗАСУХИ 2010 ГОДА В 2009 году нами были обследованы вырубки спелых сосновых насаждений в Двориковском, Неверкинском, Чаадаевском, Никольском лесничествах. Это были сплошные и равномерно-постепенные рубки, а также участки под пологом леса с минерализаций и без неё. Результаты этих обследований дают возможность по успешности естественного возобновления сосны оценить применимость на практике выборочных рубок, как альтернативу искусственному восстановлению сосняков.

В одном из наиболее распространенных типов леса – сосняке орляковотравяном (В2) после завершения третьего приема равномерно-постепенной рубки в 1998 году был сохранен подрост. Накопление подроста происходило в течение 6 лет после завершения рубок. Количество накопленного жизнеспособного подроста сосны через 7 лет после рубок составляет 7 тысяч на гектар при 0,25 тыс. шт. березы повислой. Этого более чем достаточно для формирования полноценного соснового древостоя.

В результате проводимых рубок неизбежно происходит частичная минерализация поверхности почвы. Мы сравнили густоту подроста на участке рубок обновления, проведенных в 2006 году, в условиях А2 на площади с относительно сохраненной (нетронутой) и минерализованной поверхностью почвы до проведения рубок. Результат – очень густой подрост на минерализованной поверхности (95 тыс./га) и густой подрост сосны (13,тыс./га) на площадях, где целевая минерализация не проводилась.

Такая же закономерность прослеживается и в условиях В2. Выборочные санитарные рубки в ТЛУ В2 с интенсивной минерализацией поверхности почвы также приводят к активному накоплению подроста сосны.

Аналогичная ситуация складывается и в сосняках лишайниковых.

Рубки обновления, проведенные в 2005 году со снижением полноты древостоя до 0,4 обеспечили последующее накопление подроста под изреженным пологом.

Реализация естественного возобновления леса происходит и на площадях лесных культур, в которых сосна поселяется как в междурядьях, так и в ряду. При этом количество подроста достигает величин вполне приемлемых для успешного формирования сосновых молодняков.

Обобщая результаты оценки естественного возобновления сосны можно отметить следующее. На количество подроста оказывают влияние типы лесорастительных условий и полнота древостоя. Наибольшее количество подроста сосны накапливается в условиях А2 с полнотой древостоя 0,3-0,4. Однако при этом следует учесть, что данный эффект в большой степени нужно отнести на счет минерализации поверхности почвы.

Также эффективно накапливается подрост сосны после минерализации в условиях сухой субори при полноте 0,4 и свежей субори при полноте 0,6.

В процессе рубок происходит частичная минерализация и содействие естественному возобновлению, которая носит сопутствующий характер, и хотя накопление подроста сосны происходит в значительно меньшем количестве, но и его достаточно для формирования молодняков.

Измерение температуры поверхности открытых песчаных почв и нижележащих горизонтов во время засухи 2010 года показало значения температур поверхности почвы (0-1,5 см) в 13 часов +60,2оС. Обследование лесных культур сосны в Индерском лесничестве, созданных в 2000 году на склоне северной экспозиции в лесорастительных условиях А2-В2 с перепадом высот с юга север в 12 м показало различия в выживаемости сосны (табл. 1).

В нижней части Таблица 1 – Соотношение сосны в культурах по степени склона влагообеспежизнеспособности в результате засухи 2010 года (ТЛУ А2В2, возраст культур 10 лет) ченность значительно лучше. С подъемом Показатель Нижняя Средняя Верхняя вверх по склону меняВсего учтено растений 331 349 3ется и тип лесорастииз них повретельных условий от В25 52 жденных через А2 к А1-2. Отсут погибших 29 89 1ствие затеняющего здоровых сплошного полога уси277 208 1лило прогрев поверхДоля жизнеспособных 0,84 0,60 0,ности почвы и её иссушение.

Обследование сплошной вырубки 2002 года (кв. 66 выд. 32 Индерского лесничества) проведено по четырем местоположениям для выявления влияния окружающей обстановки на состояние подроста сосны (табл. 2.) Таблица 2 – Распределение подроста по местоположению на сплошной вырубке Всего Местоположение Кол-во Кол-во Доля Доля № учтенного (категория живых, усохших, живых, усохших, ПП подроста, участка) тыс.шт./га тыс.шт./га % % тыс.шт./га 1 Юго-западный угол вырубки 2,16 1 1,16 46% 54% 2 Юго-восточная опушка вырубки 1,98 1,8 0,18 91% 9% 3 Волок 1,27 0,95 0,32 75% 25% 4 Северо-Западная часть вырубки 2 0,9 1,1 45% 55% Существует разница между сохранностью подроста по категориям участков. При этом наблюдается явная тенденция к большей сохранности в условиях притенения либо кронами деревьев у стены леса (ПП2), либо лиственным подростом на волоке ПП3). Освещенные в течение дня участки вырубки - юго-западный угол вырубки (ПП1) и северо-западная часть вырубки (ПП4) получают большее количество солнечного тепла, что приводит к гибели почти половину всего имеющегося на этих участках подроста сосны (табл. 3). Снижение температуры поверхности почвы обеспечивается наличием ветра, как агента теплопереноса. Высоты и приросты подроста на вырубке по местоположениям имеют тенденцию к различиям по высоте и приростам. Однако высоты жизнеспособного и усохшего подроста, на каждом из местоположений, статистически не различаются (критерий различия по Стьюденту менее 3-х). Значительные колебания высоты подроста на участках различных категорий также не позволили доказать статистически достоверные различия высот за исключением юго-восточной опушки вырубки. (t=>3 во всех случаях).

Таблица.3 – Средние показатели жизнеспособного и усохшего подроста сосны (над чертой – живые, под чертой – усохшие) № Средняя Средний Прирост за Прирост за ПП Местоположение высота, возраст, лет 2010 год, см 2009 год, см (категория участка) см Юго-западный угол 73,1±6,09 6,84±0,17 10,1±1,0 17,20±0,вырубки 45,0±2,88 6,51±0,20 7,91±0,65 13,53±0,2 Юго-восточная опуш- 31,71±1,51 5,31±0,13 5,62±0,41 9,27±0,ка вырубки 30,78±1,39 5,31±0,12 5,62±0,46 8,98±0,3 Волок 73,39±5,45 5,94±0,13 13±0,85 14,60±0,72,06±5,72 5,90±0,13 12,84±0,9 14,42±1,4 Северо-Западная 69,1±7,03 6,99±0,14 9,88±0,69 15,76±0,часть вырубки 54,0±8,23 6,01±0,10 9,63±0,64 14,59±0,Обследование постоянных пробных площадей с проведенными рубками в Траханиотовском лесничестве показало, что форма рубок влияет на выживаемость подроста. Однако здесь смешивается ряд факторов – это не только засуха 2010 года, но наличие подстилки (укоренение в ней и элиминация всходов вследствие пересыхания субстрата), корневая конкуренция материнского древостоя и лимитирующее влияние полога древостоя на свет.

На участке сплошной рубки влажность почвы увеличивается сверху вниз практически по прямолинейной зависимости. Отсутствие корневых систем древостоя определяет повышенную в сравнении с остальными секциями влажность почвы на глубинах более 10 см. На глубине 90 см на данной секции зафиксировано самое высокое значение влажности почвы.

В кулисе освещенность увеличивается за счет бокового притока света: с северной стороны от сплошной рубки, и за счет равномернопостепенных с южной стороны. Древостой на данной секции не тронут рубками, полог не изрежен. Прямого дополнительного освещения поверхности почвы нет. Поэтому влажность верхних горизонтов в три раза выше, чем на вырубке. На глубине около 30 – 50 см влажность понижается. На этой глубине располагается основная масса активной части корневой системы, отмечен водоупор в виде каменисто-щебенчатой прослойки мощностью около 30 см.

На секции равномерно-постепенной рубки древостой изреживался, поэтому влажность верхних горизонтов ниже, чем в кулисе. Но на 50 см влажность резко возрастает. Это может быть объяснено наличием водоупорного щебенчатого горизонта и меньшей массы деятельных корней древостоя в связи с рубками.

На секции группово-постепенной рубки почвенные образцы для измерения влажности брали в окне. Поэтому верхний горизонт от воздействия солнца и живого напочвенного покрова иссушен. Ниже распространена корневая система, что объясняет боле низкие показатели влажности.

Далее на глубине 90 см влажность почвы резко возрастает из-за отсутствия источника ее потребления.

На контроле полог древостоя не подвергался изреживанию. Влажность почвы с увеличением глубины практически не отличается от влажности почвы на секциях с выборочными рубками.

На секции равномерно- и группово-постепенной рубки наблюдаются наиболее благоприятные условия для жизни подроста. Здесь почвенная влага расходуется более равномерно по всему профилю.

На сплошной вырубке из-за отсутствия древостоя, температура её значительно больше, чем на других секциях. Это имеет существенное значение при облесении сплошных вырубок и открытых площадей (прогалин, пустырей) на легких песчаных почвах. Перегрев поверхности почвы в лето 2010 года, как было отмечено выше, явился основной причиной гибели сосновых культур (списано более 2000 гектар по области) и подроста на вырубках прошлых лет. Это явление обнаруживается и в обычные годы, когда температура почвы достигает не столь критических как в 2010 году температур (Денисов, Егоров,2005). Тем не менее, поверхностные слои открытых песчаных почв интенсивно теряют влагу.

Коэффициент завядания (влажность устойчивого завядания) для многих растений составляет 2..3%. Исследования Н. С. Санниковой (1975) влияния влажности песчаного субстрата на прорастание семян сосны разных популяций Зауралья показали, что минимальная влажность начала прорастания составляет от 2—3%, до 25%.

Как отмечает Ю.А.Злобин (1972) кратковременные засухи не снижают всхожести семян, но являются летальными для проростков. По данным С.Н. Санникова (1976) содержание влаги в почве - лимитирующий фактор на стадии формирования проростка. Оптимум влажности 20—25% на песке, 28—35 на супеси и 45—50% в подстилке. Минимум увлажнения (коэффициент завядания проростков) — 1—2% на легких почвах и 4—6% в подстилке. Как правило, выживают лишь те экземпляры, корневые системы которых быстрее достигают минерального горизонта почвы и более мощно развиты (Денисов, Демичева, Егоров, 2009).

Следует отметить, что в публикациях об устойчивости к обезвоживанию указывается, что она обусловлена наследственно, передается потомству при семенном и вегетативном размножении (Котов, 1995, 1996, 1997а, 1997б), а также проявляется на географическом, популяционном и индивидуальном уровнях (Наквасина, 2002).

При замене естественных популяций сосны на лесные культуры, можно резко снизить устойчивость лесных культур к засухам и способность сосновых насаждений к естественному возобновлению при хроническом дефиците влаги в почве, которая проявляется в большей мере на сплошных вырубках. Так в 2010-2011 годах по Пензенской области списано лесных культур на площади более 2,3 тыс. га.

4. ЕСТЕСТВЕННОЕ ВОЗОБНОВЛЕНИЕ СОСНЫ НА УЧАСТКАХ РАЗНЫХ ФОРМ РУБОК В ноябре 2007 года выполнены сплошные, равномерно-постепенные и группово-постепенные рубки на постоянной пробной площади в Кададинском районном лесничестве. Мощность подстилки, как одного из главных факторов, лимитирующих численность подроста, измерена с помощью электроизмерительного прибора (Санников, 1985). Достоверность различия средних величин мощности подстилки (по Стьденту) между секциями пробной площади не подтвердилась на уровне 0,99 (t0,99<< tтаб=2,787).

Секция сплошных рубок (СР) имела до проведения рубок 29,3 тыс.

шт./га мелкого подроста сосны с встречаемостью 0,92. Из мелколиственных пород присутствовало 0,7 тыс. шт./га березы повислой. Несмотря на высокую в целом встречаемость подроста сосны, обнаруживается его групповое размещение, выражающееся в колебании численности здорового подроста на учетных площадках от 0 до 127 штук и коэффициенте изменчивости по учетным площадкам более 100%.

Причиной является наличие в пологе «окон», обеспечивающих большее проникновение под полог рассеянного верхнего света и осадков, а также вероятно пятнистость в распределении мощности лесной подстилки (от 1 до 5 см).

При проведении сплошных рубок практически был полностью уничтожен подрост сосны. После рубок в наличии оказалось лишь 1,8 тыс.

шт./га сосны в 2008 году и 1 тыс. шт./га в 2009 году. Появилась осина (1,тыс. шт./га в 2008 году и 7 тыс. шт./га в 2009 году) и возросло участие березы повислой (4,6 тыс. шт./га в 2008 году и 5 тыс. шт./га в 2009 году).

На секции равномерно-постепенных рубок за последующие два года после рубок произошло некоторое снижение численности подроста до 5,6 тыс. шт./га при участии в составе подроста 92…95%. При этом участие березы повислой в лесовозобновительном процессе не повысилось и колеблется около 5…8% в составе возобновления.

На секции группово-постепенных рубок доля сосны колеблется в пределах 58…68%, соответственно доля березы в составе подроста колеблется около 42…32%. Повышенное участие березы в составе подроста объясняется наличием значительного количества света в окнах, имеющих диаметр до 25 метров.

На контроле количество сосны невелико и колеблется в пределах одной тысячи на гектар, хотя составляет около трети всего подроста. Из лиственного подлеска здесь преобладает рябина.

Влияние засухи 2010 года оказало значительное воздействие на процесс восстановления сосны не только на сплошных вырубках и в лесных культурах, но и на местах опытных рубок. По нашему мнению, экстремальные условия 2010 года, несмотря на общие негативные последствия, наиболее ярко продемонстрировали различия форм рубок с точки зрения сохранности подроста сосны в условиях крайнего дефицита влаги.

Так на площади сплошных рубок весь имевшийся в 2009 году подрост сосны погиб. Погибли и лесные культуры, созданные в 2008 году. Вдвое сократилась численность березы и осины. Выжили особи, которые имели к началу 2010 года высоту более 0,5 м и соответственно развитую корневую систему. Преимущество в скорости роста и формировании корневой системы березы и осины выразилось в их выживаемости на сплошной вырубке.

Значительная доля погибшей сосны наблюдается на всех секциях. Но в бльшем количестве жизнеспособной сосны сохранилось в кулисе, играющей буферную роль между секциями со сплошной рубкой и равномернопостепенной. Здесь соотношение между количеством сосны и лиственными составляет 1,7 : 0,5. На секции РПР это соотношение составило 1 : 1; на секции ГПР 0,8 : 2,3. На секции контроля жизнеспособные сосна и лиственные практически отсутствуют. Влияние минерализации плугом ПКЛ-70, при подготовке почвы под культуры, никак себя не проявила.

Достоверность различия средних количества жизнеспособного подроста сосны по вариантам рубок оценивали по критерию Стьюдента. На 95% уровне значимости различия достоверны в сравнении сплошных рубок и кулис, кулисы и контроля. Здесь коэффициент Стьюдента фактический больше табличного показателя (табличный t0.95=2,262). В остальных случаях различия недостоверны. Следует отметить большую неравномерность пространственного распределения подроста, что приводит к большим значениям дисперсии рядов наблюдений. Аналогичные различия наблюдаются и по лиственным породам.

Выделяется на общем фоне кулиса, где погибло наибольшее количество сосны, но и сохранилось здесь больше, чем на остальных секциях (табл. 4).

Таблица 4 – Матрица различий по Стьюденту густоты жизнеспособного подроста сосны1 по секциям после засухи 2010 года Варианты Варианты рубок рубок СР Кулиса РПР ГПР К СР 0 3,696 2,537 1,681 1,3Кулиса 3,696 1,7 ± 0,46 1,071 1,384 3,4РПР 2,537 1,071 1,04 ± 0,41 0,401 2,3ГПР 1,681 1,384 0,401 0,79 ± 0,47 1,4К 1,333 3,492 2,317 1,498 0,08 ± 0,Встречаемость подроста разных категорий жизнеспособности приведена в таблице 5.8 и свидетельствует о равномерном размещении подроста обеих категорий состояния подроста в кулисе ( 0,6), на остальных секциях подрост размещен неравномерно.

Состав подроста на секциях. На секции сплошной рубки в составе жизнеспособного подроста преобладает осина в количестве восьми единиц, почти столько же единиц осины и в составе усохшего подроста.

В кулисе возобновление сосны хорошее и в составе её имеется восемь единиц жизнеспособного и девять усохшего подроста с небольшой примесью других пород. На секции группово-постепенных рубок в составе усохшего и жизнеспособного подроста одинаковое количество сосны - две единицы. Остальная часть –осина, береза. На контроле жизнеспособного подроста сосны всего одна единица, в составе усохшего – семь единиц.

Минимальная высота подроста сосны обнаруживается в секции «Контроль». Высота подроста на секциях с РПР и ГПР практически одинакова.

В целом ещё рано говорить о преимуществе в высоте подроста на какойлибо секции, поскольку реакция на прирост подроста в высоту после рубок замедлена, а времени после рубок, чтобы оценить достоверно этот показатель, прошло недостаточно.

Сохранность подроста под пологом, кроме световых условий, зависит от влажности верхних горизонтов почвы, включая подстилку, в которых укореняются на первых этапах всходы. Так по нашим измерениям высоты надземной части сосны и длины её центрального корня, оказалось, что степень связи этих показателей зависит от жизнеспособности самосева. Так жизнеспособные экземпляры сосны имели коэффициент корреляции между высотой стволика и длиной корня 0,849. Нежизнеспособные – 0,441.

Здесь по диагонали приведены средние значения густоты подроста в тыс. шт./га.

Измеренная мощность подстилки показала, что интервал колебания мощности её составляет от 1 до 5 см. Длина же корней самосева зависит от возраста сосны. Асимметричность кривых распределения свидетельствует о тенденции к переходу распределения частот длины корней от симметричного распределения у всходов, к выраженному правому шлейфу у трехлетней сосны. Это, скорее всего, результат естественного отбора подроста с увеличенной длиной корня и гибели с короткой во время дефицита влаги в верхних горизонтах почвы. На гибель сосны с коротким стержневым корнем указывает и величина эксцесса. Имеется возрастная тенденция перехода кривой распределения от туповершинного, на этапе всходов, к островершинному распределению к трехлетнему возрасту.

Для выживания всходов сосны важна влажность верхних слоев субстрата (подстилка+почва) в пределах 3–9 см. Верхний слой представлен подстилкой, достигающей местами 4–5 см в сосняках брусничных. Поэтому пересыхание только подстилки приводит к гибели 32% всех всходов.

При пересыхании кроме подстилки еще и 2 см гумусового слоя погибнет до 75% всех всходов. При тех же условиях гибель самосева (2-х летней сосны) составит 48%, а трехлеток – 20% (Демичева, Денисов, 2012).

5. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРОЧНЫХ РУБОК С СОДЕЙСТВИЕМ ЕСТЕСТВЕННОМУ ВОЗОБНОВЛЕНИЮ СОСНЯКОВ ПЕНЗЕНСКОГО ЗАСУРЬЯ Любая система рубок связана в первую очередь с лесовосстановлением. С точки зрения современного лесного хозяйства, цикл «заготовка древесины - воспроизводство лесов» представляется единым и неразрывным процессом. При этом доходность лесного хозяйства должна включать в себя также весь этот цикл, обобщая все затраты на производство и заготовку древесины и доход от её реализации.

Основные затраты при лесокультурном лесовосстановлении складываются из заготовки семян и их производства на лесосеменных участках и плантациях, выращивания посадочного материала, подготовки почвы и посадки, последующих лесокультурных и лесоводственных уходов до начала получения товарной древесины при проведении прореживаний и проходных рубок.

Наиболее оптимальным вариантом лесовосстановления может являться минерализация поверхности почвы за несколько лет до сплошных или начала выборочных рубок.

Предварительное возобновление чаще всего связывают с подростом теневыносливых пород. Сосна же, как светолюбивая порода, требует для успешности своего предварительного возобновления особые условия, к которым следует отнести тип леса (наличие маломощной подстилки и минимальной конкуренции со стороны живого напочвенного покрова), низкую сомкнутость полога, «семенную спелость» почвы и наличие достаточного количества всхожих семян. Если тип леса определяет основные свойства среды, где происходит процесс естественного возобновления, то в силах лесовода откорректировать их разумно экономичными хозяйственными воздействиями: удалением подстилки, изменением сомкнутости подлеска или древесного яруса. В лесохозяйственной литературе практически повсеместно отмечается, что меры содействия необходимо проводить в семенной год, основываясь на том, что из огромного количества семян только небольшая часть их даст жизнь новому поколению древостоя. Так ли это? Мы провели численный эксперимент количества всходов и подроста под пологом древостоев с учетом количества семян на семеносящих деревьях по классам роста, сомкнутости полога, наличия подстилки, выживаемости всходов и сохранности самосева.

Исходные данные для моделирования количества семян сосны, опадающей под пологом насаждений получены как при натурных исследованиях, так и из научной литературы, характеризующей отдельные этапы процесса естественного возобновления сосны Для Пензенской области мы преобразовали данные по учету появления всходов на минерализованных площадках под пологом чистых 70летних сосновых древостоев сомкнутостью 0,6 и 0,8 в Кададинском лесхозе (Денисов, Егоров, 2005). Эти исследования показывают, что сразу после минерализации почвы количество всходов сосны на 1 м2 колеблется от до 82 штук, что в пересчете на 1 гектар дает значения 210–820 тыс. всходов. Если принять грунтовую всхожесть семян на минерализованных площадях 50%, то количество опавших под полог семян в 2004 году составило 420–1640 тыс. штук. В августе 2005 года на 1 гектар опало от 160 до 5тыс. шт. семян. Эти же авторы приводят сведения по учету всходов на гари в 30-летнем сосняке (низовой пожар, приведший к гибели молодняк сосны), где за 2003-2005 годы появлялось в пересчете на гектар 28,5; 3,5 и 1,тыс. всходов.

Для расчетов количества семян в древостоях были учтены количественные и относительные величины урожая семян сосны в разных по возрасту древостоях с разным количеством семеносящих деревьев в связи с классом их роста.

Грунтовая всхожесть семян зависит от состояния субстрата и, в первую очередь, устойчивости его водного режима. Отсюда – высокая летальность среди всходов, поселившихся на подстилке. По литературным данным соотношение грунтовой всхожести семян сосны к лабораторной всхожести составляют следующие величины: 0,84 (ВНИИЛХ), 0,65 (ВНИАЛМИ), 0,27 (Преображенский – по Львову и Стальскому). Если учесть, что данные ВНИИЛХ и ВНИАЛМИ относятся к открытым площадям питомников, а А.В.Преображенского к естественным условиям пласта, перевернутого плугом, то соотношение 0,84/0,27=3,11 и 0,65/0,27=2,41. Т.е.

условия, создаваемые при минерализации плугом в 3,1…2,4 раза хуже, чем в условиях питомника.

Экспериментальная работа С.А.Денисова и В.М.Егорова (2005) под пологом сосняков брусничных сомкнутостью 0,6 показала следующее соотношение количества всходов между вариантами: «подстилка» : «удаление подстилки» : «удаление подстилки вместе с гумусовым горизонтом» 1 :

3,3 : 6,9. Если учесть, что перевернутый пласт является микроповышением, то следует предположить, что он и пересыхает быстрее, что приводит к снижению численности всходов. Отсюда вариант удаления подстилки и гумуса без создания микроповышений/микропонижений более предпочтителен и увеличивает шансы на выживание всходов почти в 7 раз. Соотношение же успешности содействия этими вариантами следует принять округленно до минимальных целых значений как 1:3:6.

Численное моделирование показывает, что практически все древостои сосны старше 30 лет могут обеспечивать занятую и прилегающую к ним площадь семенами, всходами и подростом (табл. 5) в количестве, достаточном для формирования древостоя нового поколения.

Таблица 5 – Расчетные величины количества подроста под пологом сосновых насаждений в связи с их возрастом (II класс бонитета и 80% лабораторная всхожесть семян) Возраст, лет Расчетные показатели 30 40 50 60 80 Количество деревьев:

всего 1 674 1 442 1234 1050 751 6плодоносящих 668 530 472 440 391 3Количество семян, шт/га 754 667 461 145 335 025 280 386 244 573 237 6Количество всхожих семян, шт/га 603 734 368 916 268 020 224 309 195 658 190 0Средний диаметр древостоя, см 7 13 17 21 26 Количество всходов:

без подготовки почвы 72 448 44 270 32 162 26 917 23 479 22 8 удалена подстилка 239 078 146 091 106 136 88 826 77 481 75 2 огневая подготовка 404 501 247 174 179 573 150 287 131 091 127 3 всходов на минерализован499 891 305 462 221 921 185 728 162 005 157 4ной поверхности Выживет ко второму году (самосев сосны) самосев на подстилке 7 027 4 294 3 120 2 611 2 277 2 2 самосев на участке с удаленной подстилкой 66 464 40 613 29 506 24 694 21 540 20 9 самосев на минерализованной поверхности 115 475 70 562 51 264 42 903 37 423 36 3Таким образом, нет необходимости в проведении содействия естественному возобновлению сосны под семенной год. Семян достаточно ежегодно.

Нужно лишь создавать благоприятные условия для появления всходов и выживания их до самосева и далее до подроста.

Для выявления влияния полноты и сомкнутости полога спелых древостоев указанных типов леса на встречаемость и густоту всходов, самосева и подроста был проведен корреляционный анализ (Демичева, Денисов, Егоров, 2011) с использованием данных 14 пробных площадей Количество всходов и их встречаемость имеют положительную связь с полнотой древостоев. Это связано с бльшим количеством семян в древостоях, имеющих бльшую полноту и сомкнутость. Выживаемость всходов и переход их в состояние самосева (2 года) и далее в собственно световую стадию возобновления – подрост, зависит от полноты древостоев (коэффициент корреляции встречаемости подроста с полнотой отрицательный высокий).

Поэтому время второго приема рубки после формирования достаточного количества самосева должно совпадать с этой фазой, которая может наступить на второй или третий год после первого приема рубки с проведением содействия естественному возобновлению сосны.

Для проведения мер содействия естественному возобновлению сосны под пологом леса, нами предложена конструкция плуга. Его работа заключается в удалении подстилки без создания нанорельефа2. Как показано нами (Демичева, Денисов, 2012), местное поднятие поверхности почвы даже на 10 см в условиях лесостепи обуславливает быстрое пересыхание почвы и гибель всходов, длина корневых систем которых сопоставима с размерами форм нанорельефа. Плуг удаляет подстилку до минерального горизонта и создает взрыхленную поверхность для лучшего сохранения влаги в верхнем горизонте почвы. Плуг может агрегатироваться с любым легким малогабаритным трактором, способным передвигаться под пологом спелых древостоев.

Минерализация может проводиться под пологом чистых высокополнотных древостоев сосняков брусничных еще до проведения первого приема выборочных (равномерно-постепенных) рубок с последующим изреживанием до полноты 0,6…0,4 уже через 2 года. Это позволяет подросту сосны накопиться в достаточном количестве в течение следующих 2–3 лет после рубки.

При полноте древостоев 0,6–0,4 минерализация плугом для содействия под пологом может проводиться за 3–4 года до сплошных рубок.

При этом нами предлагается адаптивно-модульный подход к рубкам и восстановлению леса. Он заключается в разработке отдельных технологиче Наиболее динамичные формы рельефа (от 0,1 до 2 м по протяжению и до десятков сантиметров по высоте). (Киреев, 1984, с. 79) ских модулей, приспособленных к определенным лесоводственным и таксационным характеристикам сосновых лесов (точно так же это относится и к лесам других пород и состава). Здесь сочетаются две цели – рубка спелого леса и его восстановление. Выбор модулей, составляющих проектируемую технологию рубок, адаптируют к био-экологическим факторам, присущими каждому конкретному насаждению.

Модулем в адаптивно-модульной технологии рубок и восстановления леса является отдельный технологический процесс, адаптированный к текущей лесорастительной ситуации конкретного древостоя, обеспечивающий наилучшее выполнение каждой последующей технологической операции в достижении главных целей лесовосстановительного пользования. Каждый модуль имеет свой лесоводственный принцип, определяющий его сущность.

Модули могут быть представлены в следующем порядке:

1) способ отбора деревьев в рубку;

2) выбор технологии рубки отобранных деревьев;

3) способ содействия естественному возобновлению;

4) мониторинг лесовозобновительного процесса;

5) выбор условий назначения следующего приема рубок;

6) подбор технологии рубки деревьев в следующий прием с сохранением мелкого подроста;

7) мониторинг развития и состояния молодняка;

8) выбор метода и способа рубок ухода за составом молодняка.

Эти модули совмещаются между собой для достижения главной цели – заготовки древесины и эффективного лесовосстановления главной породы.

Каждый модуль может быть представлен несколькими вариантами. Такой подход к восстановительному лесопользованию должен повысить эффективность всего цикла пользования древесными ресурсами с одновременным сохранением экологической роли лесов. Экономическая оценка сплошных и выборочных рубок и воспроизводства сосняков до возрастной стадии «жердняк» показывает существенные различия по затратам. Затраты при рубках и естественном восстановлении леса составляют 5,3 тыс.р/га, тогда как при искусственном – 16,1 тыс. р/га.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ Перспективы воспроизводства лесов в Пензенской области не определены. С одной стороны, развивается лесокультурное дело и затраты на него, с другой стороны требуется снижение затрат на лесовосстановление.

На количество подроста под пологом леса оказывают влияние типы лесорастительных условий и полнота древостоя; наибольшее количество подроста сосны при проведении минерализации поверхности почвы накапливается в условиях А2 с полнотой древостоя 0,3-0,4. Также эффективно накапливается подрост сосны после минерализации в условиях сухой субори при полноте 0,4 и свежей субори при полноте 0,6.

Несмотря на оценку лесоустройством в Пензенской области естественного возобновления сосны как малоэффективного способа лесовосстановления, имеются все лесоводственно-экологические предпосылки для успешного накопления подроста сосны предварительной генерации в сосняках сухих и свежих боров и суборей при снижении относительной полноты спелых древостоев до 0,6-0,3.

При использовании интенсивной минерализации поверхности почвы под пологом низкополнотных сосняков (полнота менее 0,5) площади лесосек могут быть обеспечены подростом сосны с густотой до 100 тыс. шт./га и более. Этот путь восстановления сосняков ряда боров и суборей может быть альтернативой искусственному восстановлению.

На сплошных вырубках сосняков лишайниковых и брусничных количество накапливающегося подроста чаще недостаточно. Причина – избыточная солнечная радиация, вызывающая сильный прогрев открытых почв.

В условиях сплошных вырубок на легких почвах на гибель подроста сосны влияет окружение – стены леса, которые препятствуют конвекционным потокам воздуха. Горизонтальная замкнутость сплошных вырубок на небольших площадях приводит к повышению до критических значений температуры открытых поверхностей (почвы), подверженных солнечной радиации, что являются основной причиной гибели растений сосны на этапе лесовосстановления.

Рельеф оказывает косвенное влияние на выживаемость подроста во время засухи. Минимальная гибель подроста и экземпляров сосны в культурах происходит в нижней части склонов на легких почвах и максимальная – в верхней части склона, что связано в первую очередь с перераспределением влаги.

Засуха 2010 года четко отразила различия в температурах почв в связи с формами рубок спелых сосняков. Почвы на сплошных вырубках имеют температуры по всем глубинам значительно выше, чем под пологом сосняков, пройденных выборочными рубками. Влажность почв на сплошной вырубке в целом по профилю выше. Однако верхний 10-сантиметровый слой почвы, где укореняются всходы, имеет влажность ниже коэффициента завядания (1%). С глубиной влажность почвы стабильно нарастает до 7%.

При равномерно-постепенной и группово-постепенной рубке влажность верхнего горизонта почвы составляет от 1,5 до 4%, что является преимуществом в сравнении со сплошными рубками.

Несмотря на сильнейшую засуху 2010 года, выборочные рубки показали себя с положительной стороны. Наиболее эффективным с точки зрения выживаемости подроста является наличие бокового рассеянного света с севера.

Под пологом сомкнутого сосняка брусничного 75% всех всходов имеют длину корня до 7 см, 2-х летняя сосна – до 9 см и 3-х летняя – до 11. Таким образом, гибель всходов сосны и 2-х леток в первую очередь обусловлена пересыханием подстилки, которая в брусничных типах леса в условиях Пензенской области достигает 5 см Вариант удаления подстилки и гумуса без создания микроповышений/микропонижений более предпочтителен и увеличивает шансы на выживание всходов почти в 7 раз. Соотношение же успешности содействия естественному возобновлению сосны этими вариантами следует соотносится как 1:3:6.

Численное моделирование, показывает, что практически все древостои сосны старше 30 лет могут обеспечивать занятую и прилегающую к ним площадь семенами, всходами и подростом в количестве, достаточном для формирования древостоя нового поколения. Таким образом, нет необходимости в проведении содействия естественному возобновлению сосны исключительно под семенной год. Семян ежегодно достаточно для формирования подроста. Достаточно создавать благоприятные условия для появления всходов и выживания их до этапа самосева и далее до подроста.

В вегетационный период с недобором осадков (засуха) пересыхание только подстилки приводит к гибели 32% всех всходов. При пересыхании кроме подстилки еще и 2 см гумусового слоя, происходит гибель до 75% всходов, до 48% 2-х леток и до 20% 3-х леток.

Рекомендации Для условий Пензенской области, в которой вероятность засух более 20%, необходимо отказаться от сплошных рубок в сосняках на легких песчаных и супесчаных почвах, как не соответствующих биологии и экологии последующего возобновления сосны.

Необходимо уделять больше внимание восстановлению сосняков за счет предварительного возобновления, на сохранение полога древостоя в процессе рубок, как оттеняющего фактора, снижающего температуру поверхности почвы, а также источника ежегодного достаточного количества семян. Одновременно с этим, следует выдерживать световые условия под пологом, достаточные для существования самосева сосны. Заключительный прием рубок всегда необходимо проводить в соответствии с технологиями, способствующими сохранению подроста по снежному покрову.

Необходимо при лесовосстановлении учитывать высокую вероятность засушливых лет в Пензенской области и при проведении сплошных рубок в боровых и суборевых условиях, строго выдерживать направление лесосек с востока на запад, а ширину лесосек не делать более 25 метров (падающая тень на вырубку в полдень с учетом стояния Солнца). При создании лесных культур ряды направлять с востока на запад, а почву, во избежание ожога корневой шейки сеянцев, в обязательном порядке мульчировать.

Адаптивно-модульная технология рубок и восстановления леса заключается в разработке отдельных технологических модулей, приспособленных к определенным лесоводственным и таксационным характеристикам сосновых лесов (точно так же это относится и к лесам других пород и состава). Здесь сочетаются две цели – рубка спелого леса и его восстановление. Выбор модулей, составляющих проектируемую технологию рубок, адаптируют к био-экологическим факторам, присущими каждому конкретному насаждению и складывающимся условиям после проведения мероприятий.

Модулем в адаптивно-модульной технологии рубок и восстановления леса является отдельный технологический процесс, адаптированный к текущей лесорастительной ситуации конкретного древостоя, обеспечивающий наилучшее выполнение каждой последующей технологической операции в достижении главных целей рубок.

Минерализацию под пологом насаждений рекомендуем проводить предложенным нами специальным орудием, предупреждающим образование глубоких борозд, не приводящее к повреждению корневых систем, и осуществляющего легкое рыхление почвы на полосе шириной 1,5 м с одновременным удалением с неё подстилки. Степень минерализации выбирается исходя из сложившейся ситуации после проведения первого приема рубок: наличия сохраненного подроста и сомкнутости полога. Суммарная минерализация должна быть не менее 35% от площади лесосеки.

Адаптивно-модульная технология проектирования рубок спелого леса может способствовать уменьшению ошибок при их проведении.

Экономическая оценка сплошных и выборочных рубок и воспроизводства сосняков за счет лесных культур и естественного восстановления проведенная по фактическим затратам до возрастной стадии «жердняк» подтверждает экономическое преимущество выборочных рубок.

Необходим переход от последующего малоэффективного лесовосстановления к наиболее успешному предварительному лесовосстановлению, которое обеспечивает сохранность структуры почвы, предупреждение ветровой эрозии легких песчаных почв на склонах и размыва их дождевыми осадками и весенним снеготаянием.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России 1. Демичева Н.В. К выбору способов восстановления сосняков Пензенской области / Н.В. Демичева, С.А. Денисов, В.М. Егоров. //Изв. Вузов Лесной журнал №1, 2011.с.32-34.

2. Денисов, С.А. Проблемы воспроизводства сосновых лесов Среднего Поволжья / С.А.Денисов, К.К. Калинин, В.П. Бессчетнов, Н.В. Демичева, Т.С. Батухтина, В.В. Самоделкина //Вестник МарГТУ. Лес. Экология. Природопользование.

№1 2012 год с. 12-23.

Публикации в других изданиях 3. Денисов, С.А. Теория и практика естественного возобновления леса / С.А.Денисов, Н.В. Демичева, В.М. Егоров. /Зарегистрировано ФГУП НТЦ «ИНФОРМРЕГИСТР» электронное учебное пособие «Теория и практика естественного возобновления леса». Рег. Свид-во №16944 от 28 июля 2009, присвоен номер госрегистрации 0320901581. Опубликовано http://csfm.marstu.net/elearning.html 4. Демичева, Н.В. Восстановление сосны в Пензенском Засурье лесоводственными мерами /Н.В.Демичева, А.С.Яриков // Леса России в XXI веке. Материалы третьей Международной научно-практической интернет-конференции. Апрель 2010. СПб ГЛТА; -СПб, 2010. С. 88-92.

5. Демичева, Н.В. Выживание самосева сосны при дефиците влаги в сосняках брусничных Пензенской области/ Н.В. Демичева, С.А. Денисов. //Сборник научных трудов SWorld. Материалы международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований ‘2012» Выпуск 1 Том 32. –Одесса. КУПРИЕНКО, 2012, №112-911. – С.38-41.

Отзывы на автореферат просим направлять в двух экземплярах с заверенными печатью подписями по адресу: 424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, дом 3, ученому секретарю диссертационного совета. Факс (8362) 41-08-72 E-mail: MuhortovDI@marstu.net Подписано в печать 20.09.12. Формат 60х84 (1/16) Бумага офсетная. Печать офсетная.

Усл. Печ. Л. 1,0, тираж 100 экз. Заказ Редакционно-издательский центр Поволжского государственного технологического университета 424006, Йошкар-Ола, ул. Панфилова,






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.