WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

       

       

КОРЧАГОВ СЕРГЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВЕННОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ НАСАЖДЕНИЙ НА ЛЕСОВОДСТВЕННОЙ ОСНОВЕ

06.03.01 Лесные культуры, селекция, семеноводство

06.03.03 Лесоведение и лесоводство, лесные пожары 

  и борьба с ними

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук

 

Архангельск 2009

Работа выполнена на кафедре лесного хозяйства ФГОУ ВПО  «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия»

Официальные оппоненты:  доктор сельскохозяйственных наук,

  профессор Мерзленко Михаил Дмитриевич

  доктор сельскохозяйственных наук,

  профессор Чернов Николай Николаевич

  доктор сельскохозяйственных наук,

  профессор Пахучий Владимир Васильевич

Ведущая организация: Архангельский НЦ УрО РАН ГУ «Институт экологических проблем Севера».

Защита состоится 15 декабря 2009 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.03 при ГОУ ВПО «Архангельский государственный технический университет», по адресу: 163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17, главный корпус, ауд. 1228; e-mail: les@agtu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Архангельского  государственного технического университета

Автореферат разослан «_____» _________________2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного  совета Тутыгин Г.С. 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Производство лесной продукции занимает в структуре экономики России одно из ведущих мест по объемам внутреннего валового продукта и экспорта. Весомой составляющей конкурентоспособности лесопродукции является ее высокое качество. Качество российских лесоматериалов, поставляемых на экспорт, уступает нашим зарубежным конкурентам (Писаренко, Страхов, 2004), что существенно снижает возможности государства в получении максимального дохода от их производства. Отсутствие стабильного качества, соответствующего требованиям потребителей, не позволяет рационально интегрировать национальную экономику в мировое пространство и занять в нем достойное место. Особенно остро проблема качества встает в свете предстоящего вступления России в члены Всемирной Торговой Организации. Процессы интеграции в современных условиях развития мирового сообщества объективно необратимы, поэтому внедрение современной концепции управления качеством лесопродукции должно носить приоритетный характер.

В России отсутствует научно-обоснованная система управления качеством и контроля качества древесного сырья в процессе его воспроизводства. Качество древесины оценивается преимущественно на этапе лесосечных работ и первичной переработки, где лесоматериалы классифицируются по внешним признакам в соответствии с нормами национальных стандартов. Определение качества выращиваемой древесины ассоциируется с изучением товарной структуры древостоев. Такой подход основан на разделении запаса по назначению, категориям крупности и сортам, преимущественно с использованием товарно-сортиментных таблиц, что не позволяет в полной мере оценивать качественное состояние формирующейся древесины. Назрела острая необходимость разработки системы формирования и оценки качества древесного сырья в процессе лесовыращивания. Без этого в строгом смысле нельзя говорить о целевом лесовыращивании. В этом случае правомерно применение понятия «качественной продуктивности» деревьев и древостоев в целом (Чибисов, 1992).

Богатый лесоводственный опыт, с достаточной широтой охватывающий вопросы повышения древесной продуктивности насаждений, положен в основу принимаемых управленческих решений в сфере воспроизводства древесных ресурсов. Проблема повышения качественной продуктивности насаждений остается открытой. Ее своевременное, научно-обоснованное решение позволит обеспечить потребителей древесиной высокого квалитетного уровня и гарантировать эффективность производства лесопромышленного комплекса.

Цель и задачи исследований. Цель – решение проблемы повышения качественной продуктивности насаждений на лесоводственной основе в условиях таежной зоны Европейской части России.

Для достижения поставленной цели решались задачи:

- оценка природных факторов в районе проведения исследований, определение их роли в формировании древесины;

- анализ научно-производственного опыта в оценке качества древесины при лесовыращивании;

- научное обоснование методологических подходов к проведению комплексной оценки качества выращиваемой древесины;

- определение качественной продуктивности насаждений на лесоводственной основе;

- разработка практических рекомендаций по повышению качественной продуктивности насаждений с учетом лесоводственных факторов. 

Научная новизна. В результате авторского научного поиска впервые оценены историческая важность и необходимость, накопленный опыт и масштабы исследований свойств древесины в процессе лесовыращивания, выявлена роль наследственных, природных и антропогенных факторов в ее формировании.

С учетом современных требований, предъявляемых потребителями к хвойному древесному сырью для лесопильного и целлюлозно-бумажного производства, обоснована актуальная номенклатура показателей качества древесины пиловочных бревен и балансов, дана их классификация и определена степень весомости. Предложены методика комплексной оценки качества древесины в процессе лесовыращивания и критерии оценки качественной продуктивности насаждений на основе комплексного показателя. Рассчитаны комплексные показатели качества древесины и определена качественная продуктивность насаждений с учетом лесоводственных факторов.

Для древесины сосны и ели в культурфитоценозах таежной зоны северной части Русской равнины определены показатели макростроения, плотности, прочности, параметры сучковатости и формы стволов, установлены функциональные зависимости между качественными характеристиками. На основе генетико-статистического анализа определена степень наследуемости показателей качества древесины в потомстве. Для культур сосны составлены товарно-сортиментные таблицы древостоев на лесотипологической основе, установлен возраст технической спелости леса по целевому диаметру балансов.

Впервые предложено и обосновано понятие «балансовая продуктивность» насаждений, разработана методика ее расчета на основе экономико-квалиметрического анализа. Определен потенциальный запас сульфатной целлюлозы на единице площади лесных культур с учетом разнообразия приемов лесовыращивания.

Основываясь на результатах авторских исследований, разработаны практические рекомендации по повышению качественной продуктивности насаждений с учетом лесоводственных факторов.

Практическая значимость работы. Предложенная классификация показателей качества древесины в рамках логически обоснованной номенклатуры позволяет объективно судить о степени их значимости (весомости) при качественной оценке хвойных пиловочных бревен и балансов. Расчет комплексного показателя на основе предложенных методических подходов дает возможность оценивать качественную продуктивность насаждений в онтоценогенезе и своевременно принимать управленческие решения по повышению качественной продуктивности насаждений.

Использование предложенного экономико-квалиметрического подхода при оценке выращиваемого древесного сырья позволяет определять балансовую продуктивность насаждений. Произведенные расчеты балансовой продуктивности насаждений показывают потенциальный выход сульфатной целлюлозы с единицы лесной площади.

Определение физико-механических свойств древесины сосны и ели, культивируемых в условиях таежной зоны Европейской части России, позволяет внести дополнения в таблицы стандартных справочных данных (РТМ, 1962; ГСССД 69-84). Установленные математические зависимости между показателями качества дают возможность технически упростить процедуру качественной оценки древесины, что является особенно значимым при учете больших объемов древесного сырья.

Применение разработанных товарно-сортиментных таблиц позволяет оценивать выход сортиментов при таксации культур сосны с учетом лесорастительных условий.

Использование при разработке и внедрении программ целевого выращивания древесины научно-обоснованных практических рекомендаций позволит повысить качественную продуктивность насаждений.

Предмет защиты. На защиту выносятся результаты по научному обоснованию системы оценки качества древесины в процессе лесовыращивания и практические рекомендации по повышению качественной продуктивности насаждений сосны и ели с учетом лесоводственных приемов.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований представлены на Всероссийских научно-технических конференциях (г. Архангельск, 1999-2001 г.г., г. Вологда, 2002-2008 г.г., г. Брянск, 2006 г., г. Москва, 2009 г.), международных конференциях (г. Сыктывкар, 1998 г., г. Петрозаводск, 2000 г., г. Красноярск, 2003 г., г. Йошкар-Ола, 2005 г., г. Вологда, 2008 г.). Материалы исследований отражены в 40 публикациях, в том числе в 2 монографиях, учебном пособии, одобренном УМО по образованию в области лесного дела, 9 статьях в реферируемых журналах по перечню ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 541 наименования, в том числе 43 иностранных источника, приложений. Работа изложена на 343 страницах, содержит 139 таблиц и 31 рисунок.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ КАЧЕСТВА

ДРЕВЕСИНЫ ПРИ ЛЕСОВЫРАЩИВАНИИ

История зарождения и развития исследований качества выращиваемой древесины в нашей стране связана с именами В.В. Петрова, А.Е. Теплоухова, А.В. Гадолина, Н.М. Бурого, Н.А. Филиппова, В.А. Петровского, И.А. Яхонтова, А.И. Кондратьева, Н.И. Абрамова, А.И. Терлецкого, А.Н. Шатерниковой, А.И. Калниньш, А.Г. Третьякова, Т.П. Хухрянской, А.Б. Жукова, Б.Д. Жилкина, М.И. Сахарова, П.Г. Кроткевич, И.С. Мелехова, Н.Л. Леонтьева, С.И. Ванина, Л.М. Перелыгина, А.А. Яценко-Хмелевского, О.И. Полубояринова, Р.Б. Федорова, В. Н. Крылова, Е.С. Чавчавадзе, В.И. Пчелина, В.Е. Вихрова, А.А. Солнцева, А.Т. Вакина, В.Д. Надуткина, В.С. Мирошникова, Н.И. Федорова, А.К. Петруша, Е.А. Пугач, Е.И. Савкова, Л.В. Коротяева, Б.Н. Уголева, А.П. Рябоконь, В.П. Рябчук, В.В. Шутова, В.К. Ширнина, А.А. Колесниковой, П.М. Мазуркина, Н.Е. Косиченко и многих других.

В условиях Европейского Севера исследования свойств древесины начаты в 1931 г. под руководством И.С. Мелехова. Первые результаты (Мелехов, 1932) показали, что в условиях Севера может произрастать сосна высокого качества и убедительно опровергли попытки некоторых зарубежных ученых «опорочить» северную древесину. Дальнейшие исследования, проведенные И.С. Мелеховым, Н.Е. Ивановой, Б.И. Иваненко, А.А. Качаловым, Ф.И. Копериным, Н.И. Стрекаловским, Т.А. Мелеховой, П.И. Войчалем, П.Н. Львовым, В.Д. Надуткиным, Г.А. Чибисовым, Н.С. Мининым, С.А. Москалевой, В.И. Мелеховым и другими, раскрывают роль различных факторов в формировании древесины.

Результаты исследований, проведенных в различных регионах страны (Малаха, 1939; Левченко, 1956; Степанов 1961; Патлай, 1965; Зайков, 1969; Родин, 1978; Полубояринов, Редько, 1977; Полубояринов, Алексеев, 1979; Полубояринов, Федоров, 1982; Ростовцев, 1980; Астратова, Пчелин, 1981; Рябоконь, Литаш, 1981; Вараксин, Исаева, Черепнин, 1982; Гриб, 1987; Мерзленко, 1987; Козлов, Матюшин, Макарова, 1987; Ломов, 1987; Агафонова, 1998; Антонов, 2000; Тарасова, Беньков, Милютин и др., 2002; Савва, Ваганов, Милютин, 2003; О.В. Пронина, 2008 и др.), в том числе, и в условиях Европейского Севера (Минин, 1982, 1984; Минин, Москалева, 1986; Нилов, Павлова, Стафеев, 1987; Минин, Крыжановская, 2001; Минин, 2005; Грибов, 2007; Антонов, 2007; Коновалов, 2007 и др.), позволяют судить о качестве древесины в культурфитоценозах.

Материалы феногенетического анализа являются свидетельством различной степени наследуемости свойств древесины в потомстве (Wettstein, 1898; Кернер, 1899; Schott, 1907; Cieslar, 1907; Hegi, 1908; Турский, 1912; Kienitz, 1922; Munch, 1925; Стачинский, 1927; Самофал, 1928; Филипченко, 1929; Larsen, 1937, 1956; Сукачев, 1938; Комаров, 1940; Тольский, 1950; Обновленский, 1951; Svoboda, 1955; Майр, Линеки, Юзингер, 1956; Терентьев, 1957; Rohmeder, Schonbach, 1959; Альбенский, 1959; Яблоков, 1962, 1965; Лукин, 1962; Правдин, 1964; Мамаев, 1972, 1974; Этверк, 1973; Воропанов, 1973; Загреев, 1978; Роне, 1980; Спурр, Барнесс, 1984 и др.). Исследованиями внутривидовых форм сосны и ели, отличающихся типом ветвления (Войчаль, 1955; Вишнякова, 1955; Картель, Маицевич, 1970; Фукарек, 1970; Маслаков, Голиков, Толстопятенко, 1980; Тарханов, Щекалев, 2004 и др.), морфологическими признаками шишек (Пчелин, 1958; Коренев, 2008 и др.), а также деревьев с различной скоростью роста (Перелыгин, 1953, 1956; Воропанов, 1973; Полубояринов, 1976 и др.), установлена взаимосвязь фенотипических признаков с качеством древесины.

Связь качества древесины, подмеченная северными крестьянами, находит отражение в трудах классиков отечественного лесоводства А.Е. Теплоухова (1850); Г.Ф. Морозова (1917), М.Е. Ткаченко (1926), В.Н. Сукачева (1934) и служит основанием для проведения научных исследований на лесотипологической основе. В трудах И.С. Мелехова (1934, 1949), А.А. Качалова, И.С. Мелехова (1936), Ф.И. Коперина (1955), В.Д. Надуткина (1955) указывается на повышение физико-механических свойств древесины сосны при улучшении лесорастительных условий. В тоже время результаты исследований Н.Е. Ивановой и Б.И. Иваненко (1934), Н.И. Стрекаловского (1949) и Ф.И. Коперина (1955) свидетельствуют об отсутствии достоверной связи лесорастительных условий с качеством древесины сосны и ели. Следует учитывать выводы для других регионов страны И.А. Яхонтова (1913), М.И. Сахарова (1936), А.И. Калниньша (1949), А.К. Петруша (1959) и др., указывающие на формирование древесины высокого качества в средних по производительности типах леса. Результаты исследований географической изменчивости качественных показателей древесины в условиях Севера (Мелехов, 1949; Коперин, 1955; Львов, 1971, 1980; Антонов, 2007; Коновалов, 2007), и в других регионах страны (Пугач, 1966; Федоров, 1981, 1983, 1986; Полубояринов, Федоров, 1982, 1990; Исаев, Черепнин, 1988; Полубояринов, Сорокин, Федоров, 2000 и др.), как правило, свидетельствуют об улучшении качества древесины при продвижении с севера на юг. Причинно-следственные связи лесорастительных условий с качеством древесины отражены в трудах Т.А. Мелеховой (1952, 1954).

Ретроспективный анализ исследовательских работ свидетельствует о различной степени влияния на формирование древесины минеральных удобрений (Следнев, 1971; Смирнов, Яценко-Хмелевский, 1974; Паршевников, Серый, Бахвалов, 1974; Казимиров, Куликова, Морозова, 1974; Паршевников, Серый, Хабарова, 1976; Бахвалов, 1978; Коржицкая, Матюшкина, 1980; Серый, 1980; Казимиров, Горбунова, 1986; Паршевников, Бахвалов, 1986; Гелес, Шубин, Коржицкая, 1986; Степаненко, 1993; Синькевич, Коржицкая, Синькевич; 1997), рубок ухода (Мелехов, 1960; Мелехова, 1961; Чибисов, 1968, 1992; Москалева, Чибисов, 1976; Москалева, Тисова, 1978; Савина, Журавлева, 1978; Полубояринов, Полончук, 1980; Чибисов, Поротов, Москалева, 1980, 1982; Синькевич, 1981; Москалева, Поротов, 1982; Минин, 1982; Чибисов, Москалева, 1984;  Минин, Москалева, 1984; Москалева, Чибисов, Крыжановская, Белова, 1988; Москалева, Крыжановская, 1990; Москалева, Чибисов, 1999; Минин, Крыжановская, 2001, 2004 и др.) и их совместного применения (Москалева, Крыжановская, 1984; Минин, 1984; Чибисов, Москалева, Крыжановская, 1994; Е.С. Мельников, А.А. Смирнов, 2006; Кистерная, Аксененкова, 2007 и др.). Авторский поиск не позволил дать однозначного ответа на вопрос о влиянии рубок ухода, внесения удобрения и их совместного использования на качество древесины. Степень их проявления связана с естественной дифференциацией деревьев, видом и дозой вносимых удобрений, интенсивностью и сроком разреживания древостоев, типом лесорастительных условий и других факторов. Результаты исследований влияния рубок ухода, удобрений и их совместного использования на качество культивируемой сосны вошли в подготовленную в соавторстве монографию (Мелехов, Бабич, Корчагов, 2003).

Е.А. Кравцовым, Ю.В. Бестемянниковым (1969) отмечено снижение механических свойств древесины сосны в результате подсочки. Противоположные выводы сделаны Ю.С. Быченко (1935) и Ю.А. Фроловым (2001). Результаты наших исследований также свидетельствуют о некотором повышении физико-механических свойств древесины сосны в прикарровой зоне подсоченных деревьев. Кроме того, в диссертационной работе нами указывается на увеличение плотности и прочности древесины сосны послепожарного происхождения в зоне ствола, примыкающей к пожарной ране, что согласуется с результатами исследований И.С. Мелехова (1940, 1948) и Е.Г. Кривицких (1994).

Выполненный анализ позволяет заключить о богатой истории и значительных масштабах исследований качества древесины при лесовыращивании. Накопленный опыт, несомненно, должен быть положен в основу концепции выращивания насаждений высокой качественной продуктивности. Однако, некоторые противоречия в выводах, а также немногочисленность или отсутствие научных изысканий по вопросам влияния способа восстановления леса, приемов обработки почвы, метода создания культур, выбора древесных пород и их смешения при лесовыращивании и на качественную продуктивность насаждений, служат основанием для проведения специальных исследований.

2. МЕТОДИКА И ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЙ

Сложившаяся мировая тенденция в лесной промышленности в 80-х годах была ориентирована на производство пиловочника и балансов (Лосицкий, Чуенков, 1980). В настоящее время эти виды сортиментов продолжают занимать лидирующее место на рынке лесоматериалов, что предопределило их приоритетное рассмотрение при планировании эксперимента и выполнении исследований.

Анализ современных требований, основанный на изучении соответствующей справочно-нормативной литературы и материалах опроса представителей компаний - потребителей древесного сырья, позволил определить актуальную номенклатуру и степень весомости (значимости) показателей качества древесины хвойных пиловочных бревен (далее пиловочник) и балансов (табл. 1).

Таблица 1 – Номенклатура и коэффициенты весомости показателей качества древесины хвойных пиловочных бревен и балансов для производства сульфатной целлюлозы

Показатель качества

Коэффициенты

весомости, аi,

пиловочник

балансы

1

Размеры древесного сырья

0,083

0,051

2

Максимальный диаметр сучков, см

0,055

0,069

3

Число сучков на 1 п/м ствола, шт.

0,044

0,070

4

Длина бессучковой зоны, м

0,038

0,085

5

Плотность древесины, г/см3

0,047

0,125

6

Обугленность

-

0,165

7

Гнили

0,097

0,180

8

Кривизна

0,087

0,107

9

Рак

0,086

0,148

10

Трещины

0,075

-

11

Сбежистость

0,052

-

12

Закомелистость

0,052

-

13

Прорость

0,065

-

14

Червоточина

0,085

-

15

Сухобокость

0,074

-

16

Механические повреждения

0,060

-

Определение степени весомости базировалось на использовании метода рангов, предусматривающего ранжирование показателей качества с учетом их значимости. Ранжирование проводилось путем индивидуального анкетирования экспертов из числа ведущих специалистов по решаемой проблеме. В качестве экспертов привлечены 43 представителя из научно-исследовательских учреждений и высших учебных заведений лесного профиля, лесозаготовительных, деревообрабатывающих и целлюлозно-бумажных предприятий России, в том числе действительные члены «Реестра экспертов по древесине, лесоматериалам, конструкциям и изделиям из древесины, технологии лесозаготовок и деревообработки».

На основании результатов ранжирования k-м экспертом, рассчитывались коэффициенты весомости а каждого i -го показателя качества:

,  (1)

где Mik – номер i-й весомости показателя качества, определенный  k-экспертом;

  n – число учитываемых показателей качества.

Расчет параметров весомости показателей качества по данным всех участвующих в работе экспертов (N, чел.) производился как:

,  (2)

Оценка согласованности мнений экспертов по степени весомости показателей произведена на основании расчета коэффициента конкордации (согласия):

,  (3)

где С – сумма квадратов отклонений сумм рангов по каждому объекту от  средней суммы  рангов по всем объектам и экспертам;

К – количество привлеченных экспертов;        

Н – количество ранжируемых показателей.

Коэффициенты конкордации составили 0,795 – по балансам и 0,623 – по пиловочным бревнам, что позволяет считать данные согласованными ( 0,5) по существующей классификации (Мишин, 2007). Критерий Пирсона (2расч.), оценивающий надежность коэффициента конкордации, составил соответственно 57,2 и 63,4, что превышает табличные значения (2табл. составляют 17,0 и 30,5) и позволяет окончательно признать мнения экспертов согласованными с вероятностью 0,995.

Результаты экспертного ранжирования указывают на различия в степени весомости показателей качества древесины, что послужило основанием для их классификации (рис. 1). К числу основных (критических) отнесены показатели, наличие которых или их отклонение от стандартизированных норм, исключает возможность использования древесного сырья в качестве пиловочника и балансов. В группу дополнительных показателей включены характеристики древесины, роль которых при оценке качества менее значительна.

Размеры древесного сырья

Рис. 1. Классификация показателей качества древесины хвойных пиловочных бревен и балансов для производства сульфатной целлюлозы на основе степени их весомости

Наиболее весомым показателем качества пиловочника и балансов следует считать гниль. Важную роль для пиловочных бревен также будут иметь наличие кривизны стволов, для балансов – обугленности. Следует особо отметить существенную значимость плотности для балансовой древесины, что подчеркивает необходимость ее учета при качественной оценке и позволяет отнести к числу основных показателей. Этот факт, кроме высокого коэффициента весомости, убедительно характеризуют выполненные нами расчеты. Так для производства 1 т сульфатной целлюлозы из древесины сосны с базисной плотностью 400 кг/м3 требуется 5,2 м3 сырья, в то время как при плотности древесины 350 кг/м3 потребность достигает 6 м3. Для древесины ели при уменьшении плотности в указанных пределах потребность в сырье возрастает с 4,8 до 5,5 м3/т.

Наш опыт показывает, что определение отдельно взятых показателей качества из представленной номенклатуры не всегда позволяет объективно судить о качественном состоянии древесины в целом. Наиболее эффективным является метод комплексной оценки, применение которого дает возможность оценить качество древесины одним показателем с учетом представленных номенклатурных характеристик и их весомости.

Квалиметрия, как наука, рассматривает комплексную оценку, как метод определения уровня качества продукции или услуг, раскрывает методологические подходы к ее проведению. Применительно к древесному сырью метод комплексной оценки качества использован проф. О.И. Полубояриновым (1976). Основываясь на анализе ранее существующих требований лесоперерабатывающей промышленности, автор предлагает производить комплексную оценку качества пиловочных бревен и балансам по пяти универсальным показателям: средний диаметр древостоя, средняя протяженность бессучковой зоны, процент выхода здоровой (без гнили) древесины, процент прямоствольных деревьев, плотность древесины. Предложенный О.И. Полубояриновым подход, несомненно, заслуживает внимания, полученные автором выводы, учитывались нами при планировании и проведении эксперимента.

Комплексный показатель качества рассчитывался как средневзвешенный геометрический:

, (4)

где Kq - комплексный показатель качества;        

Ki – величина i-того показателя;

Kбаз. – величина базового показателя качества (в качестве базовых приняты оптимальные значения показателей из полученных в опыте, при наличии контрольных участков (секций) - значения показателей, полученные в ходе их исследования);

аi – коэффициент весомости i-го показателя качества.

Отношение величины i-того (Ki) и базового показателя (Kбаз.) представляет собой относительный показатель качества (Котн.):

  (5)

Сигнум-функция от Кi  принималась:

sgn Кi = +1 при  Кi  = Ki лучшее -  Ki худшее >0 (для позитивных показателей);

sgn Кi = –1 при  Кi  = Ki лучшее -  Ki худшее < 0 (для негативных показателей).

На основании анализа полученных в ходе исследований значений комплексных показателей качества предложены следующие критерии оценки качественной продуктивности насаждений (табл. 2).

Таблица 2 – Критерии оценки качественной продуктивности насаждений на основе комплексного показателя качества древесины

Качественная продуктивность насаждения

Комплексный

показатель качества, Kq.

Высокая

0,951-1,000

Средняя

0,851-0,950

Низкая

0,750-0,850

Процедура комплексной оценки выращиваемого древесного сырья включала определение основных и дополнительных показателей качества и предусматривала последовательно выполняемые операции по закладке и таксации пробных площадей, исследованию фенотипических показателей качества древесных стволов, отбору опытного материала и проведению испытаний древесины. Выполнение этих операций неразрывно связано с соблюдением положений национальных стандартов (рис. 2).

Теоретической основой при обследовании лесных культур служили рекомендации В.В. Огиевского, А.А. Хирова (1967), Е.Л. Маслакова, М.Ф. Мойко, И.А. Марковой и др. (1978), Н.П. Кобранова (1973), А.Р. Родина, М.Д. Мерзленко (1983), А.И. Александрова, И.И. Дроздова, С.Б. Васильева (2005). При закладке, таксации пробных площадей и расчетах таксационных показателей древостоев, наряду с требованиями стандартов, руководствовались общепринятыми положениями, изложенными М.С. Моисеевым (1970), Н.П. Анучиным (1977, 1982), Н.Н. Соколовым (1978), И.И. Гусевым (2000) и др., нормативно-справочными материалами (Полевой справочник таксатора, 1971; Лесотаксационный справочник…, 1986).

 

Рис. 2. Методологическая структура проведения комплексной оценки качества выращиваемого хвойного древесного сырья на стандартизированной основе

Изучение естественного возобновления на участках проводили с учетом положений «Инструкции по сохранению подроста…» (1984), ботанического состава  живого напочвенного покрова – в соответствии с методическими указаниями Л.Е. Астрологовой, Г.Б. Гортинского (1980). Морфологическое описание почв выполняли  с учетом ОСТ 56-81-84 и руководствами А.Л. Паршевникова (1974), Е.Н. Наквасиной, В.С. Серого, Б.А. Семенова (2007). Тип леса определен в соответствии с типологией В.Н. Сукачева.

Сортиментация древостоев выполнена на основании материалов фактической раскряжевки 20-26 модельных деревьев, отобранных вблизи пробной площади методом пропорционально-ступенчатого представительства. В качестве базовых приняты лесоматериалы для выработки пиломатериалов и заготовок общего назначения и производства сульфатной целлюлозы, требования к размерам и качеству которых изложены в ГОСТ 9463-88. На каждом модельном дереве учитывались пороки, замерялся диаметр у основания каждого открытого сучка. Класс товарности древостоев установлен по выходу деловой древесины от общего запаса, класс качества древесного сырья (хлыстов) определен на основании выхода деловой древесины для каждой ступени толщины с учетом классификации, изложенной в ТУ 13-0273685-408-92. 

Методологической основой при отборе модельных деревьев, кряжей, изготовлении образцов (отборе кернов) и проведении испытаний древесины, наряду со стандартизированными методиками, служили труды А.И. Кондратьева, Н.Н. Абрамова (1934), А.Г. Третьякова (1934), Л.М. Перелыгина (1954, 1969), Б.Н. Уголева (1965, 2005, 2006, 2007), Н.Л. Леонтьева (1970), О.И. Полубояринова (1976), А.М. Боровикова, Б.Н. Уголева (1989), В.Н. Волынского (2000), А.А. Колесниковой (2000, 2002), П.М. Мазуркина, (2003). Образцы (керны) отбирались из числа средних для исследуемой породы деревьев с привязкой к высоте ствола 1,3 м, обязательным учетом сторон света и этапов формирования древесины. Научное обоснование принципа отбора модельных деревьев, кряжей и изготовления образцов (отбора кернов) рассмотрено в соответствующем разделе диссертационной работы.

В качестве показателя, характеризующего массу единицы объема древесины, использованы плотность при нормализованной влажности и базисная плотность. На образцах древесины, наряду с плотностью, определялись число годичных слоев в 1 см, средняя ширина годичных слоев и содержание поздней древесины в годичном слое (ГОСТ 16483.18–72), влажность в момент испытаний (ГОСТ 16483.7–85), предел прочности при сжатии вдоль волокон (ГОСТ 16483.10-85).

Применительно к практической лесохозяйственной деятельности будет достаточным на различных стадиях онтогенеза древостоя выполнять комплексную оценку качества древесины на основе указанных критических показателей. В качестве базовых следует принимать значения показателей для эталонных (контрольных) участков, при их отсутствии возможно использовать оптимальные значения, полученные в ходе наших исследований и отражеенные в соответствующем разделе диссертационной работы. На основе результатов оценки должно своевременно приниматься управленческое решение о необходимости проведения мероприятий, направленных на повышение уровня качественной продуктивности насаждений (например, рубок ухода, обрезки сучьев и т.д.).

Генетико-статистический анализ признаков древесины выполнен методом дисперсионного анализа с учетом основополагающих принципов лесной генетики (Петров, Драгавцев, 1969; Рокицкий, 1974; Роне, 1980, Котов, 1997 и др.). В качестве критерия оценки генетической гетерогенности испытуемых образцов древесных растений использован коэффициент наследуемости в широком смысле (Н2), отражающий долю влияния генотипического разнообразия особей на величину изменчивости фенотипа признака:

Н2 = 2g / 2ph , (6)

где 2g и 2ph – генотипическая и фенотипическая вариансы признака.

При исследовании влияния лесохозяйственных мероприятий на качественную продуктивность насаждений, наряду с определением комплексного показателя качества, использован экономико-квалиметрический подход, предполагающий расчет возможного выхода целлюлозы и ее стоимости с единицы лесной площади на основе квалиметрической оценки древесины.

Предложено использовать инновационный термин «балансовая продуктивность» насаждений (Мб.), показывающий выход целлюлозы (т) из деловой части древесных стволов, произрастающих на площади 1 га. Формула для расчета балансовой продуктивности имеет вид:

Мб. = V / Н,  (7)

где V – выход балансовой древесины, м3/га;

  Н – норма расхода древесины на производство одной тонны целлюлозы, м3/т.

Норма расхода древесины на производство одной тонны целлюлозы по варке вычисляется с учетом рекомендаций Л.Н. Ерофеева (1971) как:

,  (8)

где  880 – содержание абсолютно сухого вещества в одной тонне древесного сырья при влажности 12%, кг/т;

Рбаз. – базисная плотность древесины, кг/м3;

П – выход целлюлозы, % от древесины, загружаемой в котел.

К – коэффициент полезного использования технологической древесины, в долях единицы от неокоренной древесины.

В качестве конечной продукции при расчетах выбрана сульфатная целлюлоза, как наиболее важный и распространенный вид волокнистых полуфабрикатов.

Расчет возраста технической спелости леса по балансам выполнен по целевому диаметру на основе методических подходов, изложенных О.А. Неволиным, С.В. Третьяковым, С.Н. Ердяковым и др. (2003). Целевой диаметр принят равным 22 см, возраст выращивания сосны и ели до высоты 1,3 м установлен по данным Л.Ф. Ипатова (1974), Н.А. Бабича, Н.П. Гаевского, О.А. Конюшатова (2000).

В основу обработки экспериментальных данных положен системный подход с применением методов многомерной статистики, изложенных в трудах А.В. Тюрина (1961), М.Л. Дворецкого (1971), Н.Н. Свалова (1977), И.И. Гусева (2002). Статистические расчеты, включая дисперсионный, корреляционный и регрессионный анализ, выполнены на ПК с использованием пакета базовых («Microsoft Exсel») и прикладных («Model», «Stat exe», «Curve Expert») программ. Достоверность различий средних значений двух выборок определено по стандартному значению Стьюдента, средних квадратичных отклонений – по критерию Фишера. Минимальное число объектов испытаний (образцов) рассчитывалось исходя из относительной погрешности 5% при коэффициенте вариации признака 20% и с погрешностью 10% при вариации > 20%, что является общепризнанным в древесиноведении.

Сбор экспериментального материала проводился в период с 1999 по 2009 гг. Для анализа использованы материалы исследований 162 пробных площадей, на которых измерено более 32 тыс. таксационных диаметров и 3 тыс. высот культивируемых пород. Развитие живого напочвенного покрова и естественного лесовозобновления исследовано на 1,6 тыс. учетных площадок. Заложено и описано 103 почвенных разреза, включающих в общем количестве более 500 горизонтов. Для определения товарно-сортиментной структуры древостоев, исследования формы стволов и параметров их сучковатости отобрано 673 модельных дерева. На этих деревьях измерено 31,9 тыс. диаметров открытых сучков с учетом их состояния. Показатели макростроения и физико-механические свойств древесины получены на основании отбора 696 модельных деревьев и исследования 7,2 тыс. образцов древесины, в том числе 678 кернов и 300 срезов (шайб). Выполненный объем исследований позволил с высокой степенью достоверности провести статистический анализ экспериментальных данных и сделать научно-обоснованные выводы.

       

3. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА И ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследованиями охвачена северная часть Русской равнины (Архангельская и Вологодская область). Район располагается в умеренно холодном (бореальном) почвенно-климатическом поясе северного полушария в таежно-лесной почвенно-ботанической зоне. В силу масштабности рассматриваемой территории, климатические факторы, ландшафты, почвенно-гидрологические условия и лесные ресурсы довольно разнообразны.

Годовое количество суммарной солнечной радиации составляет 60-70 ккал/см2 на севере и 100-130 ккал/см2 на юге региона. Средние годовые температуры воздуха убывают в направлении с юго-запада (+2,1С) на северо-восток (-0,8С). В самом холодном месяце среднемесячная температура воздуха составляет от -8С на юго-западе до -22С на северо-востоке, в самом теплом – изменяется по подзонам от 15 до 17,1С. Годовое количество осадков в регионе составляет 425-630 мм, 50-60% их выпадает в вегетационный период. Число дней с осадками достигает 160-200 в году. Характерной чертой почвообразовательного процесса являются гумидные условия с обострением явлений оглеения при подзолообразовательных процессах. Наибольшее распространение имеют почвы подзолистого типа.

В работе отмечается, что климатические ресурсы, общая равнинность рельефа и почвенно-гидрологические условия региона не препятствуют произрастанию хвойных лесов средней и высокой продуктивности и ведению лесокультурного производства. Экологические факторы играют неоднозначную роль в формировании древесины и должны учитываться при разработке и внедрении программ по выращиванию насаждений высокой качественной продуктивности.

Леса региона в соответствии с лесорастительным районированием (Курнаев, 1973) включены в Евроазиатскую область лесов умеренного пояса. Покрытая лесом площадь на 01.01.2007 г. составляла 27,7 млн. га, корневой запас древесины оценивался в 3396 млн. м3. В результате экстенсивной эксплуатации лесов наметилось сокращение доли спелых и перестойных насаждений хвойных пород при увеличении площади молодняков. За период с 1966 по 1998 в Вологодской области площадь спелых и перестойных насаждений сократилась с 51 до 34%, в то время как доля молодняков возросла с 20 до 32%, в Архангельской области эти изменения составили по спелым насаждениям -15%, по молоднякам +10% (Трубин, Третьяков, Коптев и др., 2000; Гиряев, 2003). По той же причине значительно сократился запас спелых и перестойных древостоев при повышении запаса приспевающих. Значительная доля этого запаса сосредоточена в удаленных участках лесного фонда и является труднодоступной для эффективной эксплуатации. Предположительно, лесопромышленный комплекс региона в скором будущем может испытывать дефицит в доступных сырьевых ресурсах спелой древесины хвойных пород. Эта важная проблема находит свое отражение в трудах ряда научных деятелей (Гиряев, 2003; Пучков, Егорнов, 2007 и др.) и высказываниях интервьюированных нами представителей значительного числа лесопромышленных компаний.

Ретроспективный анализ литературы позволяет судить о широком развитии теории и практики лесокультурного дела в регионе и проведении работ по созданию культурценозов на площади более 1,5 млн. га. Выращивание лесных культур при научно-обоснованном выборе и соблюдении технологии производства позволяет формировать высокопродуктивные насаждения хозяйственно ценных пород.

Основная часть (95%) объектов исследований представлена средневозрастными культурами сосны и ели, расположенными на территории 13 административных районов северной (Емецкий район), средней (Харовский, Вельский, Плисецкий, Коношский, Няндомский район) и южной (Бабаевский, Чагодощенский, Кадуйский, Грязовецкий, Вологодский, Кадниковский, Никольский район) подзон тайги. Доля исследованных насаждений зеленомошной группы типов леса достигает 90%, что предопределено их значительной распространенностью в лесном фонде региона. Культуры северной подзоны тайги созданы посевом местных семян, средней и южной подзоны – посевом местных и инорайонных семян, посадкой сеянцев и саженцев. Обработка почвы при создании культур заключалась, в основном, в измельчении и перемешивании подстилки и дернины с минеральными горизонтами на глубину до 15 см на площадках размером до 0,25 м2. Работы проводились вручную с использованием мотыг и лопат. Первоначальная густота культур составляла: в посевах – от 2,5 тыс. до 6,5 тыс. п.м./га, в посадках – от  2,5 тыс. до 4,0 тыс. шт./га. По этим объектам сделаны основные выводы и разработаны практические рекомендации.

Кроме того, исследования проведены в лесных культурах сосны и ели старших возрастов (А - 70-144 года), плантационных культурах (А - 20 лет) и лесосеменных плантациях ели (А - 28 лет), средневозрастных и спелых сосновых древостоях естественного происхождения.

При подборе объектов (участков) исследований соблюдался принцип репрезентативности.

4. ГЕНЕТИКО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ  КАЧЕСТВА ДРЕВЕСИНЫ

Генетико-статистический анализ свойств древесины ели обыкновенной (Picea abies Karst.) рассмотрен на примере привитого клонового потомства (южная подзона тайги, А - 28 лет, тип лесорастительных условий - разнотравный), где в однородных экологических условиях одновозрастные испытуемые особи представлены различными морфологическими формами (с щетковидным и гребенчатым типом ветвления). Размещение растений 6х8 м, что исключает взаимовлияние особей друг на друга. Возможности применения клонового потомства для целей генетического анализа и получения ценной генетической информации, в том числе при определении Н2, изложены В.М. Роне (1970, 1972, 1974). Принципиальной особенностью расчета коэффициента наследуемости (Н2) в этом случае является генетическая однородность особей внутри клона и генотипическая разнородность клонов между собой.

Основное внимание уделялось исследованию макроструктуры годичных слоев, представляющих собой метамерные образования и тем самым являющихся удобным объектом для феногенетического анализа. В результате не выявлено статистически достоверных различий в выборочных средних значениях ширины годичных слоев в древесине особей рассматриваемых форм, что позволяет считать изменчивость признака преимущественно экологически обусловленной. Для морфологической формы ели с щетковидным типом ветвления отмечено достоверное преимущество по процентному содержанию поздних зон в годичных слоях (tфакт. = 3,8 при t0,001 = 3,3). Формирование поздней древесины в значительной степени обусловлено генотипом, что подтверждается высоким значением коэффициента наследуемости признака в потомстве (Н2 = 0,92; F = 12,1 при  F0,05 = 3,9). Наличие жесткого генетического контроля ширины поздней зоны,  положительной корреляционной связи между процентным содержанием поздних зон и плотностью древесины, а также относительная простота определения показателя, позволяют рекомендовать его для учета при плановой селекции на качество древесины. Использование морфологической формы ели с щетковидным типом ветвления в качестве материнского продуцента позволит увеличить содержание поздних зон в годичных слоях и тем самым повысить плотность древесины. 

Близкие к нулю значения коэффициентов Н2 по размерным характеристикам стволов (таксационный диаметр, высота) и интенсивности их естественной очищаемости от сучьев свидетельствуют о высокой степени влияния экологической составляющей на изменчивость признаков у ели.

Феногенетический анализ свойств древесины сосны обыкновенной (Pinus silvestris L) выполнен на примере географических культур (средняя подзона тайги). Культуры заложены в 1963 г. в однородных лесорастительных условиях по единой технологии (высев семян в площадки размером 0,4х0,4 м, N - 2,5 тыс. п./м га, тип лесорастительных условий - черничный) инорайонными (северная подзона тайги, Двинско-мезенский лесосеменной район, нижнедвинский подрайон, Карпогорский, Онежский, Пинежский климатипы) и местными (средняя подзона тайги, Верхнедвинской лесосеменной район, южноархангельский подрайон, Хмельницкий, Верхнее-Тоемский, Приозерный, Каргопольский, Конецгорский, Лимендский климатипы) семенами. Лесосеменные районы следует считать контактирующими, что не исключает возможности перемещения семян в указанных границах  (Лесосеменное районирование…, 1982).

Отмечена высокая степень генетической обусловленности процентного содержания поздних зон в годичных слоях древесины сосны (Н2 = 0,98; F = 42,8 при  F0,05 = 1,9) и плотности древесины сосны (Н2 = 0,77; F = 3,4 при  F0,05 = 2,0). Результаты исследований, подтверждая выводы О.И. Полубояринова (1976), Т.В. Арсеньевой (2001), А.В. Киселевой (2001, 2002), Е.П. Хазовой (2007) и др., служат основанием для учета рассматриваемых признаков при селекции на качество древесины сосны. Использование в указанных лесорастительных условиях в качестве материнского продуцента сосны Пинежского происхождения, в силу абсолютного доминирования по плотности древесины, будет способствовать повышению качественной продуктивности выращиваемых насаждений.

Параметры сучковатости стволов сосны, включая  диаметр у основания сучков, степень естественного очищения от сучьев, также следует считать преимущественно генетически обусловленными признаками (Н2 составил 0,97 и 0,91 соответственно; F > F0,05) и учитывать при селекции на качество древесины сосны.

С учетом комплексных показателей качества по пиловочнику, насаждения критериально соответствуют уровню средней качественной продуктивности (Kq = 0,853-0,916), за исключением Карпогорского климатипа, характеризующегося низким качеством пиловочного сырья (Kq = 0,842). Приозерный, Верхне-Тоемский и Пинежский климатипы отличаются высокой качественной продуктивностью насаждений по балансам (Kq = 0,958-0,967), остальные климатипы соответствуют среднему уровню качества (Kq = 0,865-0,950). Абсолютное доминирование комплексного показателя по пиловочным бревнам отмечено для Онежской сосны, по балансам – для Верхне-Тоемской, что позволяет рекомендовать для использования в соответствующих лесотипологических условиях семена указанного происхождения с целью повышения качественной продуктивности насаждений.

Комплексный показатель качества древесины сосны по пиловочнику и балансам для инорайонных климатипов составил в среднем 0,942 и 0,882 соответственно, для местных климатипов 0,935 и 0,865, что соответствует среднему уровню качественной продуктивности насаждений. С учетом основополагающих принципов лесосеменного районирования и результатов проведенных исследований, следует считать возможным перемещение инорайонных семян в пределах указанных границ и типов леса, что не вызовет снижения качественной продуктивности насаждений. 

Для географических культур сосны обыкновенной (А - 50 лет), заложенных Иркутскими семенами (Нижнеенисейский лесосеменной район) в однородных с местным климатипом (Верхнедвинской лесосеменной район) экологических условиях (средняя подзона тайги, тип лесорастительных условий – черничный, N - 1,2 тыс. п./м га),  подтверждается значительная доля влияния генотипа на толщину сучков (Н2 = 0,95; F = 19,3 при F0,05 = 3,8). Комплексный показатель качества по пиловочнику составил для местного и инорайонного климатипа, соответственно, 0,975 и о,971, по балансам – 0,984 и 0,990, что отвечает высокому уровню качественной продуктивности насаждений. Использование семян Иркутского происхождения в рассмотренных экологических условиях не вызвало снижения качества выращиваемого древесного сырья.

5. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫХ УСЛОВИЙ НА

СВОЙСТВА ВЫРАЩИВАЕМОЙ ДРЕВЕСИНЫ

В разделе изложены результаты исследований показателей качества древесины и комплексной оценки качества насаждений с учетом географического и лесотипологического принципов, являющихся основой практического лесоводства.

Для культур сосны (А - 50 лет, N - 3,0 тыс. шт./га) и ели (А - 50 лет, N - 3,2 тыс. шт./га) при продвижении на юг в меридиальном направлении на 120 км (1°) характерно увеличение ширины годичных слоев в среднем на 36,8% (tфакт. = 5,0 при t0,001 = 3,4) и 47,1% (tфакт. = 5,7 при t0,001 = 3,4) соответственно, что вызвано активной и продолжительной митотической деятельностью камбия в наиболее оптимальных экологических условиях роста (табл. 3). Среди составляющих, предопределивших увеличение признака у сосны, в среднем 8% приходится на действие географического фактора (F = 10,1 при  F0,05 = 3,9), у ели – 22% (F = 23,8 при  F0,05 = 4,0).

Таблица 3 – Средние показатели качества древесины сосны и ели в культурах по подзонам тайги (тип лесорастительных условий - кисличный)

Показатель

Культуры по подзонам тайги

сосны

ели

средняя

южная

различие, %

средняя

южная

различие, %

Средняя ширина годичного слоя, мм

1,9

2,6

+36,8

1,7

2,5

+47,1

Содержание поздней

древесины, %

34,0

36,6

+2,6

22,0

26,0

+4,0

Плотность при 12% влажности, г/см3

0,450

0,458

+1,8

0,417

0,422

+1,2

При продвижении в указанном направлении отмечается незначительное увеличение процентного содержания поздних зон у сосны (tфакт. = 1,2 при t0,05 = 2,0), и более существенное у ели (tфакт. = 2,9 при t0,01 = 2,6). Доля влияния фактора на результативный признак у ели достигает 5% (F = 4,7 при  F0,05 = 4,0). Наметившееся увеличение плотности древесины сосны и ели нельзя считать статистически обоснованным (tфакт. = 0,7 при t0,05 = 2,0). Выявленные закономерности подтверждаются материалами исследований в сосняках черничных естественного происхождения (А – 42-45 лет), произрастающих в подзоне северной и средней тайги (удаленность объектов в меридиальном направлении 350 км или 3°). При такой удаленности объектов географо-зональный фактор проявляется с большей силой, положительно отражаясь на величине средней ширины годичного слоя (2±m = 0,74±0,002, F = 455,6 при F0,05 = 4,0) и процентном содержании поздних зон (2±m = 0,03±0,006, F = 4,5 при F0,05 = 4,0) в древесине сосны. Наметившиеся положительные изменения в плотности древесины не являются статистически достоверными (tфакт. = 0,1 при t0,05 = 2,0).

Выполненные исследования позволяют заключить, что создание насаждений в более южных районах относительно пунктов переработки древесного сырья будет способствовать получению дополнительного радиального прироста древесины без снижения ее плотности.

Связь качества древесины сосны с типами леса рассмотрена на примере посадок (А – 44-49 лет) южной и посевов (А - 57 лет) северной подзоны тайги. Для культур сосны составлены товарно-сортиментные таблицы на лесотипологической основе. Результаты исследований свидетельствуют об увеличении выхода деловой древесины при улучшении условий местопроизрастаний (табл. 4).

Таблица 4 – Средний выход деловых сортиментов в культурах сосны по типам леса, %*

Тип

леса

Деловая древесина

Класс

товарности

древостоя

Класс

качества

древесного

сырья

крупная

средняя

мелкая

пиловочник

балансы

итого

Сосняк

кисличный

-

1

-

65

-

23

-

67

-

22

-

89

I

I-II

Сосняк

черничный

-

4

47

65

40

17

45

68

42

18

87

86

I

I-II

Сосняк

брусничный

-

-

20

20

65

61

19

18

66

63

85

81

I

I-II

Сосняк

лишайниковый

-

-

5

16

74

58

1

12

78

62

79

74

II

I-II

*Здесь и далее по разделу: в числителе – для посевов, в знаменателе – для посадок сосны.

Сосняки зеленомошной группы типов леса характеризуются I, сосняки лишайниковые – II классом товарности. Показатели выхода деловой древесины в разрезе ступеней толщины позволяют классифицировать древесное сырье во всех типах леса как I и II класс качества. Зависимость между выходом деловой древесины и таксационным диаметром ствола аппроксимируется уравнением показательной кривой при высокой степени корреляции ( = 0,910-0,990).

Доля пиловочных бревен в посадках кисличного и черничного типов леса достигает 67-68%, снижаясь в сосняках брусничных и лишайниковых до 18 и 12% соответственно. Уменьшение выхода пиловочника при ухудшении условий местопроизрастания также отмечено в посевах сосны. Этот факт свидетельствует о целесообразности ориентации целевого выращивания в кислично-черничных типах леса на пиловочное сырье.

Основным сортообразующим пороком древесины на данной стадии онтоценогенеза древостоя являются здоровые сучки. Для культур всех типов леса отмечается положительная связь среднего диаметра сучков с таксационным диаметром ствола (r = 0,572-0,690) и его высотой ( = 0,930-0,990). Наличием крупных стволов с толстыми сучками объясняется преимущество по среднему диаметру у основания сучков в высокопродуктивных типах леса (табл. 5).

Таблица 5 – Параметры сучковатости стволов сосны в культурах по типам леса

Тип леса

Диаметр у

основания сучков, см

Число

сучков на

1 п./м, шт.

Площадь

поперечного сечения

сучков на

1 п./м, см2

Протяженность

бессучковой зоны, м

средний

максимальный

Сосняк

кисличный

-

2,1±0,03

-

5,3

-

5-12

-

31,2

-

0,80±0,15

Сосняк

черничный

1,2±0,03

2,2,±0,04

3,8

4,4

8-12

7-12

11,3

38,0

0,77±0,06

0,87±0,10

Сосняк

брусничный

0,8±0,02

2,0±0,03

3,6

4,4

8-12

5-14

5,0

31,4

1,06±0,12

0,66±0,06

Сосняк

лишайниковый

0,7±0,02

1,8±0,03

3,8

4,4

11-16

11-17

5,4

35,6

0,53±0,03

0,50±0,02

С учетом допусков по максимальным значениям диаметров сучков для лесоматериалов различной крупности (по ГОСТ 9463-88) в рассмотренных культурах сосны на данном этапе возможно получение сортиментов I и II сорта. Для культур сосны всех типов леса выявлена тесная связь между максимальным диаметром сучков и таксационным диаметром ствола, аппроксимируемая уравнением прямой (r = 0,811-0,965). С учетом выявленной функциональной зависимости, максимально допустимых стандартом размеров здоровых сучков для лесоматериалов II сорта (10,0 см) сосна достигнет при таксационном диаметре ствола более 48 см, что не всегда является необходимым при целевом выращивании пиловочных бревен и балансов. Основываясь на выявленных закономерностях, представляется возможным по данным перечета деревьев по диаметру определять максимальный диаметр у основания сучков, и тем самым, устанавливать сорт лесоматериалов по этому признаку. 

Отмечается формирование большего числа сучков на 1 п./м ствола в сосняках лишайниковых в сравнении с сосняками зеленомошной группы, как в посевах, так и в посадках. Связь таксационного диаметра ствола и среднего количества сучков на 1 п./м в рассмотренных типах леса слабая ( < 0,5), но, тем не менее, отражает обратную зависимость между показателями. Зависимость между количеством сучков и высотой ствола аппроксимируется уравнением параболы третьего порядка при высокой корреляции ( = 0,900-0,990).

Вышесказанное является свидетельством того, что в высокопродуктивных типах леса формируются сучки больших диаметров при меньшем их количестве на единице длины ствола, в сравнении с низкопродуктивными. Наиболее информативным показателем в этом случае следует считать площадь поперечного сечения у основания сучков на 1 п./м ствола. Отмечается преимущество по среднему значению показателя в сосняках черничных, что свидетельствует об относительно худшем качестве древесного сырья по признаку сучковатости в этом типе леса.

Выявлено достоверное преимущество по средней протяженности бессучковой зоны стволов сосны всех типов леса зеленомошной группы над сосняками лишайниковыми в посадках (tфакт. 2,1 при t0,05 = 2,0) и посевах (tфакт. 3,4 при t0,01 = 2,7). Таксационный диаметр ствола не оказывает существенного влияния на протяженность бессучковой зоны, для культивируемой сосны характерна слабая связь между показателями ( = 0,10 - 0,40).

Среди других пороков, характерных для культур сосны на данном этапе онтогенеза, отмечены закомелистость и сбежистость стволов. Эти пороки регламентированы ГОСТ 2140-81, однако они не являются сортообразующими (по ГОСТ 9463-88).

Отношение диаметра ствола в комле к диаметру ствола на высоте 1 м для рассмотренных типов леса составляет в среднем 1,2-1,3. Различия между средними значениями показателя по типам леса не являются достоверными (tфакт. 1,1 при t0,05 = 2,0), однако наметилось некоторое его увеличение при ухудшении условий местопроизрастания. Число стволов с наличием закомелистости, расцениваемой как порок, достигает по типам леса 77-100%. Абсолютное доминирование негативного показателя отмечено в брусничном типе леса. Связь между таксационным диаметром ствола и величиной закомелистости в культурах слабая ( = от -0,013 до +0,08).

Для стволов сосны в посадках зеленомошной группы типов леса характерен меньший средний сбег деловой части (0,70-0,76 см/м), чем в сосняках лишайниковых (1,03 см/м), что подтверждается статистически (tфакт. 2,3 при t0,05 = 2,0). В посевах сосны различия между выборочными средними доказаны для брусничного и черничного типов леса (tфакт. = 2,3 при t0,05 = 2,0) при абсолютном преимуществе в последнем случае (0,74 против 0,65 см/м). Рассматривая изменчивость показателя в разрезе ступеней толщины по типам леса, отчетливо проявляется значительная сбежистость стволов в лишайниковом типе леса. Средний сбег возрастает при увеличении таксационного диаметра ствола, связь между показателями аппроксимируется уравнением прямой при высокой корреляции (r = 0,741-0,972). Среднее число стволов с наличием порока в посадках и посевах соответственно составило: сосняк черничный 12 и 1%, брусничный 1 и 3%, лишайниковый 35 и 3%. В сосняках кисличных стволы с пороком не отмечены.

В посадках сосны зеленомошной группы типов леса формируется наиболее широкослойная древесина в сравнении с сосняками лишайниковыми (tфакт. 3,6 при t0,001 = 3,5). Для посевных культур существенных различий в выборочных средних значениях не выявлено (tфакт. = 1,0 при t0,05 = 2,0), однако наметилась тенденция к увеличению показателя при улучшении лесорастительных условий (табл. 6).

Таблица 6 – Физико-механические показатели древесины сосны в культурах по типам леса

Тип

леса

Средняя

ширина

годичного слоя, мм

Содержание поздней

древесины, %

Плотность при

влажности 12%, г/см

Предел прочности при сжатии вдоль

волокон, МПа

Сосняк

кисличный

Нет данных

2,7±0,1

Нет данных

26,0±1,4

Нет данных

0,445±0,069

Нет данных

36,6±1,2

Сосняк

черничный

1,0±0,02

2,8±0,2

25,3±2,1

30,9±2,2

0,510±0,010

0,483±0,008

43,9±1,0

38,5±1,1

Сосняк

брусничный

1,0±0,02

2,8±0,1

23,5±1,6

28,9±1,0

0,491±0,020

0,445±0,007

Нет данных

38,4±1,2

Сосняк

лишайниковый

0,9±0,1

2,0±0,1

23,0±1,8

25,3±0,6

0,498±0,020

0,444±0,050

Нет данных

34,2±1,0

В посадках сосны черничного и брусничного типов леса доля поздней древесины существенно выше, чем в сосняках лишайниковых (tфакт. 2,4 при t0,05 = 2,0). Достоверных различий в выборочных средних значениях по типам леса в посевах не выявлено (tфакт. = 0,2 - 0,8 при t0,05 = 2,0), хотя также наметилось увеличение показателя при улучшении условий роста. Абсолютное доминирование по содержанию поздних зон в годичных слоях наблюдается в сосняке черничном.

Значения плотности древесины сосны указывают на некоторое преимущество показателя в черничном типе леса. Однако, достоверность различий между выборочными средними по типам леса не подтверждается статистически (tфакт. = 0,01- 0,9 при t0,05 = 2,0), за исключением сосны в посадках черничного и брусничного типов леса (tфакт. = 3,5 при t0,01 = 2,7). Отмечается положительная прямолинейная зависимость между процентным содержанием поздней зоны и плотностью древесины сосны в культурах (r = 0,615-0,749).

В посадках сосны кисличного и черничного типов леса южной подзоны тайги отмечены наибольшие значения комплексного показателя качества по пиловочнику и балансам (Kq = 0,970-0,991), насаждения характеризуются высокой качественной продуктивностью (табл. 7). Высокие значения и относительное равенство комплексных показателей по пиловочнику и балансам позволяет ориентировать процесс целевого выращивания высококачественной древесины в указанных лесорастительных условиях на эти виды сортиментов. В брусничном типе леса насаждения соответствуют высокому уровню качества по балансам и среднему уровню по пиловочнику, в лишайниковом типе леса – среднему и низкому уровню качества соответственно. В связи с этим, условия брусничного и лишайникового типов следует рекомендовать для целевого выращивания балансовой древесины сосны высокого качества.

Таблица 7 – Комплексные  показатели  качества  древесины сосны в культурах по типам леса

Тип леса

Комплексный показатель качества древесины, Kq.

посевы

посадки

пиловочник

балансы

пиловочник

балансы

Сосняк кисличный

-

-

0,980

0,970

Сосняк черничный

0,941

0,969

0,988

0,991

Сосняк брусничный

0,924

0,987

0,873

0,956

Сосняк лишайниковый

0,693

0,904

0,809

0,907

В посевах черничного и брусничного типов леса северной подзоны тайги насаждения соответствуют высокому уровню качества по балансам, среднему уровню – по пиловочнику. Целесообразно ориентировать процесс выращивания в таких лесорастительных условиях на получение высококачественных балансов, не исключая целевое выращивание пиловочника. В силу предельно низкого значения комплексного показателя по пиловочнику в лишайниковом типе леса (Kq = 0,693), рекомендуется использовать такие лесорастительные условия для целевого выращивания балансов.

6. ВЛИЯНИЕ ПРИЕМОВ СОЗДАНИЯ И ВЫРАЩИВАНИЯ КУЛЬТУР НА КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДРЕВЕСИНЫ

Правильное и научно-обоснованное управленческое решение вопросов выбора способа лесовосстановления, приема обработки почвы, метода создания культур, ассортимента выращиваемых древесных пород, густоты посадки и посева является залогом успешного воспроизводства лесов. Их решение, как правило, базируется на лесоводственно-биологическом подходе. В рамках нашего исследования апробирован экономико-квалиметрический подход, в основу которого положено определение качества древесного сырья, как категории технической (квалиметрической), так и экономической (качество как стоимость).

Вопрос выбора древесной породы относится к числу важнейших элементов всего процесса воспроизводства древесных ресурсов. Большое внимание ему уделяли классики отечественного лесоводства: Г.Ф. Морозов, В.Д. Огиевский, И.С. Мелехов, М.Е. Ткаченко и др. Особое развитие проблема получила в последнее время в связи с внедрением плантационного лесовыращивания (Шутов и др., 1984, 2007; Мошкалев, Поюровская, 1986 и др.). Квалиметрический анализ древесного сырья, выполненный нами на основе обобщения материалов исследований 37 участков культур сосны и ели зеленомошной группы типов леса подзоны средней и южной тайги, показал, что, произрастая в условиях своего эдафического оптимума, сосна и ель существенно не различается по средней ширине годичного слоя, толщине сучков и их количеству на погонном метре ствола. Однако, в силу биологических особенностей вида, сосна существенно превосходит ель по содержанию поздних зон в годичных слоях, плотности древесины и протяженности бессучковой зоны (табл. 9).

Таблица 9 – Показатели качества древесины сосны (числитель) и ели (знаменатель) в средневозрастных культурах зеленомошной группы типов леса подзоны средней и южной тайги

Показатели

Значения показателей

Различия средних

значений*

минимум

максимум

в среднем

Средняя ширина годичного слоя, мм

0,8

1,1

2,9

2,8

1,7±0,2

2,0±0,2

0,1

Содержание поздней

древесины, %

23,7

21,1

36,6

26,0

29,5±0,8

23,8±0,7

5,4

Плотность древесины при влажности 12%, г/см3

0,440

0,395

0,510

0,460

0,478±0,006

0,423±0,006

6,9

Протяженность бессучковой зоны ствола, м

0,28

0,10

1,20

0,38

0,54±0,05

0,18±0,03

6,2

Средний диаметр у основания сучков, см

0,9

1,1

2,2

1,6

1,4±0,1

1,3±0,1

0,7

Число сучков на 1 метре ствола, шт.

7,4

6,0

12,8

13,0

9,1±0,3

9,5±0,7

0,5

* Табличный критерий Стьюдента при уровне 95% составляет 2,0.

Таким образом, целевое выращивание сортиментов, плотность древесины и протяженность бессучковой части ствола для которых выступают в роли лимитирующих показателей, целесообразно ориентировать на сосну в оптимальных для ее произрастания эдафических условиях. Древесина ели, в отличие от древесины сосны, характеризуется относительной стабильностью показателей макростроения и плотности. При необходимости получения целевых сортиментов с однородным строением древесины в указанных лесорастительных условиях следует рекомендовать выращивание ели.

С учетом требований ГОСТ 9463-88 в культурах сосны и ели на данном этапе их развития возможно получение лесоматериалов I и II сорта. Результаты корреляционно-регрессионного анализа подтверждают сделанные ранее выводы о тесной взаимосвязи таксационного диаметра ствола (у, см) и максимального диаметра у основания сучков (х, см) у сосны (у = 0,820+0,169х, r = 0,751), и свидетельствуют о подобной связи между показателями у ели (у = 1,159+0,072х,  r = 0,758).

Учитывая неразрывную связь биологических свойств древесных пород с почвенно-гидрологическими условиями, практический интерес представляет изучение их аутэкологических особенностей. Отмечается, что сосна, произрастая на тяжелосуглинистых, т.н. «еловых», почвах, может формировать насаждения высокой качественной продуктивности по балансам (Kq = 0,958). Проведенные исследования свидетельствует о возможности целевого выращивания древесины сосны на тяжелосуглинистых почвах без снижения качества древесины, что позволяет лесоводам расширить ее синэкологический ареал.

Культивирование ели на тяжелосуглинистых почвах к возрасту технической спелости на балансы (50 лет), в отличие от сосны, позволяет сформировать насаждение на 20% большей балансовой продуктивности и тем самым увеличить эффективность лесокультурного производства (табл. 10).

Таблица 10 – Балансовая продуктивность и стоимость сульфатной целлюлозы в культурах сосны и ели в возрасте технической спелости

Культуры

Рбаз., кг/м3

П, %

К

Н, м3/т

Выход с 1 га

Стоимость

целлюлозы

балансовой древесины, м3

сульфатной целлюлозы, т

руб./т*

тыс. руб./га

сосны

365

45,04

0,929

5,78

280

48,4

228,0

11,0

ели

347

49,04

5,60

330

58,9

222,0

13,1

* Стоимость 1 тонны целлюлозы принята по данным Р.Б. Федорова, О.И. Полубояринова (1990) для условий Вологодской области и насаждений соответствующего класса бонитета. Очевидно, что приведенные в таблице ценовые значения, действовавшие ранее, не в полной мере отражают настоящую действительность. Постоянные изменения в экономике страны, несомненно, требуют корректировки стоимости целлюлозы. Однако полагаем, что в настоящее время корректно использование соотношения указанных значений, не претерпевшее существенных изменений.

Все выше сказанное позволяет рекомендовать для целевого выращивания балансов за короткий оборот рубки в рассматриваемых лесорастительных условиях древесину ели.

Наряду с выбором древесных пород для целевого выращивания, научно-обоснованных управленческих решений требует проблема оптимизации породного состава древостоя. Созданием смешанных культур лесоводы стремились разрешить эту проблему. Определенный опыт по изучению роста и продуктивности смешанных культур имеется в условиях рассматриваемого региона (Ипатов, Овчинникова, 1972; Ипатов, 1974; Прокопьев, 1984; Бабич, Гаевский, Конюшатов, 2000; Конюшатов, Прохоров, Евдокимов, 2002 и др.).

При исследовании монокультур сосны, ели и смешанных сосново-еловых культур (-Е-СС-Е-СС-) в условиях средней подзоны тайги (А – 62 года, N – 4,8 тыс. шт./га, тип лесорастительных условий - кисличный) отмечено превосходство на 37-88% в общем запасе стволовой древесины последних. В чистых культурах сосны и смешанных культурах первый ярус образует сосна (Ia и I класс бонитета), в культурах ели – береза и осина естественного происхождения (Ia и I класс бонитета). Ель на всех участках находится во втором ярусе и характеризуется III классом бонитета.

В результате исследований не выявлено отрицательного влияния смешения сосны и ели на показатели макростроения и плотности древесины (табл. 11).

Таблица 11 – Средние показатели макростроения и плотности древесины в чистых и смешанных культурах

Культуры

Сосна

Ель

M±m

tфакт.*

M±m

tфакт.

Средняя ширина годичного слоя, мм

Чистые

2,9 ± 0,3

0,28

1,5±0,1

-

Смешанные

3,0 ± 0,2

1,5±0,1

Процент поздней древесины, %

Чистые

24,4 ± 1,2

1,00

21,3±0,4

1,94

Смешанные

22,8 ± 1,1

22,7±0,6

Плотность при 12% влажности, г/см3

Чистые

0,445 ± 0,011

1,43

0,433±0,004

1,71

Смешанные

0,465 ± 0,009

0,445±0,006

*Табличный критерий Стьюдента при доверительном уровне 95% равен 1,98.

Балансовая продуктивность смешанных культур на момент исследований составляет в среднем 56 т/га, в то время как для монокультур сосны и ели – лишь 17,9 и 19,4 т/га соответственно. Исследования указывают на возможность создания в рассматриваемых лесорастительных условиях смешанных сосново-еловых культур, что не снижает качества древесины и позволяет повысить балансовую продуктивность насаждений.

Вопрос приоритета в выборе метода создания лесных культур с учетом сохранности, роста и древесной продуктивности насаждений широко освещен в лесоводственной литературе (Тюрмер, 1891; Патранин, 1958; Пигарев, Непогодьева, Ещеркина, 1967; Ипатов, 1974; Прокопьев, 1984; Сунгуров, Пигарев, Козловский, 1985; Поляков, Ипатов, Успенский, 1986; Бабич, Гаевский, Конюшатов, 2000; Мерзленко, Бабич, 2002; Бабич, Евдокимов, Неволин, 2008 и др.). Отмечается, что посев и посадка имеют определенные достоинства и недостатки. Эффективность применения того или иного метода обусловлена лесорастительной зоной, типом леса и вырубки, лесоводственными свойствами древесных пород, целевым назначением культур.

Экономико-квалиметрический анализ насаждений выполнен на примере культур сосны в условиях кисличного и черничного типов леса средней и южной подзоны тайги, созданных посевом местных семян и посадкой 2-летних сеянцев. Отмечается достоверное преимущество по числу сучков на 1 п./м ствола в посадках в сравнении с посевами (tфакт. = 33,6 при t0,001 = 3,3), сила влияния метода создания культур на число сучков значительна (2 = 0,58, F = 313,9 при F0,05 = 3,9). Протяженность бессучковой зоны, как в посевах, так и в посадках, составляет в среднем 0,4 м, средний и максимальный диаметр у основания сучков 1,9 и 4,0 см соответственно. Площадь поперечного сечения сучков в посадках составляет 35,8 см2/м, в посевах – 22,7 см2/м, что позволяет считать посадки менее качественными по признаку сучковатости. Подтверждается наличие ранее выявленной нами тесной взаимосвязи между таксационным диаметром ствола (х, см) и средней толщиной сучков (у, см). Для сосны в посадках эта связь выражается уравнением: у = 1,030+0,052х (r = 0,866±0,07), в посевах: у = 0,117+0,004х (r = 0,946±0,02). Независимо от метода создания к настоящему времени в культурах сформировалось древесное сырье I и II сорта (по ГОСТ 9463-88). 

Отмечается преимущество в 1,5 раза по средней ширине годичного слоя у сосны в посадках в сравнении с посевами (tфакт. = 5,7 при t0,001 = 3,3) и отсутствие различий в выборочных средних значениях доли поздних зон и плотности древесины (tфакт. = 1,4 при t0,05  = 2,0). Выявлена существенная вариабельность значений показателей макростроения древесины у сосны в посадках в отличие от посевов, что является свидетельством существенной подверженности воздействию условий внутренней и внешней среды сосны в посадках. Особенности строения древесины сосны, формирующейся в посевах и посадках, должны учитываться при целевом выращивании специальных видов сортиментов.

Для сосны в посевах и посадках отмечается тесная связь между плотностью (х, г/см3) и пределом прочности древесины при сжатии вдоль волокон (у, МПа), аппроксимируемая уравнением прямой (для посевов: у = 96,5х–4,0, r = 0,952±0,009; для посадок: у = 109,3х – 13,5, r = 0,854±0,027).

Расчет комплексных показателей качества по сосновым балансам в посевах и посадках свидетельствует о высокой качественной продуктивности насаждений (Kq = 0,963-1,000), что не исключает возможности использование того или иного метода при создании культур. В тоже время балансовая продуктивность в посадках сосны достигает 59,6 т/га, в посевах – лишь 36,0 т/га. Этот факт дает возможность рекомендовать в указанных лесорастительных условиях в качестве метода создания культур посадку, что позволит выращивать насаждения высокой качественной и балансовой продуктивности.

Аналогичные выводы сделаны по материалам исследований культур ели в условиях кисличного типа леса южной подзоны тайги. Комплексный показатель качества для посадок и посевов составил 0,964-1,000, что соответствует высокому уровню качества насаждений. В тоже время балансовая продуктивность посадок ели в возрасте технической спелости на балансы (50 лет) достигает 34,0 т/га, что в 1,4 раза больше, чем в посевах. 

Таким образом, создание культур при целевом выращивании сосны и ели на балансы в указанных условиях местопроизрастания может осуществляться методом посадки или посева, что существенно не отразиться на качественной продуктивности насаждений. Однако создание культур методом посадки способствует повышению балансовой продуктивности насаждений и тем самым повышает эффективность лесокультурного производства.

Плантационная форма ведения лесного хозяйства в недавнем прошлом имела широкое развитие в регионе в связи с дефицитом древесного сырья для целлюлозно-бумажной промышленности. За период с 1981 по 1995 г. заложено более 2 тыс. га плантационных культур ели. Требования к качеству получаемой на плантациях древесины не могут быть оставлены в пренебрежении (Шутов, Маркова, Омельяненко, 2007).

Строение и плотность древесины в плантациях рассмотрены на примере культур ели (южная подзона тайги, А – 20 лет, тип лесорастительных условий – черничный), целью закладки которых являлось создание постоянной лесосырьевой базы для Сокольского ЦБК. В качестве рабочей гипотезы нами выдвигалось предположение о форсированном росте ели, что могло неоднозначно отразиться на качестве ее древесины.

Средняя ширина годичного слоя изменяется в пределах 1,5 до 2,1 мм (табл. 12). Ранее проведенные исследования ели в обычных культурах свидетельствуют о возможности формирования в аналогичных лесорастительных условиях древесины со средней шириной годичного слоя до 2,5 мм. Тем самым опровергается гипотеза о формировании на рассматриваемых плантациях древесины с широкими годичными слоями. При таком годичном приросте ель достигнет целевого диаметра балансов (22 см) лишь в возрасте 64-82 лет.

Таблица 12 – Макроструктура и плотность древесины ели в плантационных культурах

Показатель

Посадка сеянцев по

пластам

плуга

ПКЛН-500А

микроповышениям плуга ПЛД-1,2

с высевом

люпина

с высевом люпина и

применением раундапа

Средняя ширина

годичного слоя, мм

1,5±0,05

1,7±0,03

2,1±0,04

Содержание поздней древесины, %

17,0±0,8

13,1±0,6

18,2±0,6

Базисная

плотность, г/см3

0,374±0,016

0,307±0,013

0,307±0,006

Содержание поздней древесины в годичных слоях ели изменяется в пределах 13,1-18,2% (в среднем 15,7%), что согласуется с обобщающими данными И.В. Шутова, И.А. Марковой, А.Я. Омельяненко и др. (2007) по плантационным культурам ели в возрасте до 30 лет.

Известно, что целлюлозно-бумажная промышленность ранее предъявляла определенные требования к плотности поставляемого сырья, для переработки использовались балансы ели с базисной плотностью 346-395 кг/м3. Полученные в ходе наших исследований значения базисной плотности не во всех случаях укладываются в указанные выше пределы. Вследствие формирования древесины ели пониженной плотности возможно уменьшение выхода целлюлозы при ее переработке, что не может в полной мере отвечать основополагающим принципам плантационного лесовыращивания. 

Вопрос выбора способа лесовосстановления с позиции качества формирующейся древесины до сих пор оставался открытым.  Анализ полученных в ходе наших исследований данных позволяет выполнить сравнительную оценку качества древесины в древостоях естественного и искусственного происхождения (табл. 13).

Отмечается преимущество в 1,7 раза для сосны и в 2,0 раза для ели по средней ширине годичных слоев в культурах.  По содержанию поздних зон различия не столь убедительны, хотя в культурценозах наметилось некоторое превосходство. Отмечается снижение плотности древесины сосны и ели в культурценозах в среднем на 11% и прочности при сжатии вдоль волокон на 18, 1 и 21,5% соответственно.

Таблица 13 – Средние показатели строения и физико-механических свойств древесины сосны (числитель) и ели (знаменатель) в древостоях естественного и искусственного происхождения Европейского Севера

Показатели качества

Значения показателей для

Различие, %

естественных

древостоев

лесных

культур

Средняя ширина

годичного слоя, мм

0,9

1,0

1,5

2,0

+66,7

+100,0

Число годичных слоев

в 1 см, шт.

11,8

10,1

6,7

5,1

-56,8

-50,5

Содержание поздней

древесины, %

26,0

21,0

29,0

23,8

+3,0

+2,8

Плотность древесины

при влажности 12%, г/см3

0,546

0,475

0,488

0,423

-10,6

-10,9

Предел прочности при сжатии вдоль волокон, МПа

53,0

49,3

43,4

38,7

-18,1

-21,5

       

Полученные в ходе исследований значения показателей макростроения, плотности и прочности древесины культивируемой в условиях Европейского Севера сосны и ели могут служить дополнением к существующим таблицам стандартных справочных данных (РТМ, 1962; ГСССД 69-84).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании проведенных научных исследований по рассматриваемой проблеме сформулированы следующие концептуальные выводы и рекомендации.

Повышение качества древесины является приоритетной задачей процесса воспроизводства древесных ресурсов. Ее своевременное, научно-обоснованное решение обеспечит конкурентоспособность российских лесоматериалов и позволит рационально интегрировать лесной сектор национальный экономики в мировое пространство.

Фундаментальной основой процесса формирования древесины высококвалитетного уровня являются знания наследуемости ее свойств, базирующиеся на материалах феногенетического анализа. Для древесины сосны генетически обусловленными следует считать содержание поздних зон в годичных слоях (Н2 = 0,98), плотность древесины (Н2 = 0,77), диаметр у основания сучков (Н2 = 0,97) и протяженность бессучковой зоны (Н2 = 0,91), для древесины ели – долю поздних зон в годичных слоях (Н2 = 0,92). Отбор материнских продуцентов рекомендуется производить с учетом указанных признаков.

Для культур сосны, созданных в условиях черничного типа леса местными (средняя подзона тайги, Верхнедвинской лесосеменной район, южноархангельский подрайон) и инорайонными (северная подзона тайги, Двинско-мезенский лесосеменной район, нижнедвинский подрайон) семенами, комплексный показатель качества древесины составил по пиловочнику 0,865 и 0,882, по балансам – 0,935 и 0,942 соответственно, что отвечает среднему уровню качественной продуктивности насаждений. Следует считать возможным перемещение инорайонных семян в пределах указанных границ и типов леса, что не вызовет снижения качества древесины. Для древесины сосны Онежского происхождения характерно абсолютное доминирование комплексного показателя качества по пиловочным бревнам, Верхне-Тоемского происхождения – по балансам, что позволяет рекомендовать для использования в соответствующих лесорастительных условиях семена из указанных районов с целью повышения качественной продуктивности насаждений.

Для географических культур сосны обыкновенной, заложенных Иркутскими семенами (Нижнеенисейский лесосеменной район) в условиях черничного типа леса средней подзоны тайги Архангельской области (Верхнедвинской лесосеменной район), также как и для местного климатипа, характерно формирование насаждений высокой качественной продуктивности по пиловочнику (Kq = 0,971) и балансам (Kq = 0,990). Использования Иркутских семян сосны для создания лесных культур в указанных географо-типологических условиях не снижает качественной продуктивности насаждений.

При меридиальном продвижение в южном направлении на расстояние 120 км (1°) наблюдается увеличение средней ширины годичного слоя для сосны на 37, для ели – на 47%, содержания поздних зон – на 3 и 4%, плотности древесины – на 2 и 1% соответственно. Рекомендуется создание целевых лесных культур в более южных районах относительно мест переработки древесного сырья, что будет способствовать получению дополнительного радиального прироста древесины без снижения ее плотности.

В посадках сосны кисличного и черничного типов леса южной подзоны тайги формируются насаждения высокой качественной продуктивности по пиловочнику и балансам (Kq = 0,970-0,991), рекомендуется ориентировать процесс целевого выращивания высококачественной древесины в указанных лесорастительных условиях на эти виды сортиментов. В условиях брусничного типа леса насаждения соответствуют высокому уровню качества по балансам (Kq = 0,956) и среднему уровню по пиловочнику (Kq = 0,873), в лишайниковом типе леса – среднему (Kq = 0,907) и низкому уровню качества (Kq = 0,809) соответственно. Условия брусничного и лишайникового типов следует рекомендовать для целевого выращивания балансовой древесины сосны высокого качества.

В посевах черничного и брусничного типов леса северной подзоны тайги насаждения сосны соответствуют высокому уровню качества по балансам (Kq составил 0,969 и 0,987 соответственно), среднему уровню – по пиловочнику (Kq = 0,941 и 0,924). В таких лесорастительных условиях процесс лесовыращивания целесообразно ориентировать на получение высококачественных балансов, не исключая целевое выращивание пиловочника. В силу предельно низкого значения комплексного показателя по пиловочнику в лишайниковом типе леса (Kq = 0,693), рекомендуется использовать такие лесорастительные условия для целевого выращивания балансов (Kq = 0,904).

Сосна и ель при произрастании в условиях своего эдафического оптимума, существенно не различается по средней ширине годичного слоя, толщине сучков и их количеству на погонном метре ствола. В силу биологических особенностей вида, сосна превосходит ель по содержанию поздних зон в годичных слоях в 1,2, плотности древесины в 1,1 и протяженности бессучковой зоны в 3 раза. Древесина ели, в отличие от сосны, характеризуется относительной стабильностью показателей макростроения и плотности. В оптимальных эдафических условиях роста целевое выращивание сортиментов, плотность древесины и протяженность бессучковой части ствола для которых, выступают в роли лимитирующих показателей, целесообразно ориентировать на сосну, для получения целевых сортиментов с однородным строением и плотностью древесины – на ель.

Сосна, произрастая на тяжелосуглинистых почвах, формирует древесину с характерной для нее плотностью и образует насаждения высокой качественной продуктивности по балансам (Kq = 0,958), что позволяет расширить фактический (синэкологический) ареал этой породы без снижения качества древесины. Балансовая продуктивность культур ели к возрасту технической спелости (50 лет) достигает в среднем 59 т/га, культур сосны – 48 т/га. С целью получения балансов за короткий оборот рубки в указанных эдафических условиях процесс лесовыращивания целесообразно ориентировать на ель, что позволит сформировать к возрасту технической спелости насаждения на 20% большей балансовой продуктивности.

Выращивание сосны в смешении с елью (-Е-СС-Е-СС-) в условиях кисличного типа леса средней подзоны тайги не оказывает отрицательного влияния на показатели макростроения и плотности древесины культивируемых пород. В 62-летнем возрасте насаждений балансовая продуктивность смешанных культур составляет в среднем 56 т/га, монокультур сосны и ели – 17,9 и 19,4 т/га соответственно. При ориентации процесса целевого лесовыращивания на балансы в указанных лесорастительных условиях рекомендуется создавать смешанные сосново-еловых культуры, что не вызовет снижения плотности древесины и позволит повысить балансовую продуктивность насаждений.

В культурах сосны кисличного и черничного типов леса средней и южной подзоны тайги, созданных посевом семян и посадкой сеянцев, формируются насаждения высокой качественной продуктивности по балансам (Kq = 0,963-1,000). В 70-летнем возрасте насаждений балансовая продуктивность в посадках сосны достигает в среднем 60, в посевах – 36 т/га. Комплексный показатель качества древесины в посадках и посевах ели кисличного типа леса изменяется в пределах 0,964-1,000, что соответствует высокому уровню качества насаждений. Балансовая продуктивность посадок ели в возрасте технической спелости на балансы (50 лет) достигает 34, в посевах – 25 т/га. Для повышения балансовой продуктивности насаждений лесные культуры следует создавать методом посадки.

Основным сортообразующим пороком древесины в средневозрастных культурах сосны и ели являются здоровые сучки. С учетом требований ГОСТ 9463-88 в культурценозах сосны зеленомошной и лишайниковой групп типов леса и ели зеленомошной группы типов леса, рассмотренного диапазона густоты (посадки: 2,5 – 4,0 тыс. шт./га; посевы: 2,5-6,5 тыс. п./м га) формируется древесное сырье I - II сорта по признакам сучковатости. Изменение густоты культур в указанных границах существенно не влияет на сортность лесоматериалов.

Сосна и ель в средневозрастных культурах характеризуется следующими усредненными значениями показателей        строения и физико-механических свойств древесины соответственно: ширина годичного слоя – 1,5 и 2,0 мм, содержание поздних зон в годичных слоях – 29 и 24%, плотность при нормализованной влажности – 490 и 420 кг/м3, предел прочности при сжатии вдоль волокон – 43 и 39 МПа.  При превосходстве культивируемой сосны и ели на 67 и 100% по средней ширине годичного слоя, их древесина характеризуется в среднем на 11% меньшими показателями плотности в сравнении с насаждениями естественного происхождения.

Полученные в ходе исследований результаты, сформулированные выводы и рекомендации, могут служить основой для разработки программ целевого выращивания насаждений высокой качественной продуктивности в условиях таежной зоны Европейской части России. 

Основные публикации по теме диссертации

Учебные пособия и монографии

  1. Мелехов, В.И. Качественные характеристики древесины сосны в культурах: учебное пособие для вузов [Текст] / В.И. Мелехов, Н.А. Бабич, С.А. Корчагов // Архангельск: изд-во АГТУ. 2005. - 116 с.
  2. Мелехов, В.И. Качество древесины сосны в культурах [Текст] / В.И. Мелехов, Н.А. Бабич, С.А. Корчагов // Архангельск: изд-во АГТУ. 2003. - 110 с.
  3. Корчагов, С.А. Продукционный процесс и структура деревьев, древесин и древостоев [Деп. в ВИНИТИ] / Ю.А. Гопиус, Е.В. Казанцева, В.В. Коровин, С.А. Корчагов // М.: РАН, институт лесоведения. 2006. - 165 с.

Публикации в изданиях по перечню ВАК

  1. Корчагов, С.А. Влияние рубок ухода, внесения удобрений и их комплексного использования на свойства древесины сосны в культурах [Текст] / С.А. Корчагов, С.Е. Грибов, Н.А. Клюквина, Ю.М. Авдеев, Р.В. Щекалев // Вестник Московского государственного университета леса. Лесной вестник. – 2009. – № 1 (64). – С. 95-99.
  2. Мелехов, В.И. Физико-механические свойства древесины сосны в посадках по типам леса [Текст] / В.И. Мелехов, Н.А. Бабич, С.А. Корчагов, С.Е. Грибов // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. – 2007. - № 180. – С. 14-19.
  3. Корчагов, С.А. Качество древесины ели в культурах, созданных по разным технологиям [Текст] / С.А. Корчагов, С.Е. Грибов // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. – 2009. – №2. – С. 134-137.
  4. Корчагов, С.А. Повышение эффективности лесопользования в низкопродуктивных типах леса Вологодской области [Текст] / С.А. Корчагов, С.Е. Грибов, Ю.М. Авдеев, В.И. Мелехов // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2009. – №188. – С. 17-21.
  5. Конюшатов, О.А. Новая книга о фитомассе лесов [Текст] / О.А. Конюшатов, С.А. Корчагов // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. – 2005. – №4. – С. 147-148.
  6. Корчагов, С.А. Сравнительная характеристика физико-механических свойств древесины сосны в посадках по типам леса [Текст] / С.А. Корчагов, С.Е. Грибов, Н.А. Клюквина // Вестник Московского государственного университета леса. Лесной вестник. – 2007. – №5. –  С. 54-57.
  7. Бабич, Н.А. Современный учебник профессора Б.Н. Уголева [Текст] / Н.А. Бабич, С.А. Корчагов // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. – 2008. – № 3. –  С. 145.
  8. Корчагов, С.А. Влияние лесных пожаров на качественные показатели древесины сосны обыкновенной (Pinus silvestris) [Текст]  / С.А. Корчагов, С.Е. Грибов // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. – 2009. – №4. – С. 24-27.
  9. Корчагов, С.А. Влияние удобрений и комплексных уходов на формирование древесины сосны в лесных культурах [Текст]  / С.А. Корчагов, В.И. Мелехов // Известия ТСХА. – 2009. – Вып. 2. – С. 64-67.

Публикации в региональных изданиях

  1. Корчагов, С.А. Количественная характеристика сучковатости как оценочный показатель качества древесины  [Текст] / С.А. Корчагов, В.И. Мелехов, И.В. Евдокимов, Н.А. Бабич // Экологические проблемы Севера. Межв. сб. научн. трудов. – 2002. – Вып. 3. – С.60-62. 
  2. Корчагов С.А. Качество древесины сосны в культурах в связи с типами леса [Текст] / С.А. Корчагов // Экологические и биологические вопросы сельского и лесного хозяйства. Труды ВГМХА. Вологда – Молочное: ВГМХА. – 2001. - С.86-90.
  3. Корчагов, С.А. Влияние условий местопроизрастания на качество древесины сосны в культурах [Текст] / С.А. Корчагов // Молодые ученые Поморья. Материалы региональной научно-практической конференции молодых ученых «Ломоносова достойные потомки». – Архангельск, 2001. – С. 26-27.
  4. Корчагов, С.А. Форма древесных стволов в посевах в связи с типами леса [Текст] / С.А. Корчагов // Экологические проблемы Севера. Межв. сб. научн. трудов. – 2002. – Вып. 5. – С. 91-92. 
  5. Корчагов, С.А. Качество древесины хвойных пород на Европейском Севере [Текст] / С.А. Корчагов, О.А. Конюшатов, С.А. Коробицын // Проблемы лесного комплекса России в переходный период развития экономики: материалы Всероссийской научно-технической конференции 3-6 декабря 2002 г. - Вологда: ВоГТУ, 2003. – С. 8-10.
  6. Корчагов, С.А. К вопросу о качестве географических культур сосны обыкновенной Архангельской области [Текст] / С.А. Корчагов // Вопросы совершенствования полевого кормопроизводства и технология выращивания лесных культур: материалы юбилейной научно-практической конференции, посвященной 60-летию факультета агрономии лесного хозяйства ВГМХА. Вологда – Молочное, 2003. – С. 91-94.
  7. Корчагов, С.А. Фенотипические показатели качества древесины сосны в географических культурах [Текст] / С.А. Корчагов, С.Е. Грибов // Проблемы лесного комплекса России в переходный период развития экономики: материалы Всероссийской научно-технической конференции 2-4 декабря 2003 г. - Вологда: ВоГТУ, 2004. – С. 87-89.
  8. Грибов, С.Е. Сравнительная характеристика фенотипических показателей качества в сосновых древостоях различного происхождения [Текст] / С.Е. Грибов, С.А. Корчагов // Эффективные технологии в производстве и переработке сельскохозяйственной продукции. Сборник трудов, посвященный 100-летию со дня рождения профессора, ректора ВМИ В.В. Сливко. Вологда – Молочное, 2004. – С. 64-67.
  9. Грибов, С.Е. Сравнительная характеристика фенотипических показателей качества культур сосны в различных типах леса [Текст] / С.Е. Грибов, В.А. Маринов, С.А. Корчагов, Е.Н. Зубова // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: материалы международной научно-технической конференции 29 ноября – 2 декабря 2004 г. - Вологда: ВоГТУ, 2005. – С. 25-27.
  10. Корчагов, С.А. Качественная оценка географических культур Pinus silvestris L. в Архангельской области [Текст] / С.А. Корчагов, В.А. Маринов, Р.В. Щекалев // Актуальные проблемы лесного комплекса. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. – Брянск: БГИТА, 2006. Вып. 15. – С. 32-34.
  11. Корчагов, С.А. Влияние условий местопроизрастания на качество древесины сосны в культурах [Текст] / С.А. Корчагов, С.Е. Грибов, Р.В. Щекалёв // Актуальные проблемы лесного комплекса. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. – Брянск: БГИТА, 2006. Вып. 15. – С. 93-95.
  12. Корчагов, С.А. Влияние подсочки на качественные показатели древесины сосны [Текст] / С.А. Корчагов, С.Е. Грибов, Н.А. Клюквина, В.А. Алтынов // Лесопользование и гидролесомелиорация: Материалы Всероссийского симпозиума. – СПб. – Вологда: СевНИИЛХ, 2007, - Ч. 1. – С. 102-106.
  13. Корчагов, С.А. Сравнительная характеристика фенотипических показателей качества в посадках сосны по типам леса [Текст] / С.А. Корчагов, С.Е. Грибов, В.А. Маринов // Кадровое и научное сопровождение устойчивого управления лесами: материалы международной научной конференции. Йошкар-Ола. 2005. – С. 30-33.
  14. Корчагов, С.А. Качественная оценка внутривидовых форм ели на лесосеменной плантации Вологодского лесхоза [Текст] / С.А. Корчагов, Ю.М. Авдеев, М.А. Власов // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: материалы международной научно-технической конференции 5-7 декабря 2006 г. Вологда: ВоГТУ, 2007. – С. 13-15.
  15. Корчагов, С.А. Влияние технологии выращивания культур на формирование древесины ели и ее качество в условиях Кадниковского лесхоза Вологодской области [Текст] / С.А. Корчагов, Н.А. Клюквина, В.В. Мартьянов // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: материалы международной научно-технической конференции 5-7 декабря 2006 г. Вологда: ВоГТУ, 2007. –С. 15-18.
  16. Авдеев, Ю.М. Влияние густоты древостоя на форму стволов [Текст]  / Ю.М. Авдеев, С.А. Корчагов // Научное управление качеством образования. Биологические науки: Сборник трудов ВГМХА по результатам работы научно-практической конференции, посвященной 96-летию академии. Т. 3. – Вологда–Молочное: ИЦ ВГМХА, 2007. – С. 79-80.
  17. Клюквина, Н.А. К истории изучения вопроса о влиянии лесохозяйственных мероприятий на качественные показатели древесины [Текст] / Н.А. Клюквина, С.А. Корчагов // Научное управление качеством образования. Биологические науки: Сборник трудов ВГМХА по результатам работы научно-практической конференции, посвященной 96-летию академии. Т. 3. – Вологда–Молочное: ИЦ ВГМХА, 2007. – С. 82-86.
  18. Хамитов, Р.С. Состояние лесосеменной базы в Вологодской области [Текст] / Р.С. Хамитов, С.А. Корчагов // Экологические проблемы Севера. Межвузовский сборник научных трудов. Архангельск: АГТУ, 2005. Вып. 8. – С. 60-62.
  19. Маринов, В.А. Влияние лесорастительных условий на форму древесного ствола в культурах сосны [Текст] / В.А. Маринов, Ю.М. Авдеев, С.А. Корчагов // Научное управление качеством образования. Биологические науки: Сборник трудов ВГМХА по результатам работы научно-практической конференции, посвященной 96-летию академии. Т. 3. – Вологда–Молочное: ИЦ ВГМХА, 2007. – С. 86-89.
  20. Корчагов, С.А. К вопросу о качестве древесины сосны послеподсочного происхождения в Вологодской области [Текст] / С.А. Корчагов, С.Е. Грибов // Повышение производительности и эффективности использования лесов на осушенных землях: материалы международного совещания. СПб: СПбНИИЛХ. 2008. – С. 209-212.
  21. Авдеев, Ю.М. Влияние состава насаждений на сучковатость сосны в культурах [Текст] / Ю.М. Авдеев, Н.А. Клюквина, С.А. Корчагов, Р.С. Хамитов //  Аграрная наука – сельскохозяйственному производству. Биологические науки: Сборник трудов ВГМХА по результатам научно-практической конференции, посвященной 97-летию академии. Т 3. Вологда–Молочное: ИЦ ВГМХА, 2008. – С. 21-24.
  22. Корчагов, С.А. Комплексная оценка качества древесины сосны в географических культурах Архангельской области [Текст] / С.А. Корчагов, С.Е. Грибов, Ю.М. Авдеев, Н.А. Клюквина // Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ. Вып. 7. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2008. – С. 43-49.
  23. Авдеев, Ю.М. Природные характеристики ели различных форм [Текст] / Ю.М. Авдеев, Н.А. Клюквина, С.А. Корчагов // Проблемы и перспективы развития растениеводства и лесного дела в современных условиях: Сборник материалов юбилейной научно-практической конференции факультета агрономии и лесного хозяйства, посвященной 65-летию факультета и 10-летию специальности «Лесное хозяйство». – Вологда – Молочное: ИЦ ВГМХА, 2008. – С. 129-132.
  24. Корчагов, С.А. Качество древесины сосны в культурах под влиянием рубок ухода [Текст] / С.А. Корчагов, С.Е. Грибов, Н.А. Клюквина, Ю.М. Авдеев, Р.В. Щекалев // Материалы IX международной научно-технической конференции «Лес - 2008» (10 мая – 10 июня). Брянск: БГИТА, 2008. – С. 20-23.
  25. Бабич, Н.А. Влияние изменчивости анатомических элементов на плотность и прочность древесины сосны в культурах [Текст]  / Н.А. Бабич, В.И. Мелехов, А.М. Антонов, Д.Ю. Коновалов, С.А. Корчагов, Д.Е. Чалых // Современные проблемы теории и практики лесного хозяйства. Всероссийская научно-практическая конференция, посвященная 100-летию со дня рождения доктора биологических наук, профессора Михаила Даниловича Данилова: сб. статей. - Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2008. – С. 188-192.
  26. Корчагов, С.А. Сучковатость стволов сосны в различных типах леса [Текст] С.А. Корчагов, С.Е. Грибов // Лесохозяйственная информация - 2008. - №10-11. – С. 3-5.
  27. Корчагов, С.А. Повышение эффективности использования низкопродуктивных лесов Вологодской области [Текст] / С.А. Корчагов, В.И. Мелехов, С.Е. Грибов // Труды ИЭФ РЭА им. Г.В. Плеханова и ВоГТУ. Материалы международной конференции «Инновационные процессы в экономике региона». М: изд-во Россельхозакадемии. – 2009. – С. 35-39.
  28. Корчагов, С.А. Обоснование выбора древесных пород при целевом выращивании сырья для целлюлозно-бумажной промышленности [Текст] / С.А. Корчагов, М.М. Андронова, С.Е. Грибов, О.Ю. Яковлева // Экология промышленного производства. – 2009. - №4. – С. 43-48.



© 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.