Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние проблемы 7
2. Программа, методика и объекты исследований 21
3. Рост и продуктивность естественных и искусственных насаждений сосны кедровой корейской 28
3.1. Рост сосны кедровой корейской в естественных насаждениях 28
3.2. Урожайность насаждений сосны кедровой корейской 46
3.3. Рост кедровых сосен в географических культурах 61
4. Выращивание сеянцев сосны кедровой корейской с открытой и закрытой корневой системой 72
4.1. Выращивание сеянцев с открытой корневой системой 72
4.2. Выращивание сеянцев с закрытой корневой системой 84
5. Особенности роста сосны кедровой корейской в лесных культурах и городских посадках 93
5.1. Рост сосны кедровой корейской в культурах под пологом леса и на открытом пространстве 93
5.2. Рост сосны кедровой корейской в городских посадках 110
Заключение 115
Литература
- Программа, методика и объекты исследований
- Урожайность насаждений сосны кедровой корейской
- Выращивание сеянцев с закрытой корневой системой
- Рост сосны кедровой корейской в городских посадках
Программа, методика и объекты исследований
На Дальнем Востоке кедрово-широколиственные леса (КШЛ) с преобладанием сосны кедровой корейской имеют достаточно обширный ареал произрастания. Широко представлены в Приморском и Хабаровском краях, менее в Еврейской автономной области и Амурской области [24, 60].
По наличным запасам древесины КШЛ остаются наиболее производительными среди других лесных формаций в регионе. Например, спелые и перестойные насаждения КШЛ по запасу на 1 га превосходят ельники и лиственничники Приморского края на 19–20 %, ельники Хабаровского края – на 25 %. Более того, видовой состав КШЛ значительно шире по сравнению с другими формациями. Причина заключается в том, что в третичную флору эта часть материка не была накрыта ледником (рисунок 1).
Длительная эксплуатация КШЛ в прошлом столетии привела к тому, что их современный потенциал по общим ресурсам древесины на 1 га составляет примерно 50 % от физиологически возможного. Это видно из сравнения с эталонными насаждениями сосны кедровой корейской, пройденными выборочными рубками разной интенсивности [9]. Часть КШЛ перешла в другие лесные формации, что привело к потере лесных площадей, ранее занимаемых кедровниками. В. Н. Корякин [56], сравнивая части Нанайского лесхоза (Хабаровский край) разных лет устройства (1959 и 1995 гг.), пришел к выводу, что в результате интенсивной рубки сосна кедровая корейская за 36 лет потеряла 43 % своих площадей. При этом существенно изменился тип возрастной структуры, видовой состав древостоев, полнота, состав подроста. В настоящее время в КШЛ Хабаровского края более чем 2/3 (70,1 %) лесопокрытой площади занимают средневозрастные насаждения, 19,6 % приспевающие, 7,3 % – спелые и перестойные и 3,0 % – молодняки [56]. Классическое понятие «тип возрастной структуры» в пройденных рубками кедровниках в большинстве случаев утратило свое значение как таксационный признак. Но знать его необходимо в первую очередь для целей воспроизводства сосны кедровой корейской, поскольку, зная тип возрастной структуры, можно более обоснованно назначать хозяйственные мероприятия по уходу за подростом главного лесообразователя. Следует отметить, что кедровым называется такое насаждение в составе которого 30 % и более приходится на сосну кедровую корейскую [81, 82].
Первые сведения о разновозрастности лесов встречаются в работах М. К. Турского [98], который считал, что ни одно насаждение старше 200–250 лет не может оставаться одновозрастным. Им же предложена первая возрастная классификация древостоев, поделившая их на абсолютно-одновозрастные и условно-одновозрастные.
Абсолютно-одновозрастные, по М. К. Турскому, – насаждения, созданные посадкой культур. Условно-одновозрастные и разновозрастные древостои формируются искусственным путем в результате постепенных рубок. В этой же работе М. К. Турский вводит новый термин–двойные насаждения, под которыми он понимает насаждения, состоящие из нескольких пород с одинаковым возрастом, или насаждения, представленные одной породой, но разного возраста. Образуются такие насаждения искусственным путем, постепенно превращаясь в разновозрастные насаждения. Возрастная структура кедровников впервые была рассмотрена Б. А. Ивашкевичем [35, 36]. Возрастной интервал одного поколения кедра, равный 320 годам, он посчитал целесообразным поделить на 8 стадий (стадия–40 лет).
Схему возрастного развития кедровников Б. А. Ивашкевича уточнил и дополнил Б. П. Колесников [46–49]. Он также выделяет восемь стадий развития для одного поколения кедра, но рассматривает их в связи с развитием других поколений кедра. Б. П. Колесников считает, что кедровникам характерна резко выраженная разновозрастность, но среди них отчетливо выделяется несколько (2-3) сравнительно одновозрастных поколений (в пределах 40-летних классов возраста). Одно из них является господствующим, другие идут ему на смену. В составе младших поколений древостоя кедра, не достигших 200-летнего возраста, обычно участвуют несколько древесных пород. Наоборот, старшие поколения, возраст которых превышает 200 лет, как правило, слагаются одним кедром. В начальной фазе развития эти поколения имели в своем составе многие древесные породы, которые выпали в процессе развития.
С. Н. Моисеенко [67] считает, что преобладающее положение кедр занимает только со 120 лет. До этого периода он находится под пологом, чаще лиственных пород. В этой связи свои таблицы хода роста он составил со 110 лет. КШЛ достаточно трудный для таксации объект. Здесь очень сложно определить среднюю высоту, средний возраст, возрастную структуру, текущий и средний приросты. По данным таксационных описаний, КШЛ Хабаровского края Еврейской автономной области нами распределены по стадиям развития Б. А. Ивашкевича и Б. П. Колесникова с добавлением девятой стадии. Она является завершающей в развитии сосны кедровой корейской в регионе. Ее площадь 3,3 тыс. га, запас 732 тыс. м3. Визуально девятую стадию развития условно можно отличить от других по отдельным «маякам», возвышающимся над основным пологом (таблица 1.1) (рисунок 1.2).
Урожайность насаждений сосны кедровой корейской
Судя по рисунку 3.10, можно сделать вывод, что в конце прошлого века условия произрастания кедрово-широколиственных лесов резко изменились в лучшую сторону, что отразилось на величине радиального прироста оставшихся в насаждении деревьев сосны кедровой корейской.
При определении типов возрастной структуры в таких древостоях возникают трудности. Считать их разновозрастными или условно-одновозрастными путем визуальной оценки некорректно. Необходима простейшая, но объективная шкала, позволяющая определять тип возрастной структуры. Для этой цели использовано соотношение среднеквадратического отклонения к средней ширине годичного слоя (таблица 3.5).
Отношение ширины годичных колец к их среднеквадратическому отклонению характеризует изменчивость радиального прироста в течение определенного временного отрезка и, чем оно больше, тем разнообразней условия произрастания сосны кедровой корейской или активней антропогенные факторы, на нее воздействующие. Среднеквадратическое отклонение на 75 % обусловлено шириной годичного слоя. Между этими величинами наблюдается тесная корреляционная зависимость, которая с достаточно высоким коэффициентом детерминации передается линейным уравнением регрессии (рисунок 3.11).
Среднеквадратические отклонения, находящиеся на верхнем пределе поля варьирования среднеквадратических отклонений, характеризуют насаждения, относящиеся к разновозрастным, насаждения, попавшие на нижний предел варьирования значений среднеквадратического отклонения, будут относиться к одновозрастным, и, наконец, насаждения, у которых средняя величина радиального прироста соответствует подобранной линии регрессии, будут относиться к условно разновозрастным. В данном случае показан методический подход к классификации насаждений по типам возрастной структуры. Увеличение количества пробных площадей позволит проверить адекватность предлагаемого подхода к определению типа возрастной структуры кедровых насаждений. Рисунок 3.11 – Связь среднеквадратического отклонения со средней шириной годичного кольца
Например, средняя ширина годичного кольца пяти модельных деревьев сосны кедровой корейской равна 0,86 мм, а среднеквадратическое отклонение -0.78. Из этого следует, что насаждение по типу возрастной структуры относится к условно разновозрастным. Если сравнивать два района, то кедровники произрастающие в Нанайском районе (п. Арсеньево), ближе всего к разновозрастным. В составе древостоя 30 % сосны кедровой корейской. Пробные площади занимают склоны южной экспозиции, почвы достаточно увлажненные и благоприятные для роста кедра. До рубки здесь росли высокопродуктивные древостои с участием кедра корейского в составе древостое более 60 % [101].
Анализ измерений радиального прироста сосны кедровой корейской на пробных площадях (пп) в районе п. Арсеньево (пп № 8) показал, что в 1940 году у 8 моделей из 10 четко наблюдался пик увеличения радиального прироста. Аналогичное повышение радиального прироста наблюдалось в 1860 г. Всплеск радиального прироста был и в 1900 г. С определенной долей погрешности можно сказать, что в кедровниках на одной из пробных площадей наблюдается 40-летняя цикличность, установленная Д. С. Малоквасовым [13] (рисунок 3.12). Облучье ППІ 1 год
На других пробных площадях этой закономерности не отмечено. Есть небольшие подъемы радиального прироста у отдельных образцов, но они, видимо, обусловлены локальными факторами (вырубкой или падением рядом стоящего дерева).
Для проявления усиливающихся тенденций в приросте по диаметру применили способ скользящей средней, аналогично Д. С. Малоквасову, с объединением экспериментального материала в группы по 3 и 9 лет [135]. Как и ожидали, четкая 40-летняя цикличность, проявилась только на 8-ой пробной площади (см. рисунок 3.12). Циклы практически совпали с погодичным анализом радиального прироста. Всплески радиального прироста у образцов отмечены на пробной площади № 2 (Облучье). На других пробных площадях также можно отметить по 2–4 случая повышения величины радиального прироста, но они имеют разный возрастной интервал, значительно меньше, чем 40 лет. Например, трехлетняя группировка выявила близкие к 40-летним циклы на пп. № 1 (Облучье). Возрастные интервалы между всплесками варьируются от 45 до 28 лет, а на пробной площади № 8 можно выделить 80-летний цикл.
Девятилетняя группировка годичных колец (см. рисунок 3.12) подтвердила цикличность радиального прироста кедровых сосен у большинства пробных площадей. Однако четкий 40-летний интервал не установлен ни на одной из анализируемых пробных площадей. Видимо, это связано с существенным варьированием радиального прироста анализируемых кернов по годам.
Проведенный анализ показал, что цикличность радиального прироста у сосны кедровой корейской существует, но у большинства пробных площадей она не имеет четкий возрастной интервал, равный 40 годам.
Выращивание сеянцев с закрытой корневой системой
При искусственном лесоразведении продуктивность будущего древостоя по существу закладывается на стадии выращивания посадочного материала. Это, во-первых, качественный семенной фонд, из которого будут выращиваться сеянцы. Во-вторых, последующее хранение семенного фонда и его стратификация. В-третьих, правильно подобранные для высаживания участки лесной или нелесной территории. В-четвертых, количество саженцев на 1 га. Нарушение этих условий или отклонение от них заведомо обрекает будущее насаждение на низкие таксационные показатели, или более того, на гибель части посадок. И с этими факторами практика лесного хозяйства Дальнего Востока постоянно сталкивается, списывая ежегодно десятки гектаров погибших лесных культур [76, 77, 78].
На начальном этапе роста сеянцев основным лимитирующим фактором является качество семенного фонда. Семена для выращивания сеянцев могут храниться до 2 лет. После двух лет хранения теряется всхожесть семян. Для прорастания семян проводится низкотемпературная стратификация в течение 90 дней в почве, смешанной с влажным песком. Период посадки семян конец апреля – начало мая, плотность посадки 50 г на 1 кв. м. Рассмотрим технологию выращивания сеянцев на одном из питомников (с. Некрасовка) Управления лесами Правительства Хабаровского края.
Нами проведено исследование параметров 3-летних сеянцев сосны кедровой корейской. Сеянцы соответствуют ГОСТу [28, 83] и ОСТу [72] по возрасту, высоте ствола, диаметру шейки. Количество сеянцев на 1 кв. м продуцирующей площади питомника – 70–80 шт., возраст 3 года, толщина стволика у корневой шейки – 3,5 мм, высота – 24,2 см. Особенности роста в высоту 3-летних сеянцев определяли путем измерения расстояния между мутовками. Результаты измерения представлены на рисунке 4.1.
В первый год рост сеянца происходит за счет питательных веществ, имеющихся в эмбрионе, и составляет в среднем 8,6±0,8 см, СV=0,1. У всех сеянцев наблюдался практически равномерный рост. Это подтверждает невысокая изменчивость – 10 %. Высота сеянцев на второй год составила 14,7±2,2 см, CV=0,2, на третий год – 24,2±3,9 см, CV=0,2. За три года средняя высота 3-летних сеянцев вдвое превысила ограничения по высоте, установленные российскими промышленными стандартами ОСТ 56-98-93 [72]. Минимальная изменчивость высоты сеянцев наблюдалась в первый год. Затем варьирование признака возросло до 20 %. По сравнению с 1-м годом, на 2-й год и на 3-й год увеличилось количество сеянцев, у которых наблюдается замедление в росте побега при отсутствии каких-либо внешних повреждений. Возможно, отставание в росте в высоту связано с замедлением темпов роста корневой части сеянца. Вероятнее всего подобное явление обусловлено тем, что каждое семя имеет свой особенный генетический набор, а также тем, что включился механизма конкуренции, начавшего проявляться на второй год при большом количестве сеянцев на 1 м2 [116].
Размер хвои сеянца зависит от его возраста. В 1-й год ее средняя длина равнялась 3,6 см, на 2-й год – 7,3 см и на 3 год – 7,1 см. Варьирование длины хвои по годам – 14–19 %. Минимальная изменчивость признака наблюдалась на 3-й год роста. Длина хвои сеянцев 1-го, 2-го, 3-го года показана на рисунке 4.3. Хвоя сеянцев 1-го года более короткая, по сравнению с хвоей сеянцев 2-го и 3-го года.
Длина хвои сеянцев сосны кедровой корейской по годам В первый год длина хвои обусловлена запасом микроэлементов, находящихся в ядре семени. На второй и третий год на рост хвои начинает оказывать влияние размеры корневой системы и наличие микроэлементов в почве. В литературе отмечалось, что на рост саженцев может оказывать влияние присутствие в почве микоризы [105, 128]. В Некрасовском питомнике ее не нашли. Поскольку подкормка сеянцев удобрениями осуществлялась равномерно, прирост хвои сосны кедровой корейской обусловлен биологическими свойствами корневой системы [79, 110, 111].
Посадка сеянцев, как правило, осуществляется в весенний и осенний сезон. При весенней посадке благоприятный период является непродолжительным, для его продления целесообразно держать сеянцы под снежным покровом с использованием древесных опилок в качестве теплоизоляционного материала [51, 119]. Способ хранения сеянцев под снегом считается наиболее эффективным, поскольку благодаря ему выдыхаемый саженцами газ, а также этилен, выделяемый растениями как гормон, и другие газы, вредные для сеянцев, выходят в атмосферу через снежные слои, а также сохраняется влажность, необходимая для сеянцев. Хранение в холодильном оборудовании также является допустимым, однако уменьшение количества влаги может привести к усыханию сеянцев. Кроме того, необходимо регулировать процесс дыхания сеянцев и газов, выделяющегося этилена из холодильной камеры, где находятся сеянцы.
Отношение веса наземной части ствола к корневой части, по логике, должно иметь постоянную величину на весь период активного роста саженца, заданную изначально при выращивании сеянцев. В зависимости от размеров корневой системы у каждой породы это соотношение должно иметь свою величину.
Определение массы (веса) надземной части сеянца и массы его корневой системы было проведено на оставшихся после посадки сеянцах. Регрессионный анализ веса надземной части к весу корневой системы саженцев сосны кедровой корейской позволил получить следующее уравнение регрессии: у=6,32х+3,37, R2=0,76, где у – масса надземной части сеянца, г; х – масса корневой системы сеянца, г. Из уравнения следует, что рост стволовой части сеянца на 76 % обусловлен массой корневой системы. Графическое изображение зависимости отношения корневой системы к надземной части саженцев показано на рисунке 4.4.
Линейный характер зависимости анализируемых признаков указывает на то, что, чем больше корневая система, тем больше масса надземной части сеянца. И, судя по линейному характеру связи, их отношение на определенном временном отрезке (3 года) будет постоянной величиной. В долгосрочной перспективе этот показатель, видимо, будет изменяться. По данным китайских исследователей, кедр корейский, возраст которого более 200 лет, имеет биомассу корней меньше, по сравнению с другими видами древесных пород, несмотря на то, что масса стволовой части у него, по сравнению с ними, в несколько раз больше [129].
Отношение массы надземной части к массе корневой системы называется коэффициентом T-R [108]. В Японии данный показатель применяют для оценки качества саженцев криптомерии японской, кипарисовика туполистного. Предполагается, что, чем выше значение массы корневой системы, тем лучше приживаемость растений и их последующий рост. Для 3-летних сеянцев сосны кедровой корейской это соотношение было вычислено по оставшимся после посадки сеянцам.
На рисунке 4.5 показана величина отношения массы надземной части к массе корневой системы 3-летних сеянцев сосны кедровой корейской совместно с криптомерией японской и кипарисовиком туполистным. У сеянцев сосны кедровой корейской величина коэффициента T-R=8,5±2,1, у криптомерии японской TR=2,0 и кипарисовика туполистного T-R=3,0 в этом возрасте. Сравнение выполнено на сеянцах одинакового возраста [108, 113, 117, 120, 137, 143].
Рост сосны кедровой корейской в городских посадках
Таким образом, верхний полог древостоя из дуба монгольского, независимо от участка, не оказывает существенного влияния на линию регрессии прироста в высоту сосны кедровой корейской.
Наблюдения за посадками сосны кедровой корейской показали, что эксперимент с реконструкцией насаждений из дуба монгольского и осины Давида стандартными сеянцами можно считать положительным с точки зрения их высокой приживаемости и рекомендовать производству как один из способов лесовосстановления кедровников, близкий естественному процессу воспроизводства. В качестве рекомендации, ускоряющей рост саженцев, можно предложить своевременное назначение лесохозяйственных мероприятий (осветление подроста) на второй-третий год после посадки под полог леса. Либо высаживать под полог осины Давида крупномерные саженцы сосны кедровой корейской. Результаты проведенных исследований согласуются с выводами других авторов, сделанными значительно раньше [69, 74, 77, 78, 99]. Выявленные закономерности имеют региональную особенность, сущность которой заключается в том, что культуры сосны кедровой корейской желательно создавать на площадях, ранее занимаемых кедровниками. В другом случае можно получить отрицательный результат. Поэтому при производстве лесных культур сосны кедровой корейской необходимо строго руководствоваться наработанными методиками подбора площадей под реконструкцию или для облесения не покрытых лесом площадей.
Рост саженцев сосны кедровой корейской на открытых пространствах исследован наиболее полно в работе Е. А. Никитенко [69].
При посадке на открытых пространствах чаще всего используют стандартные сеянцы сосны кедровой корейской. Стандартные сеянцы позволяют проводить минимум мероприятий по подготовке участка к посадке, их легко переносить, они не требуют подготовки посадочных мест. И достаточно хорошо приживаются после высадки.
Открытые пространства, где высаживалась сосна кедровая корейская, представлены бывшими колхозными полями Нанайского района. В 2012 и 2013 гг. здесь на площади около 1 га ручным способом под меч Колесова по схеме 1,55 м в подготовленную почву было высажено более 1 тыс. саженцев. Схема расположения участков показана на рисунке 5.9. Следует отметить, что посадки осуществлялись волонтерами из Японии, ведущими на протяжении 15 лет эту работу в лесничествах Хабаровского края. Посадочный материал они покупают в питомниках. Лесничества занимаются доставкой и поливкой саженцев.
Открытые участки местности в Нанайском районе, на которых осуществлена посадка сосны кедровой корейской
Результаты исследования роста сосны кедровой корейской на открытых участках в Нанайском районе позволяют сделать следующие выводы. 1. Особенности роста саженцев на открытых участках в относительных величинах отличаются от роста саженцев под пологом леса по темпам роста (рисунок 5.10). – Динамика роста саженцев на открытых участках (бывшие сельскохозяйственные поля Нанайского района, 2012 г.) Рост саженцев в высоту в год посадки существенно замедлился и составлял около 50% от высоты сеянцев в питомнике, на 2-й год он также был меньше базового и только на 3-й год восстановился до уровня прироста в питомнике. 2. Прирост в высоту саженцев на открытом пространстве на 62 % обусловлен их высотой (рисунок 5.11).
Большое значение коэффициента детерминации (R2=0,62) в подобранном уравнении регрессии можно объяснить высокой солнечной инсоляцией участка в течение всего вегетационного периода, сплошной подготовкой почвы под лесные культуры. Все эти факторы вместе обеспечили высокий ежегодный прирост в высоту саженцев сосны кедровой корейской.
Согласно результатам проверки, проведенной на следующий после посадки год, количество погибших саженцев составило примерно 10 %. Причинами гибели саженцев явились такие факторы, как активный солнечный свет, обильный травяной покров, неравномерное распределение влаги по поверхности земли и в грунте, из-за чего корни саженцев, оказавшиеся на оголенной почве, высохли. Подобранное уравнение регрессии позволило выполнить некоторые прогнозные расчеты. Они показывают, что прирост в высоту 20 см саженцев размером составил 3,8 см/год, 40 см – 11 см/год. Другими словами, более крупные саженцы практически в 3 раза превысили прирост в высоту по сравнению с менее развитыми.
Аналогичные результаты в темпах роста в высоту показали саженцы, высаженные в районе «Воронежа» в 2007 г. и на Хехцире в 2009 г. в специально подготовленные полосы (кулисы). Прирост в высоту саженцев сосны кедровой корейской показан в относительных величинах, принимая прирост в питомнике за 1, а прирост в другие годы выражая в процентах от 1 (рисунки 5.12 и 5.13).
Два ряда относительных величин из разных районов свидетельствуют, что прирост в высоту на обоих участках изменяется в определенной последовательности. В год высадки в районе Хехцира он снизился всего на 10 %, на «Воронеже» повторил прирост в питомнике. Затем темп роста в высоту стал резко увеличиваться, особенно на «Воронеже», на 3-й год он стал в 5 раз выше базового. На Хехцире темп рост в высоту был несколько ниже, на третий год после посадки он превысил базовый прирост в 4 раза. Причины активного роста саженцев заключались в том, что им не мешали молодые побеги осины Давида, лиан: актинидии (Actinidia kolomikta), винограда амурского (Vitis amurensis). Процент гибели крупномерных саженцев небольшой – 3 %. Основная причина усыхания – объедание дикими животными.