Содержание к диссертации
Введение
1. Теоретические основы смолопродуктивности сосны обыкновенной 8
1.1 Сырьевая база подсочки 10
1.2 Образование живицы . 14
1.3 Основы индивидуального отбора сосны по смолопродуктивности 19
2. Естественно – историческая характеристика района исследования 28
2.1 Климатические условия 29
2.2 Рельеф и почвы 31
2.3 Лесной фонд региона 33
3. Научно-методическая основа исследований 36
3.1 Программа исследований 36
3.2 Методика исследований 37
3.3 Характеристика объектов исследований 48
3.4 Объем выполненных работ . 57
4. Лесоводственно-таксационные, фенотипические и биометрические показатели смолопродуктивности сосны 58
4.1 Связь выхода живицы с косвенными признаками смолопродуктивности сосны на заболоченных территориях 59
4.2 Связь выхода живицы с косвенными признаками смолопродуктивности сосны в черничном (свежем) типе леса 71
4.3 Связь выхода живицы с косвенными признаками смолопродуктивности сосны на осушаемых лесных землях 82
4.4 Изменчивость косвенных показателей смолопродуктивности сосны в разных лесорастительных условиях . 94
5. Связь макроструктурных показателей древесины сосны с выходом живицы 100
5.1 Макроструктурные показатели древесины заболоченных территорий 102
5.2 Строение древесины осушаемых сосняков . 109
5.3 Анатомическое строение древесины сосняка-черничника 115
5.4 Макроструктурные показатели строения древесины сосны в разных лесорастительных условиях 122
6. Ранжирование и оценка воздействия экологических и косвенных факторов на смоловыделение сосны 127
6.1 Влияние условий произрастания на смолопродуктивность сосны обыкновенной . 127
6.2 Ранжирование косвенных признаков смолопродуктивности сосны по силе влияния на выход живицы 132
Выводы и рекомендации 140
Список литературы 142
- Образование живицы
- Связь выхода живицы с косвенными признаками смолопродуктивности сосны на заболоченных территориях
- Анатомическое строение древесины сосняка-черничника
- Ранжирование косвенных признаков смолопродуктивности сосны по силе влияния на выход живицы
Введение к работе
Актуальность темы
Подсочка леса – один из распространенных и эффективных способов прижизненного использования сосновых древостоев. Добываемая живица служит ценным сырьем для получения канифоли, скипидара и других химических продуктов, сопоставимых по стоимости с прибылью от заготовки древесины хвойной породы. В настоящее время объем добычи сосновой живицы в России заметно снизился по причине общего спада производства в стране и высокой трудоемкости подсочного производства. Максимальный объем заготовки живичной массы был достигнут в 1965 г. и составлял 198,2 тыс. тонн, на сегодняшний день он не превышает 100 тыс. тонн. (Высоцкий, 2015; Табаленкова, 2012). Однако спрос на живицу и продукты ее переработки остался прежним, а недостаток в сырье удовлетворяется за счет использования различного рода синтетических заменителей, поставляемых из Китая. В связи со сложившейся ситуацией вопрос импортозамещения продуктов заготовки и переработки живицы встает особенно остро.
При проведении подсочки большой интерес вызывают деревья с
повышенной способностью выделять живичную массу
(высокосмолопродуктивные сосны). Использование низкосмолопродуктивных деревьев делает нерентабельным подсочное производство, поэтому необходимо уметь распознать деревья с наименьшим выходом живицы до начала подготовительных работ при заготовке добываемого сырья.
Исследованию смолопродуктивной способности сосны с целью выявления связи косвенных признаков (лесоводственно-таксационных, фенотипических, анатомических, экологических и др.) с выходом живицы (прямым признаком) посвящено значительное число исследовательских работ (Чудный, 1966; Терешина, 1966; Шульгин, 1973; Высоцкий, 1983; Суханов, 1986; Петрик, 2004 и др.). Выявление достоверных зависимостей между изучаемыми показателями позволит определить деревья и древостои сосны в целом, способные создавать и выделять максимальное количество живичной массы, что качественно улучшит сырьевую базу подсочки.
Цель исследований установить критерии смолопродуктивности сосны обыкновенной для отбора высокосмолопродуктивных деревьев при заготовке живицы для северотаежного района Архангельской области.
Для достижения поставленной цели определены задачи исследований:
-
Выявить фенотипические, лесоводственно-таксационные и биометрические показатели сосны и оценить их взаимосвязь с выходом живицы;
-
Провести ранжирование по силе влияния косвенных признаков на смолопродуктивную способность сосны;
-
Оценить изменение косвенных показателей смолопродуктивности сосны в разных лесорастительных условиях;
-
Установить влияние макроструктурных показателей древесины на смолопродуктивность сосновых насаждений;
-
Оценить степень влияния типа леса на смолопродуктивную способность соснового древостоя;
-
Изучить влияние осушения на смолопродуктивность сосны.
Научная новизна
Проведено ранжирование по силе влияния фенотипических, анатомических,
лесоводственно-таксационных и биометрических критериев
смолопродуктивности сосны в черничном и гидроморфных (осушаемых и
заболоченных) лесорастительных условиях северотаежного района
Архангельской области.
Усовершенствован экспресс-метод микроранений для определения
смолопродуктивности сосны обыкновенной путем нанесения четырех ранений по сторонам света на подрумяненные части ствола дерева.
Разработана шкала распределения деревьев сосны по смолопродуктивности для северотаежного района Архангельской области и определены границы количественной оценки выделяемой живицы.
Разработан новый способ определения количества смоляных ходов древесины с применением оптико-дигитальной установки (пат. №2604922).
Изучено влияние сторон света на анатомическое развитие древесины сосны, на формирование наибольшего числа смоляных ходов и на способность дерева выделять максимальное количество живицы (по длине потека).
Практическая значимость работы
Установлены признаки смолопродуктивности соснового древостоя
(анатомические, фенотипические, лесоводственно-таксационные) для выявления высокосмолопродуктивных деревьев менее трудозатратным способом.
Проведено ранжирование по силе влияния косвенных признаков смолопродуктивности сосны для отбора высокосмолопродуктивных деревьев.
Изучено влияние сторон света на смолообразование для определения части ствола дерева с повышенным содержанием и образованием живичной массы, что позволит повысить количество добываемой живицы при подсочке.
Разработан новый способ определения количества и расположения смоляных ходов для установления категории смолопродуктивности сосны по образцу древесины (керну).
Разработан экспресс-метод «четырёх ранений» для определения
смолопродуктивной способности сосны.
Объем выполненных работ
В ходе диссертационного исследования на 12 пробных площадях обследовано 1738 шт. деревьев сосны, при сплошном пересчете учтено 2119 шт. деревьев лесообразующей породы. На исследуемых деревьях (1738 шт.) нанесены микроранения по направлениям четырех сторон света с общим количеством -6952 шт. ранений. Измерено 23400 шт. изучаемых лесоводственно-таксационных, морфологических и биометрических показателей. Для изучения анатомических признаков древесины ствола дерева взяты керны – всего собрано 322 шт. У каждого дерева измерено по 5 макроструктурных и биометрических показателей
строения древесины, всего произведено свыше 1560 измерений с необходимой точностью.
Обоснованность выводов и достоверность результатов исследований
Степень достоверности и обоснованность выводов работы обеспечиваются за счет исследования обширного полевого и экспериментального материала. Исследования выполнены с применением корреляционного, регрессионного и дисперсионного анализов на 1 % доверительном уровне с применением статистического программного обеспечения и современных компьютерных технологий.
Апробация работы
Основные положения и результаты исследований представлены на
ежегодных научно-практических конференциях профессорско-
преподавательского состава САФУ имени М.В. Ломоносова (20132016 гг.); II
Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых
«Человек и окружающая среда» (г. Сыктывкар, 23–26 апреля 2014 г.);
Международной научной конференции «Современное состояние, тенденции
развития, рациональное использование и сохранение биологического
разнообразия растительного мира» (Минск – Нарочь, 23 - 26 сентября 2014 г.); XV Международной конференции молодых учёных «Леса Евразии – Большой Алтай» (г. Барнаул, 13–20 сентября 2015 г.); в международном проекте «Platform for inventory of forest ecosystems» (2025 октября 2014 г.) на базе Университета Менделя, г. Брно, Чешская Республика. По материалам работы опубликовано 18 научных работ, в том числе 7 статей в рецензируемых журналах перечня ВАК.
Личный вклад автора
Автором определена цель и задачи исследований, выполнен аналитический обзор проблемы и проанализированы предшествующие исследования, собран и обработан полевой и экспериментальный материал (2013 - 2016 гг.), проведен анализ данных, сделаны выводы и даны рекомендации. Работа поддержана именной стипендией губернатора Архангельской области по итогам 2014/2015 учебного года, РГНФ и правительством Архангельской области в рамках научного проекта № 16-12-29003 «Экономическое обоснование восстановления заготовки живицы в объемах промышленной подсочки в контексте обеспечения устойчивого развития лесов Архангельской области», а также получено свидетельство об официальной регистрации патента на изобретение №2604922 «Способ определения смоляных ходов древесины».
Структура и объем диссертации
Диссертация представлена на 159 страницах машинописного текста, состоит из введения, 6 глав, выводов и рекомендаций. Список литературы включает в себя 215 источников. Текст работы иллюстрирован 46 таблицами и 36 рисунками.
Автор выражает благодарность сотрудникам и аспирантам кафедры
ландшафтной архитектуры и искусственных лесов САФУ имени
М.В. Ломоносова за помощь при работе над диссертационными исследованиями.
Образование живицы
На ранних стадиях развития подсочки считалось, что живица образуется в хвое, откуда она перетекает в смолоносную систему древесины. Однако позже было доказано, что перетекание живицы из смоляных ходов хвои в смолоносную систему древесины ствола и ветвей исключается. Об этом свидетельствует тот факт, что живица хвои качественно отличается от живицы осевой системы дерева. Кроме того, в масле хвои содержится сесквитерпен – кадинен, а в масле древесины он отсутствует. Это говорит о том, что хвоя не может быть источником живицы смоляных ходов ствола. В данном случае хвою можно рассматривать только как поставщика ассимиляции, которыми снабжаются ветви и ствол дерева и из которых синтезируются различные органические продукты, в том числе смолистые вещества (Егоренков, Медников, 1983).
Процесс добывания живицы напрямую связан со смолопродуктивностью сосновых насаждений. Смолопродуктивность хвойных пород, и сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в частности, представляет собой биологическую способность дерева и древостоя в целом в сравнимых условиях за единицу времени выделять определенную массу живицы (ОСТ 13-80-79). Процессы смолообразования и смоловыделения происходят в смолоносной системе хвойных пород. Образование живицы зависит от общей жизнедеятельности дерева, а также от всего комплекса протекающих в нем физиологических процессов. При проведении подсочки и определении смолопродуктивной способности хвойных насаждений большое значение имеет смолоносная система древесины ствола дерева. Она представляет собой совокупность вертикальных (продольных) и горизонтальных (поперечных) смоляных ходов (Трейнис, 1961), распределение которых в большей степени связано с наличием поздней зоны в годичном слое древесины ствола дерева.
Годичный слой – ежегодный прирост древесины, ширина которого зависит от многих факторов: возраста, условий произрастания и положения в стволе дерева. При рассмотрении качественных показателей наиболее оптимальной является ширина годичного слоя 1,0–1,2 мм (Мелехов, Бабич, Корчагов, 2003). По радиусу ствола дерева ширина годичных слоев увеличивается от сердцевины к периферии (коре). В молодом возрасте при благоприятных условиях произрастания древостоя образуются более широкие годичные слои, в отличие от древостоев, произрастающих на территориях с ограниченным количеством элементов питания в почве.
Годичный слой представляет собой совокупность ранней и поздней древесины. Ранняя зона более светлая и менее твердая, образуется в первой половине вегетационного периода и обращена к сердцевине ствола дерева. Поздняя (наружная) – более темная и твердая (Уголев, 2002). Переход от ранней древесины к поздней может быть очень резким или почти незаметным в зависимости от условий произрастания древостоя, а также климатических факторов, влияющих на строение древесины ствола дерева.
При изучении связи смолоносной системы со смолопродуктивной способностью сосны обыкновенной наибольший интерес имеет наличие поздней зоны в годичном слое древесины ствола, так как именно в данной части древесины сосредоточено наибольшее количество смоляных ходов. Можно предположить, что поздняя древесина влияет на смолопродуктивную способность сосны, иными словами, чем больше процент поздней древесины в годичном слое, тем большее количество смоляных ходов закладывается, следовательно, смолопродуктивная способность древостоя также увеличивается. Определенную зависимость удалось выяснить Мюнху. Подсчет ходов он производил двумя способами: на 1 см2 площади поперечного сечения древесины и на определенное число сантиметров ширины годичного слоя, считая по окружности. Первая величина показывает густоту смоляных ходов на единицу площади и важна для подсочки, вторая – показывает наиболее простую зависимость распределения смоляных ходов от ширины кольца и выражается формулой (Иванов, 1961; Трейнис, 1961) = 4 + 3, где n – число ходов на 1 см длины окружности годичного слоя; b – ширина годичного слоя, мм.
Согласно литературным источникам (Петрик, Высоцкий, Фролов и т.д., 2006) количество вертикальных смоляных ходов на 1 см2 годичного слоя в сосновых насаждениях I–IV классов бонитета составляет 52–64 шт., горизонтальных – 102– 111 шт. Гистологический состав древесины позволил установить, что у деревьев высокой и низкой смолопродуктивной способности густота вертикальных и горизонтальных смоляных ходов на 1 см2 также различается. В древостоях I–II классов бонитета не различимые по внешним признакам высокосмолопродуктивные сосны имеют 61–113 шт., а низкосмолопродуктивные 35–58 смоляных ходов на 1 см2 поперечного сечения (Егоренков, Медников, 1983). Биометрические показатели, в частности диаметр радиальных ходов, высокосмолопродуктивных деревьев на 15 % больше по сравнению с низкосмолопродуктивными формами сосны, что позволяет осуществлять более эффективное передвижение живицы по всей смолоносной системе. В среднем диаметр продольного смоляного хода равен 0,1 мм, а его длина может достигать до 1 м. Горизонтальные смоляные ходы, находящиеся в сердцевинных лучах, отличаются значительно меньшими размерами (диаметр – 0.04 мм, длина – зависит от диаметра дерева) (Уголев, 2002; Медников, 1955; Трейнис, 1961 и др.).
При более глубоком изучении живицы и ее свойств было выявлено, что данный продукт является возобновляемым и восстанавливает свой первоначальный запас после своего извлечения при подсочке. Полное восстановление живицы после извлечения происходит в течение 8–10 дней (Егоренко, Медников, 1983).
Помимо огромного промышленного значения живица также важна и с биологической точки зрения. Выделяемая при ранении сосны она заливает обнаженные ткани и предохраняет их от различных внешних воздействий. Компоненты живицы (смоляные кислоты и скипидар) обладают сильными дезинфицирующими свойствами и токсичны для вредителей леса. В зависимости от физических особенностей состояния дерева, а также климатических факторов, процесс смоловыделения может продолжаться от нескольких часов до 3 суток (Бондарев, Высоцкий и др., 1975) .
В ходе проведения исследований было установлено, что процесс выделения живицы на протяжении подсочного периода происходит неодинаково. Выход живицы в весенний период намного ниже по сравнению с летним. Это связано с разностью температур, а также с началом интенсивного роста побегов в длину и формированием годичных слоев, что требует значительных затрат органических веществ (Плохов, 1978).
Согласно литературным данным, различают биологическую смолопродуктивность, связанную с физиологической деятельностью дерева, и технологическую, связанную с определенным технологическим режимом.
Смолопродуктивность насаждений является одним из наиболее существенных показателей, который определяет пригодность древостоя для производственной подсочки. Подсочка зависит от ряда факторов, в число которых входят: биологические, лесоводственно-таксационные, географические, метеорологические и технологические (Фролов, 2001).
До недавнего времени в отечественной литературе не существовало единого определения смолопродуктивности, и в большинстве источников она рассматривалась только как смоловыделительный процесс. Однако процессу смоловыделения предшествует процесс смолообразования. Образование живицы главным образом зависит от условий произрастания и от притока ассимилятов, связанных с синтезом органических веществ. Оба эти процесса сочетаются между собой самым тесным образом и должны изучаться и рассматриваться только в совокупности друг с другом.
Вопросом изучения, образования и выделения живицы занимались ученые разных областей наук на протяжении многих лет. Исследования, проведенные Б.И. Гавриловым и В.А. Шульгиным (1973), показали, что данные процессы вызывают усиленный отток ассимилятов из хвои, сопровождающейся увеличением интенсивности фотосинтеза у сосны. В свою очередь, С. Бернар-Даган (1972) отмечал, что процесс образования смоляных кислот тесно связан с обменом углеводов, максимальное их количество образуется в летний период времени, а зимой снижается (Бондарев, Высоцкий, Дрочнев, 1975).
Связь выхода живицы с косвенными признаками смолопродуктивности сосны на заболоченных территориях
Исследования для определения связи косвенных признаков (морфологических, таксационных, биометрических) со смолопродуктивной способностью отдельного дерева сосны и древостоя в целом проводились на территории 20-го квартала Исакогорского участкового лесничества Архангельского лесничества Архангельской области. По результатам исследований (таблица 4.1–4.5) определены показатели корреляционного анализа и выявлена степень связи изучаемых признаков.
Нами установлено, что в заболоченном сосняке кустарничково-сфагновом (таблица 4.1, ПП-1) прослеживается совершенно достоверная связь смолопродуктивности сосны с диаметром дерева (r = 0.36 ± 0.075), высотой прикрепления первой живой ветви (r = 0.35 ± 0.075) и густотой кроны (r = 0.39 ± 0.073). Согласно полученным данным, стандартное значение критерия достоверности (t) при вероятности 0,99 и уровне значимости 1 %, составляет 2,58. Для большей доли вероятности и установления достоверных зависимостей целесообразно применять значение tst = 3. Если показатель фактической достоверности больше указанного значения (tфакт 3), то различия можно считать существенными и доказанными. Для практических целей селекции при установлении связей изучаемых критериев со смолопродуктивностью сосны (выходом живицы) лучше применять значение критериев с долей вероятности 0,99. В некоторых случаях достоверность связи может быть не установлена на заданном уровне вероятности, поэтому можно использовать критерий достоверности tst = 1,96, т.е. в 95 % из 100 связь между селекционными критериями и выходом живицы будет доказана и лишь в 5 % не установлена (Гусев, 2002). Иногда для практических целей этого бывает достаточно.
Согласно вышеизложенному связь с перечисленными показателями (диаметром дерева, высотой прикрепления первой живой ветви и густотой кроны) высокая и достоверно доказана, т.к. показатель достоверности коэффициента корреляции tr 3. Выражается в виде прямолинейной зависимости (рисунок 4.1). По результатам исследований установлено, что в 99 случаев из 100 существует достоверная связь смолопродуктивности сосны с перечисленными селекционными показателями и только в 1 % выводы не подтвердятся.
Связь средней силы прослеживается с высотой дерева (r = 0.33 ± 0.076), формой кроны (r = 0.32 ± 0.077), толщиной ветви (r = 0.31 ± 0.077), углом отхождения ветви от ствола дерева (r = 0.31 ± 0.078), толщиной коры (r = 0.27 ± 0.079) и диаметром кроны (r = 0.26 ± 0.079). Связь также высокая и достоверная (tr 3) и выражается в виде прямой зависимости, о чем свидетельствует показатель коэффициента корреляции, превышающий значение корреляционного отношения (r ). С показателями очищение ствола от сучьев и категорией состояния древостоя прослеживается связь также средней силы, однако в отличие от перечисленных показателей, где связь прямолинейная, с данными показателями связь выражается криволинейной зависимостью ( r). Достоверность корреляционного отношения показателя очищения ствола от сучьев t 3 говорит о достоверности связи. Связь смолопродуктивности с остальными показателями (высота поднятия грубо трещиноватой коры, протяженность кроны, объем кроны) очень слабая или совсем отсутствует. Коэффициент корреляции очень низкий, а показатель достоверности коэффициента корреляции минимальный и не превышает 3. Корреляционное отношение приведенных критериев показывает криволинейную зависимость со смолопродуктивностью сосны. Однако показатель достоверности корреляционного отношения значительно ниже порогового значения, следовательно, данные критерии не являются достоверными, и использовать их на практике селекции не имеет смысла.
Следовательно, на ПП-1 наиболее высокосмолопродуктивными соснами являются деревья с наибольшим диаметром и высотой, хорошо развитой и густой кроной, максимальными высотой прикрепления первой живой ветви и углом отхождения ветви от ствола дерева. Именно такие деревья необходимо учитывать при отборе высокосмолопродуктивных форм сосновых насаждений на заболоченных территориях.
Анализ данных показал, что со всеми показателями, кроме очищения ствола от сучьев и категории состояния древостоя, связь прямолинейная и достоверная, следовательно, изученные критерии необходимо использовать в практики отбора высокосмолопродуктивных форм сосны.
В неосушаемом сосняке кустарничково-сфагновом (таблица 4.2, ПП-2) прослеживается связь средней силы смолопродуктивности сосны с диаметром (r = 0.25 ± 0.078) и высотой дерева (r = 0.28 ± 0.077), формой кроны (r = 0.34 ± 0.074), очищением ствола от сучьев (r = 0.25 ± 0.078) и категорией состояния древостоя (r = 0.31 ± 0.075).
Достоверная связь (вероятность 0,99) отмечается со всеми селекционными показателями (t 3). В 99 случаях из 100 наши исследования подтвердятся, и лишь в 1 % связь перечисленных показателей со смолопродуктивностью не будет установлена. Связь с признаками прямолинейная, согласно значению коэффициента корреляции (r ), который превышает значение корреляционного отношения, а показатель криволинейности не приближается к 1 (Кр 1).
С такими показателями, как высота прикрепления первой живой ветви, протяженность грубо-трещиноватой коры и кроны, толщина ветви и коры дерева, диаметр и объем кроны, со смолопродуктивной способностью сосны прослеживается связь средней силы, которая выражается криволинейной зависимостью. Достоверная связь доказана только с высотой поднятия первой живой ветви, толщиной ветви и толщиной коры (t 3). С остальными селекционными признаками при вероятности 0,99 связь не доказана, и использовать данные показатели в практике отбора смолопродуктивности сосны обыкновенной можно только при меньшей доле вероятности (0,95).
С остальными показателями связь отсутствует или очень слабая (густота кроны и угол отхождения ветви от ствола дерева). Достоверность на 1 % уровне значимости не доказана (при tst = 0,99 t 3), показатели можно использовать при выявлении смолопродуктивных форм сосны при ошибке 5…10 %. Селекционные критерии непостоянны, изменчивы и применять их на практике нецелесообразно.
Анализируя данные ПП-2, можно сказать, что наиболее высокосмолопродуктивными формами сосны являются деревья с наибольшим диаметром и высотой, с хорошим очищением ствола от сучьев и широкой кроной. Именно такие показатели необходимо учитывать при отборе деревьев с наибольшей смолопродуктивной способностью. С показателями высоты прикрепления первой живой ветви, толщиной коры и ветви прослеживается достоверная криволинейная зависимость. Согласно таблице 4.3 на ПП-3 в заболоченном кустарничково-сфагновом сосняке прослеживается совершенно достоверная связь смолопродуктивной способности сосны с высотой дерева (r = 0.39 ± 0.081), высотой прикрепления первой живой ветви (r = 0.36 ± 0.073) и диаметром кроны (r = 0.41 ± 0.069) (рисунок 4.2). Данная связь достоверная и прямолинейная (t 3). Значение коэффициента корреляции превышает значение корреляционного отношения. С вероятностью 99 % влияние селекционных признаков на смолопродуктивность доказана. С такими показателями, как диаметр дерева (r = 0.33 ± 0.075), протяженность кроны (r = 0.34 ± 0.074), очищение ствола от сучьев (r = 0.28 ± 0.077), толщина коры (r = 0.32 ± 0.075), густота и объем кроны (r = 0.29 ± 0.077 и r = 0.33 ± 0.075) прослеживается связь средней силы. Значения показателей также достоверны (t 3) и связь прямолинейна (Кр 1, r ).
Анатомическое строение древесины сосняка-черничника
Многочисленными исследованиями в области селекции смолопродуктивности сосны установлено, что при улучшении условий произрастания древостоя повышается его смолопродуктивная способность (Фролов, 2001; Бондарев, 1975; Дружинин, 2011 и д.р.). Наиболее производительные типы леса обеспечивают и более высокую смолопродуктивность насаждений, в первую очередь к ним относятся боры брусничники и кисличники, затем идут (по убыванию) – черничники и беломошники. Разница между ними не велика и не превышает 10 % (Фролов, 2001). Наиболее распространенным типом леса Архангельской области является сосняк черничный, приуроченный к ровным или пониженным участкам водоразделов. Черничные древостои северной подзоны тайги обычно представляют собой высокосомкнутые насаждения II – IV классов бонитетов. В своих исследования И.С. Мелехов предложил разделить этот тип леса на два: черничник свежий и черничник влажный. Наши исследования проводились в сосновом древостое черничного (свежего) типа леса. В северной подзоне тайги они встречаются сравнительно редко, чем в средней, и особенно распространены на южных территориях Архангельской области.
Доля сосны в черничном древостое колеблется от 61 % до 76 %. Характерна примесь березы (9…16 %) и лиственницы (5…11%). В северной подзоне тайги присутствует ель – 10…11% (Антонов, 2007). Сосняки-черничники обычно представляют собой смешанные древостои за счет произрастания на более богатых почвах по сравнению с чистыми насаждениями, следовательно, способность смоловыделения у них выше и при селекции смолопродуктивных сосен их роль увеличивается.
Сосновые насаждения черничного типа леса благодаря своей высокой смолопроизводительной способности и продуктивности, по сравнению с соснами, произрастающими в гидроморфных условиях произрастания, характеризуются более высокими анатомическими и биометрическими показателями древесины ствола дерева (таблица 5.9). У высокосмолопродуктивных деревьев, имеющих более широкие годичные слои, в процессе смоловыделения учувствует большее количество смоляных ходов, а, следовательно, улучшается возможность продуцировать живицу, по сравнению с менее смолопродуктивными деревьями. В связи с ростом количества смоляных ходов на 1 см (46 шт. и 34 шт.) и увеличением процента поздней древесины (35 % и 33 %, соответственно) высокосмолопродуктивные деревья образовывают и выделяют большее количество живицы.
Прочностные характеристики древесины сосны во многом зависят от процентного содержания в ней поздней зоны годичного слоя. В наших исследованиях этот показатель был максимален в высокосмолопродуктивных деревьях, что позволяет предположить о формировании не только развитой смолоносной системы, но и наиболее качественной древесины в данном типе леса. Смоляные ходы, основное количество которых сосредоточено в поздней части годичного слоя древесины, напрямую связаны с долей и протяженностью поздней древесины в стволе дерева и шириной годичного слоя в целом. Увеличение их количества приводит к повышению смолопродуктивности насаждения, что имеет большое значение для подсочки. Следовательно, анатомическое строение древесины определяет категорию смолопродуктивности сосны и дает возможность оценить количество выделяемой живицы отдельного дерева и всего насаждения.
Анализ данных изучаемых анатомических признаков сосны (таблица 5.10) позволяет установить, что наибольшая длина потека живицы наблюдается в северной части ствола дерева соснового древостоя. Однако в процентном отношении длина потека в восточном направлении не уступает значениям выхода живицы на севере и подтверждается анатомической особенностью: повышенные значения количества смоляных ходов на 1 см (41 шт.), протяженности (0,40 ± 0,04) и процента (35 %) поздней зоны древесины ствола дерева, а также средней ширины годичного слоя (1,19 ± 0,011). Это доказывает, повышенное выделение живицы на восточной части ствола анатомически обусловлено и подтверждает возможность нанесения подновок при подсочке c заданной стороны света.
Анализ общего числа ходов смолоносной системы (рисунок 5.7) показал их преобладание на южном и юго-восточном направлениях ствола древесины сосны. Прогрев ствола и освещенность формируют благоприятные условия для образования максимального числа ходов, что доказывает наличие развитой анатомии в западно-юго-восточном направлениях ствола сосны, так же как и в сосновом древостое осушаемого типа леса, и необходимость закладки карр в заданных направлениях.
Наибольшее количество ходов сосредоточено в поздней (темной) зоне древесины сосны, в ранней зоне смоляные ходы встречаются сравнительно редко. Совокупность этих зон определяет ширину годичного слоя, поэтому установление связи количества смоляных ходов с шириной слоя определяет способность сосны выделять живицу, а длина потека (прямой признак смолопродуктивности) позволяет наглядно определить категорию смолопродуктивной способности отдельных деревьев и насаждения в целом. Проведение корреляционного и регрессионного анализа позволяет установить тесноту и достоверность связи изучаемых показателей в условиях черничного типа леса (таблица 5.11).
В сосновом древостое черничного типа леса прослеживается достоверная и высокая связь количества смоляных ходов с длиной потека живицы (r = 0.64 ± 0.13) и шириной годичного слоя (r = 0.75 ± 0.06) (таблица 5.11). При установлении связи длины потека с количеством смоляных ходов значение корреляционного отношения выше значения коэффициента корреляции, а показатель криволинейности Кр = 0,45, что говорит о прямолинейной зависимости между изучаемыми признаками (рисунок 5.8). Разница в значениях коэффициента корреляции и корреляционного отношения при установлении связи ширины годичного слоя и количества смоляных ходов минимальна, показатель криволинейности приближается к 0, связь – линейная (рисунок 5.9).
Достоверность коэффициента корреляции и корреляционного отношения t 3, следовательно, связь между показателями достоверно доказана. При проведении регрессионного анализа установлен коэффициент детерминации R2 составил 0,5638…0,5859, что доказывает наличие высокой достоверной связи между показателями. Из вышеизложенного следует, что в сосновом древостое черничного типа леса категория смолопродуктивных деревьев зависит от целого ряда анатомических особенностей строения древесины. С увеличением ширины годичного слоя возрастает количество смоляных ходов и, как следствие, увеличивается выход живицы на поверхность ствола дерева (длина потека), что подтверждает возможность использовать анатомические и биометрические показатели для отбора высокосмолопродуктивных форм сосны.
Сравнительный анализ изучаемых показателей строения древесины в черничном древостое показал достоверные различия между высоко- и низкосмолопродуктивными деревьями сосны по анатомическим показателям древесины (таблица 5.12). Деревья с повышенным содержанием живицы отличаются большим числом смоляных ходов в древесине ствола, наибольшей протяженностью поздней зоны и максимальной шириной годичного слоя. Достоверность различий превышает пороговое значение критерия Стьюдента (tst 3). Биометрический показатель – длина потека живицы – не достоверен, то есть можно предположить, что по длине потека живицы нельзя отличить высокосмолопродуктивные деревья от низкосмолопродуктивных, и использовать данный показатель как индикатор для целей селекции не имеет смысла.
Ранжирование косвенных признаков смолопродуктивности сосны по силе влияния на выход живицы
Смолопродуктивность сосновых насаждений – один из наиболее существенных показателей, определяющих его пригодность для производственных целей подсочки. Она зависит от целого ряда факторов, которые прямо или косвенно влияют на выход живицы. К числу таких критериев относятся лесоводственно-таксационные, биологические, морфологические, анатомические, климатические и многих другие. При этом следует отметить, что только всесторонний анализ влияния и воздействия косвенных показателей, а также обобщение результатов индивидуальной изменчивости отдельного дерева и соснового древостоя в целом даст возможность научно обосновать и определить потенциальную смолопродуктивную способность сосны. Проанализировав и обобщив литературные источники, а также данные, полученные в ходе диссертационного исследования, была разработана система ранжирования косвенных признаков смолопродуктивности сосны по силе влияния на выход живицы, что позволило определить категорию смолопродуктивности сосновых насаждений и установить наиболее значимые косвенные признаки древостоя.
Главным и основным показателем, который влияет на процессы смолообразования и смоловыделения и находится в сложной и многосторонней зависимости с насаждениями сосны, являются условия местопроизрастания древостоев. Согласно литературным источникам, боры кисличники и брусничники – наиболее смолопродуктивные древостои, затем по убыванию – черничники и беломошники (Медников, 1955). Архангельская область, находящаяся в северотаежном районе европейской части России, характеризуется преобладанием черничных сосновых древостоев, а также заболоченных и осушаемых территорий, поэтому выбор мест закладки пробных площадей обусловлен преобладанием приведенных типов леса в регионе. Исследования проводили в трех разных условиях произрастания: в заболоченном сосняке кустарниково-сфагновом на территории Исакогорского участкового лесничества, в сосновом древостое черничного свежего типа леса – Исакогорское участковое лесничество и Емцовский учебно-опытное участковое лесничество Обозерского лесническтва и в Усть-Двинском участковом лесничестве, представленном осушаемым кустарничково-сфагновым сосняком. По результатам исследований установлено, что условия местопроизрастания в 51% случаев оказывают влияния на процессы смолообразования и смоловыделения сосны. Следовательно, при формировании системы ранжирования косвенных признаков и установления их силы влияния на выход живицы в первую очередь необходимо учитывать тип леса и/или условия произрастания насаждений.
Вторым, но не менее важным критерием потенциальной смолопродуктивной способности древостоев выступают косвенные показатели насаждений (лесоводственно-таксационные, биометрические, фенотипические и другие). При ранжировании и установлении силы влияния каждого критерия на смолопродуктивность необходимо разграничить и определить для каждого типа леса в отдельности свои показатели, и силу их влияния на выход живицы.
Для установления тесноты связи между выходом живицы (прямым признаком) и морфологическими, биометрическими и другими косвенными показателями, определяли коэффициент корреляции. При установлении ранжирования и силы влияния косвенных показателей на смолопродуктивность целесообразно отбирать те признаки, коэффициент корреляции которых превышает пороговое значение 0,3 (t 0,3). Согласно классификации С.А. Мамаева (1975), по которой определяли силу связи биометрических и морфологических показателей, и классификации М.Л. Дворецкого (1971), для определения лесоводственно-таксационных критериев, при наличии коэффициента корреляции 0,3 и более связь с показателями будет установлена по обеим шкалам.
По результатам проведенных исследований на территории черничного соснового древостоя в условиях северотаежного района Архангельской области установлено, что максимальная связь смолопродуктивной способности сосны наблюдается с диаметром и высотой дерева, показателями кроны (формой, густотой, объемом, диаметром), а также высотой поднятия грубо-трещиноватой коры и первой живой ветви. В таблице 6.5 представлены критерии связи изучаемых косвенных признаков по уменьшению силы влияния на смолопродуктивность сосны. Связь с показателями при вероятности 0,99 достоверно доказана (tr 3). При детальном изучении отмечено девять основных критериев, у которых сила связи разная, но она наблюдается независимо от применяемой классификации С.А. Мамаева (1975) и М.Л. Дворецкого (1971). Следовательно, при проведении селекционных работ по выявлению косвенных показателей смолопродуктивности сосны в черничном древостое необходимо учитывать деревья с максимальными значениями приведенных признаков.
Согласно проведенным исследованиям (таблица 6.5), черничный древостой характеризуется наибольшим числом достоверно доказанных связей смолопродуктивной способности сосны с косвенными показателями насаждений. Такое количество связей объясняется наличием благоприятных условий произрастания, что позволяет рассматривать черничный тип леса как эталон для северотаежного района Архангельской области и использовать при заготовке живицы.
Потенциальную смолопродуктивность сосны в первую очередь определяют лесоводственно-таксационные показатели. Диаметр дерева – наиболее простой и надежный критерий, который отражает ряд процессов очень важных как для жизнедеятельности сосны, так и, следовательно, для процессов смолообразования и смоловыделения. Вторым критерием является крона, развитие которой находится в тесной связи с полнотой насаждений. Диаметр и крона отражают важнейшие моменты в жизни леса: условия произрастания, полноту, возраст, величину заболони и др. Также в тесной зависимости находится высота древостоя. Согласно данным А.А. Высоцкого (2014), с увеличением высоты дерева возрастает протяженность смоляных ходов, место образования и накопления живицы, следовательно, увеличивается и количество добываемого сырья. Таким образом, первые девять перечисленных факторов определяют смолопродуктивную способность подсачиваемых насаждений черничных древостоев Архангельской области и определяют возможность их использования при отборе высокосмолопродуктивных деревьев сосны.
В связи с преобладание заболоченных лесных земель в регионе (14,1%), гидролесомелиорация – основной способ повышения продуктивности сосновых древостоев. Осушение улучшает физико-механические свойства древесины, а также способствует повышению (в 4 раза) смолопродуктивной способности сосны. Отвод избытка влаги приводит к ускорению процессов смолообразования и смоловыделения, поэтому вместе с черничными насаждениями осушаемые земли могут сформировать и расширить лесосырьевую базу заготовки живицы в условиях северотаежного района Архангельской области.
Согласно исследованиям, осушаемый сосновый древостой кустарничково-сфагнового типа леса отличается большим числом прямых и достоверных связей морфологических, таксационных и биометрических критериев со смолопродуктивной способностью сосны, что объясняется созданием благоприятных условий для роста и развития насаждений, которые образуются при отводе избытка влаги в почве и снижении уровня грунтовых вод. В таблице 6.6 по убыванию уменьшению силы влияния на выход живицы) представлены критерии связи изучаемых косвенных признаков, сопоставимые с длиной потека. Отмечено четыре основных показателя, которые определяют потенциальную смолопродуктивность сосны. Связь при вероятности 0,99 достоверно доказана (tr 3). Однако, в отличие от зеленомошного древостоя (сосняка черничного), в осушаемом сосняке силы связей (r±mr) значительно ниже. Это объясняется тем, что древостой относится к гидроморфному типу леса и снижение уровня грунтовых вод при осушении не гарантирует создание в скором времени высокой силы связи между изучаемыми критериями. При установлении корреляционных зависимостей максимальная связь наблюдается только с высотой дерева, с остальными показателями связь значительно ниже, однако она достоверно доказана (tr 3), что определяет возможность использования критериев на практике при отборе смолопродуктивных сосен.