Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса 9
1.1 Таксационная структура древостоев 9
1.2 Регулирование таксационной структуры насаждений рубками ухода 21
1.3 Влияние структуры насаждений на качество древесины 27
1.4 Целевые насаждения как один из способов повышения продуктивности лесных земель 30
1.5 Типы насаждений и формы хозяйств 34
1.6 Выводы 37
ГЛАВА 2 Программа, методика и объекты исследований 39
2.1 Цель работы и программные вопросы 39
2.2 Методика исследований 40
2.3 Объекты исследований 43
ГЛАВА 3 Природно-климатическая характеристика брянского лесного массива 46
3.1 Территориальное расположение, районирование и структура лесных насаждений Брянского лесного массива 46
3.2 Климат Брянского лесного массива 51
3.3 Выводы 53
ГЛАВА 4 Анализ и динамика продуктивности древостоев относительно богатых условий опытного лесничества 54
4.1 Влияние условий местопроизрастания на продуктивность насаждений 54
4.2 Типологическая структура Брянского лесного массива и ее динамика в материалах лесоустройства (на примере Опытного лесничества) 57
4.3 Возрастная структура древостоев и ее динамика в Опытном лесничестве 58
4.4 Анализ динамики породного состава древостоев Опытного лесничества 61
4.5 Моделирование наиболее продуктивных насаждений 64
4.6 Выводы 65
ГЛАВА 5 Таксационная характеристика, строение и рост сложных сосново-еловых древостоев 67
5.1 Таксационные и статистические характеристики сосново-еловых древостоев 67
5.2 Строение сосново-еловых древостоев 77
5.3 Закономерности роста сосново-еловых древостоев 87
5.3.1 Ход роста соснового элемента леса сосново-еловых
древостоев 88
5.3.2Ход роста елового элемента леса сосново-еловых
древостоев 90
5.3.3Эскиз таблицы хода роста сосново-еловых
древостоев 92
5.4 Выводы 96
ГЛАВА 6 Обоснование элементарных структур смешанных и сложных сосново-еловых древостоев 97
6.1 Изучение количественных характеристик элементарных структур сосново-еловых древостоев 97
6.2 Статистические характеристики элементарных структур смешанных сосново-еловых насаждений 104
6.3 Влияния структуры сосново-еловых древостоев на формирование запаса 107
6.4 Выводы 108
ГЛАВА 7 Принципы формирования сосново-еловых древостоев
7.1 Целевые задачи и принципы проведения рубок ухода в смешанных сосново-еловых древостоях 112
7.2 Разработка модели формирования высокопродуктивных сосново-еловых древостоев 114
7.3 Выводы 116
Выводы 117
Предложения производству 118
Литература
- Регулирование таксационной структуры насаждений рубками ухода
- Климат Брянского лесного массива
- Типологическая структура Брянского лесного массива и ее динамика в материалах лесоустройства (на примере Опытного лесничества)
- Строение сосново-еловых древостоев
Введение к работе
Актуальность темы. В лесоводственно-таксацинной литературе насаждения как объект изучения и хозяйственного воздействия принято разделять на составные более или менее однородные части. В одних случаях это господствующий и подчиненный полог, верхний и нижний ярус, в других - оставляемая (основная) и выбираемая (второстепенная) части. В наставлении по рубкам ухода за лесом рекомендуется выделять лучшие, вспомогательные и подлежащие рубке деревья (1994). Существует несколько десятков классификаций деревьев по росту и развитию. Но в практике нашли широкое применение классификация по росту Крафта и хозяйственная по наставлению.
В последние годы проявляется повышенный и устойчивый интерес к изучению структуры насаждений, с которой связывают конкурентные отношения, дифференциацию древесных растений и как следствие изреживание древостоев. Эти процессы протекают во все периоды жизни насаждений, отражаясь на внутренней организации сообщества деревьев (структуре) и величине общей продуктивности древостоев. Для поддержания оптимального сочетания элементов структуры при лесовыращивании важно знать внешние показатели и динамику внутреннего сложения древостоя. Теория структуры древостоев может расширить возможности эксплуатации защитных лесов первой группы, приблизить хозяйствование к полному использованию дерева, резкому сокращению потерь на естественном отпаде. Принимая таксационную структуру как динамичную систему при обращении с лесом, появляется возможность целевого управления ею в процессе ухода за лесом. Основная цель поиска оптимальных параметров структуры в динамике-это совершенствование технологии лесовыращивания. Успешное воспроизводство высокопродуктивных лесов в современных условиях хозяйствования возможно лишь при научно-обоснованных параметрах элементарных структур древостоев и выделении целевой части на ранних этапах лесоводства, что составляет практическую актуальность работы.
Цель и задачи. Целью исследований является выявление закономерностей в динамике породного состава и продуктивности лесных насаждений сложной группы типов леса, изучение особенностей таксационной структуры смешанных сосново-еловых древостоев и разработка системы интенсификации процесса лесовыращивания. В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
1. Изучение природного разнообразия сосново-еловых древостоев сложной группы типов леса Брянского лесного массива (БЛМ).
2. Анализ строения и роста сложных смешанных сосново-еловых древостоев.
3. Изучение особенностей формирования сложных смешанных сосново-еловых древостоев и динамики таксационной структуры.
4. Составление моделей интенсификации процесса выращивания продуктивных, устойчивых, долговечных сосново-еловых насаждений.
Объекты исследований; сосново-еловые древостой различного возраста, произрастающие в сложных типах леса Учебно-опытного, Карачевского опытного и Выгоничского лесхозов Брянской области, территориально занимающих центральную часть БЛМ.
Научная новизна состоит в получении новых данных по таксационной структуре сосново-еловых древостоев, в теоретическом обосновании и практическом выделении элементарных структур сложных смешанных древостоев и составлении модели интенсификации процесса выращивания леса.
Практическая ценность и внедрение результатов исследования заключается в разработанных и внедренных в производство рекомендациях по формированию высокопродуктивных и устойчивых сосново-еловых древостоев в лесах Брянской области.
Результаты выполненной НИР внедрены Учебно-опытным лесхозом БГИТА, Карачевским и Брасовским лесхозами Брянской области, а также использованы в учебных занятиях при подготовке дипломированных специалистов лесного хозяйства.
Обоснованность выводов и достоверность результатов исследований обеспечена достаточным количеством экспериментального материала, собранного и обработанного с использованием современных методов исследований и компьютерных технологий.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. анализ состояние лесного фонда Брянского массива и лесоводственно таксационная характеристика насаждений сложной группы типов леса;
2. закономерности роста сосново-еловых древостоев различной таксационной структуры;
3. принципы выделения элементарных структур сосново-еловых древостоев на разных возрастных этапах;
4. модели формирования сосново-еловых древостоев целевой структуры в сложных типах леса и интенсивная технология выращивания леса.
Личный вклад автора. Разработка программы и методики исследований, подбор опытных объектов, сбор, обработка, анализ и обобщение экспериментального материала, формулирование общих выводов по результатам исследований, составление рекомендаций для производства, подготовка докладов и статей принадлежат автору.
Апробация результатов НИР. Происходила в форме докладов и сообщений на научно-практических конференциях, технологических совещаниях в производственных коллективах, публикации в научных изданиях.
Публикации. По теме диссертации подготовлено и опубликовано 4 научные статьи.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 133 страни цах машинописного текста, состоит из общей характеристики работы, семи глав, выводов, предложений производству, списка использованных источников и приложений. Она иллюстрирована 38 таблицами, 18 рисунками, список использованных источников включает 169 наименований, в том числе 7 на иностранном языке.
Регулирование таксационной структуры насаждений рубками ухода
В системе устойчивого управления лесами продуктивность занимает первое место. Она предопределяет ресурсную, хозяйственную ценность лесов, полноту выполнения ими большинства экологических и социальных функций. Для оптимизации структуры, состояния и динамики лесного фонда в условиях глобальных изменений целесообразно рассматривать различные виды продуктивности лесных экосистем.
Потенциальная продуктивность - теоретическое представление о продуктивности естественных ненарушенных и малонарушенных лесных экосистем исходя из климатического и почвенного потенциала первичной продуктивности земель.
Оптимальная продуктивность определяется через возможность ведения лесного хозяйства с соблюдением лесоводственных требований при условии доходности лесов в рамках исторически сложившейся структуры землепользования и земельного покрова, что в принципе является воплощением концепции устойчивого управления лесами.
Фактическая продуктивность - результат взаимодействия существующей системы управления лесами и лесными экосистемами, и ее можно измерить, используя те или иные индикаторы (Швиденко, Страхов, Нильссон, 2000).
Изменяя условия роста леса, устраняя причины, вызывающие задержку роста древостоев, можно способствовать увеличению таксационных показателей, т. е. повышению продуктивности лесов. С повышением возраста одного и того же насаждения также изменяются темпы нарастания таксационных элементов. Как правило, в первый период жизни леса интенсивность изменения таксационных элементов выше, затем уровень их снижается.
Целесообразно направленная лесохозяйственная деятельность может способствовать не только сохранению уровня продуктивности лесов, складывающемуся в условиях естественного их роста, но и повышению этого уровня. Поэтому необходимо строго отделять продуктивность, имеющую место в результате естественного роста леса при данной системе лесохозяиственного воздействия на него, от уровня продуктивности, который может быть в результате применения более целесообразной лесохозяйственной деятельности.
В средневозрастных и приспевающих сосняках древостой отличаются нарушенной биологической устойчивостью и предельным изреживанием в следствие изначально высокой перегущенное. Результатом становится низкая производительность насаждений. С.Н. Сеннов (1984) утверждает, что чем позднее начат уход за древостоем, тем меньше возможностей для искусственного отбора деревьев и ниже его эффективность.
Обычно повышение продуктивности связывается с уровнем среднего (иногда текущего) прироста; считается, что получение максимальных показателей прироста древостоев — признак достижения поставленной задачи. Такое сведение проблемы повышения продуктивности лесов только к получению максимального при данных условиях прироста нельзя признать правильным и исчерпывающим.
Повышение продуктивности лесов выражается в том, что благодаря системе лесохозяйственных мероприятий на покрытых лесом площадях повышается количественная продуктивность главных хозяйственно ценных древесных пород путем увеличения их годичного прироста и сокращения срока выращивания древесины или качественная продуктивность путем улучшения состава древостоев. Лесопользователи заинтересованы в получении сортиментов высокого качества и необходимых размеров. Поэтому задача улучшения породного состава древостоев является крайне актуальной. Вместе с этим наилучшим результатом лесохозяйственной деятельности следует считать одновременное улучшение количественных (запаса) и качественных (товарности) показателей продуктивности лесов.
В лесу в результате естественного изреживания к возрасту главной рубки отмирает более 90-95% того числа деревьев, которые в молодом возрасте составляли данное насаждение (Молчанов, 1961). Максимальную полноту, характерную для состояния «нормальности» можно получить выращиванием древостоев при оптимальной густоте. Это обеспечит не только наибольшую общую продуктивность древостоев, но и максимальный запас повышенных эксплуатационных качеств к возрасту главной рубки за счет заметного повышения среднего диаметра. С другой стороны, естественно формирующиеся древостой не могут длительное время находится в состоянии «нормальности». Поэтому сформировать к моменту главной рубки высоко-полнотный древостой с пониженной густотой можно лишь при помощи рубок ухода (Нагимов, 2000).
Ведущим принципом выборочных рубок за лесом должен стать преемственный принцип ухода за целевой частью древостоя, обеспечивающий ей бесконкурентные условия роста. Выбираемую часть должны составить конкурентно активные экземпляры, находящиеся в зоне роста основного полога, проявившие к моменту изреживания признаки пониженной жизнеспособности (Солодухин, 1962, Сеннов, 1977, Полончук, 1982, 1984). Это создает условия поддержания оптимального роста целевой части древостоя и повышения устойчивости ее против неблагоприятных факторов; сокращения сроков выращивания крупных ценных сортиментов древесного сырья; увеличения размера пользования древесиной с единицы площади от промежуточного пользования за весь период производства леса.
Климат Брянского лесного массива
Состав и продуктивность лесных насаждений на прямую связаны с почвенно-грунтоными условиями, в которых они произрастают или выращиваются (Крюденер,1916, Роде, 1947; Сахаров, Сахарова, 1951; Ремезов, 1951, 1952, 1953, 1956; Зонн 1954, 1955, 1956; Погребняк, 1955; Розанов, 1955; Бо-гашова, 1958; Шумаков, 1969; Сукачев, 1972, Карпачевский, 1972; Быковская, 1972, Мигунива 1989, Ситников, 1998).
Г.Ф.Морозон (1970), Н.П.Ремезов (1932, 1956), А.А.Болботунов (1986) считали, что неоднородность лесного массива в первую очередь обуславливается рельефом, являющимся важным условием трансформации основных экологических факторов формирования и продуктивности лесных насаждений, отражающимся на продуктивности древостоев. Н.К.Старк (1925), С.А.Ковригин (1940), Е.М.Остроумов, Г.М.Орловский (1985) и др. выявили влияние эдафических условий на состав формирующихся насаждений в зависимости от элементов рельефа и почвообразующих пород, характерных для БЛМ.
Работами М.В.Агафонова(1908), В.П.Корнева(1974), Е.М.Остроумова, Г.М.Орловского(1987), В.И.Шошина, Л.А.Соколова(1994) и др. отмечается, что в лесораститсльном отношении Брянский лесной массив представляет собой довольно сложный объект. Наибольшее распространение в нем получили относительно богатые условия (ряд С эдафической сетки П.С.Погребняка), формирующиеся в условиях целого ряда почвенных условий.
Перегнойно-карбонатные почвы на меловом рухляке имеют большой потенциал плодородия и неблагоприятный водный режим. Эти почвы особенно неблагоприятны для произрастания древесных пород с малопластичным стержневым корнем. М.Е.Ткаченко (1952) отмечал, что классическими породами карбонатных почв являются: ясень, бук, лиственница. В Брянском лесном массиве накоплен опыт создания в этих условиях сосновых насаждении высокой производительности (Красников, 1983). На перегнойно-карбонатных выщелоченных почвах коренной тип леса - сосняк липняковый. Почва очень благоприятна для ели. Господство дуба здесь ограничивается малой мощностью почвенного профиля (Ковригин, 1940). В условиях отложении элювия глинистой опоки и мелового рухляка формируются высокопроизводительные ельники (Iа кл. бонитета) с густым подлеском из орешника и широколиственным травяным покровом.
Почти чистыми ельниками покрыты мощные отложения опоки, которые но мере уменьшения ее мощности, сменяются сосной, и бонитет снижается с Г до I, что связано с водным режимом почвы. Наиболее производительные древостой - сосново-еловые.
На флювиогляциальных отложениях различной, но обычно не превышающей одного метра мощности подстилаемых опокой или мергелем сосну с березой, господствующих на более мощных флювиогляциальных отложениях, нытесняет ель с осиной и появляется подлесок из липы, сменяющийся лещиной.
Состав и продуктивность дрсвостоев на большей части территории V террасы р. Десны определяются флювиогляциальными и кварцево - глауко-нитоными песками с фосфоритами. Лесорастительный эффект закладывается двумя показателями: глубиной залегания уровня грунтовых вод и глубиной залегания кварцево-глауконитовых песков с фосфоритами. На общем фоне платообразной поверхности V террасы из элементов рельефа выделяют по вышенные плато, пониженные плато и незначительные западины. В условиях повышенного плато корневые системы растений достигают как уровня грунтовых вод, так и слоя кварцево-глауконитовых песков с фосфоритами. Высокая производительность насаждений связана с богатством калием и фосфором подстилающей породы.
Ниже по профилю, на склонах к понижениям и пониженных выровненных участках уровень грунтовых вод и кварцево-глауконитовые пески расположены еще ближе к поверхности, но грунтовые воды держатся выше верхнего уровня глауконитовых песков. В тех же условиях водного питания, но при более близком расположении кварцево-глауконитовых песков, бонитет насаждений повышается (I - II) и во втором ярусе участвует ель. Территория отложений кварцево-глауконитовых песков с фосфоритами в области склона относится к верхней части склона, территория выхода глауконитовых песков - средняя часть склона, дальше следует верхняя и нижняя часть нижней і рети склона. На верхней части склона формируются высокопродуктивные насаждения, имеющие средний состав 4Д2Е2Кл1Б1С. По мере приближения горизонта глауконитовых песков и прослойки слюдистых глин сосна вытесняется дубом и елью. В нижней части склона, главным образом за счет притока минерализованных вод сложились почти чистые ельники. В условиях середины склона, характеризующихся двучленными отложениями флюви-огляциальных и кварцево-глауконитовых песков формируется липняковый тип леса. В условиях торфянисто-иловато-подзолистой и торфянисто-иловатой почв в верхней и нижней трети нижней части склона преобладают ельники - кисличный в верхней части и папоротниковый в нижней.
Типологическая структура Брянского лесного массива и ее динамика в материалах лесоустройства (на примере Опытного лесничества)
В лесоводственной литературе древостой разделяется на более или менее однородные части, которые в последствие предложено называть элементарными структурами. Обособленная элементарная структура имеет индивидуальную интенсивность роста. Конечная же продуктивность древостоя в целом зависит не только от количества той или иной элементарной структуры, но и от процентного их соотношения. Основой для выделения элементарных структур является жизнеспособность деревьев или их место в ранжированном ряду. Одним из критериев для такого разделения служит размер радиального прироста, который в конечном итоге выражает результат реализации деревом наследственности в различных экологических условиях (Ан-танайтис, Загреев, 1981).
Дифференциация деревьев по размерам и интенсивности роста и развития позволяет выделять 3 элементарные структуры: целевая, фоновая, угнетенная. Целевая обладает высоким темпом прироста (в 1,5-2 раза выше среднего). Численность таких деревьев к возрасту спелости становится преобладающей (заметное преобладание начинается с 40-50 лет). Данные экземпляры отличаются высокой конкурентоспособностью и сбалансированными ростовыми и формативными признаками, высокой индивидуальной продуктивностью.
Вторая по значимости элементарная структура отличается средним темпом роста и развития. Наряду с целевой группой, биосистема успешно растет и развивается лишь при наличии категории деревьев, постоянно поддерживающей нормальное существование целостной системы. Древесные растения данной категории как бы создают экологический фон, но сами обладают средним уровнем жизнеспособности, в росте и развитии обнаруживают подвижные признаки и пониженные конкурентные свойства. Данная группа получила название фоновой элементарной структурой насаждения. Численность фоновой биоструктуры резко изменяется с возрастом, снижаясь до минимума ко времени естественного старения, и является основным носителем запаса промежуточного пользования древесиной.
В процессе жизни из фоновой категории деревьев закономерно вычленяется отпадающая структура, в начале переходящая в нижний полог, а затем в мертвую часть биосистемы. Эта элементарная структура возникает уже в первые годы образования сомкнутого полога и является следствием конкурентных взаимодействий растений за экологические условия и биологической необходимости, обусловленной сохранением и процветанием вида. Деревья данной элементарной структуры относятся к низшему уровню жизнеспособности, но в насаждении она играет важную лесоводственную роль, являясь амортизатором среды (Сляднев, 1971). Мелкие, отставшие в росте экземпляры способствуют очищению стволов от сучьев и образованию широкого позднего слоя древесины у целевых деревьев. Она получила название угнетенной элементарной структуры насаждения.
Изучение сосново-еловых насаждений различных возрастов позволяет утверждать, что такое разделение на элементарные структуры характерны и для смешанных древостоев.
Таксационная структура молодняков относительно постоянна и не зависит от соотношения входящих в состав пород (табл. 31). Количество особей, занимающих господствующее положение в насаждении (целевая группа деревьев) находится в пределах 11 ... 13% сосны и 12 ... 17% ели. Основное количество сосредоточено в группе фоновых деревьев - 50... 60 %. Отстаю щих в росте деревьев в древостоях содержится около 30%.
Полученные результаты были сравнены с данными Ф.В.Кишенкова (1986). Существенных различий в структуре чистых сосняков и смешанных сосново-еловых молодняков не обнаружено, что свидетельствует о схожести таксационной структуры чистых сосновых и смешанных сосново-еловых молодняков.
Развитие древостоев предполагает изменение количественных характеристик элементарных структур древостоев. В средневозрастных древостоях общее количество деревьев угнетенной группы остается практически неизменным и находится на уровне 30% (табл.32). Это же сочетается с данными Ф.В.Кишенкова. В отличие от молодняков доля деревьев фоновой структуры снижается в среднем с 50 до 35%, но этот показатель выше, чем в чистых сосняках. Количество деревьев целевой группы увеличивается по сравнению с молодняками примерно в среднем 15% ... 30%. Приведенные данные указывают на отсутствие влияния соотношения пород в составе на элементарные структуры древостоя.
Строение сосново-еловых древостоев
В смешанных сосново-еловых насаждениях задачи ухода подчинены основной цели - выращиванию древостоев высокой производительности. Они заключаются в периодическом удалении из насаждения деревьев фоновой элементарной структуры с целью снижения конкурентных взаимодействий в зоне крон и корней целевых деревьев. Согласно рекомендаций Ф.В. Кишен-кова (1989, 2001), разработавшего принципы рубок ухода для выращивания чистых сосняков, разреживание полога насаждения желательно начинать через 3-4 года после образования сомкнутого полога и заканчивать с таким расчетом, чтобы за оставшееся до главной рубки время древостой смог восстановить максимальную полноту. Этот подход вполне может быть применен и для смешанных древостоев.
Уход за молодняками обеспечивает формирование структуры насаждения с пропорциональным представительством в ней деревьев с различным уровнем угнетения. Основной целью в данном случае должно стать выделение категорий деревьев высокой, средней и низкой жизнеспособности. Уходы ведутся с целью частичного освобождения крон целевой категории от влияния фоновых и угнетенных.
На момент проведения первого приема, т.е во время смыкания крон, интенсивность ухода должна быть невысокой для недопущения задернения почвы и формирования лесной среды. При проведении второго приема ин 112 тенсивность может быть увеличена. Это обосновывается необходимостью увеличения в древостое доли деревьев целевой категории. Выборку проводят в основном за счет деревьев фоновой категории, тем более, что часть из них может быть реализована, так как средний диаметр фоновой части в момент проведения такого рода рубок (20 лет) достигает величины мелкой деловой древесины.
Среди деревьев фона в первую очередь в рубку назначаются те, которые расположены в непосредственной близости к целевым, а также больные и поврежденные. При соблюдении этого подхода сохраняется нижний полог и освобождаются целевые деревья от негативного влияния крон близко расположенных фоновых стволов.
В возрасте 30-40 лет целью рубок является продолжение ухода в первую очередь за целевой частью древостоя, а также поддержание экологических функций биоценоза. Это осуществляется за счет выборки преимущественно фоновых экземпляров. Тем самым предотвращается переход их в категорию угнетенных, а проведение рубки приобретает черты рентабельности. К возрасту 30-40 лет в древостое происходит накопление в нижнем пологе угнетенных и фоновых экземпляров, количество которых достигает в сумме до 80%. В связи с этим при проведении ухода допускается рубка высокой интенсивности (около 30%). Из категории угнетенных выборка не предусматривается за исключением явно больных, которые могут стать очагом распространения заболевания.
Целью рубок в 50-60 летнем возрасте, согласно лесоводственной литературы, является стимулирование прироста и окончательное формирование древостоя наивысшей производительности. Так как к моменту окончания проведения данного ухода (70 лет) в древостое может появиться второй ярус, с целью его укрепления рубки стоит проводить за счет угнетенной категории деревьев. Резервом проведения рубки также может являться ель верхнего полога, деревья которой в малых количествах представлены целевыми, а в основном фоновыми. К рассматриваемому возрасту их выборка является экономически обоснованной. Таким образом, проводимые в среднем возрасте древостое рубки дают возможность получить дополнительное древесное сырье без нарушения природной структуры насаждения и стимулировать возникновение второго яруса за счет предварительной выборки деревьев нежизнеспособной категории.
Ф.В.Кишенков (1989, 2001) отмечает, что на этом этапе доля целевых деревьев резко возрастает. Древостой, как целостная биологическая система, болезненно переносит разреживание верхнего полога, а после проведения рубки в 50-60 лет почти не в состоянии восстановить нормальную структуру и максимальную полноту насаждения к возрасту главной рубки. Отбор деревьев должен проводиться по низовому методу за счет угнетенных экземпляров. Сухостой, если он не являются источником распространения массового вредителя, а древесина не находит сбыта, рекомендуется оставлять на месте.
