Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Формирование еловых насаждений на лесных землях под влиянием сельскохозяйственного пользования

ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации по теме "Формирование еловых насаждений на лесных землях под влиянием сельскохозяйственного пользования"

На правах рукописи

Никитин Владимир Фёдорович

ФОРМИРОВАНИЕ ЕЛОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ НА ЛЕСНЫХ ЗЕМЛЯХ ПОД ВЛИЯНИЕМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ

06 03.03 - лесоведение и лесоводство; лесные пожары и борьба с ними 06.03.01 - лесные культуры, селекция, семеноводство

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва - 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего и профессионального образования «Московский государственный университет леса» (ГОУ ВПО «МГУЛ»)

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Обыдёнников Виктор Иванович

Официальные оппоненты, доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Мерзленко Михаил Дмитриевич

кандидат сельскохозяйственных наук, профессор Щетинский Евгений Антонович

Ведущее предприятие' Всероссийский научно-исследовательский

институт лесоводства и механизации лесного хозяйства (ВНИИЛМ)

Защита состоится «17» мая 2006 г в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.146.02 при Государственном образовательном учреждении высшего и профессионального образования «Московский государственный университет леса» по адресу: 141005, Московская обл., г, Мытищи-5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «МГУЛ»

Автореферат разослан «12» апреля 2006 г

Учёный секретарь диссертационного совета

Ф А. Никитин

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Современное значение леса становится вей более многогранным и его использование должно быть многосторонним, комплексным и непрерывным (Мелехов, 1980). Это означает необходимость своевременного восстановления зсех полезностей леса и их дальнейшего приумножения. Решение этих задач возможно за счёт естественного и искусственного возобновления в зависимости от соответствия их месту и времени. В зоне смешанных лесов европейской части России, куда входит регион наших исследований, доля искусственного возобновления в выращивании леса составляет 75%. Изучением лесоводственной эффективности технологий создания лесных культур, влияния их на формирование и продуктивность насаждений занимались многие учёные и практики (В.В. Огиевский, В.В. Миронов, А.Р. Родин, Г.И. Редько, А.И. Писаренко, М.Д. Мерзленко, С.А. Родин и др.). Несмотря на обширные научные сведения и богатый опыт выращивания искусственных насаждений в этом регионе до сих пор недостаточно обоснованны технологии создания культур ели с предварительным и промежуточным сельскохозяйственным пользованием и практически не выявлены их возможности в формировании высокопродуктивных, устойчивых насаждений. Это указывает на актуальность выбранной темы.

Цели и задачи исследований. Основная цель исследований заключалась в научном обосновании выращивания искусственных еловых насаждений с предварительным и промежуточным сельскохозяйственным пользованием, а также в разработке рекомендаций по комплексному использованию лесных земель. Её реализация осуществлена посредством:

• обобщения отечественного и зарубежного опыта сельскохозяйственного пользования при возобновлении леса;

• изучения лесоводственно-экологической основы современных технологий выращивания культур ели с предварительным и промежуточным сельскохозяйственным пользованием;

• определения влияния сельскохозяйственного пользования на формирование и устойчивость ельников;

• выявления особенностей дифференциации деревьев в молодняках, состава древостоя, его продуктивности в зависимости от технологий выращивания;

• изучения лесовозобновительного процесса, характера разложения пней и порубочных остатков в кулисах, оставляемых под естественное заращивание;

Научная новизна. Изучены и систематизированы исторические аспекты сельскохозяйственного пользования на лесных землях, определены его значение и перспективы применения для выращивания высокопродуктивных, устойчивых насаждений Установлены особенности влияния сельскохозяйственного пользования на почвенное плодородие,

рост и дифференциацию деревьев ели, состав, продуктивность и устойчивость. Выявлен характер возобновления и формирования естественных молодняков в кулисах. Изучена динамика разложения пней и порубочных остатков и их влияние на почвенное плодородие при разных способах размещения. Определена зависимость анатомического строения, и качества древесины ели от технологии выращивания.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждается большим объемом экспериментального материала, математической обработкой данных с использованием компьютерной техники, современных методов математического анализа и стандартных пакетов программ.

Личный вклад автора заключается в разработке программы, выборе методики изучения почвенных условий, лесоводственно-экологических показателей искусственных насаждений ели, динамики разложения пней и порубочных остатков на лесокультурных площадях, анатомических признаков и качества древесины. Все материалы, использованные в диссертации, получены лично автором или при его участии на протяжении 12-ти лет Им сделан анализ, обобщение собранного материала и его изложение, сформулированы выводы и даны рекомендации производству.

На защиту выносится научное обоснование формирования высокопродуктивных еловых насаждений на лесных землях под влиянием сельскохозяйственного пользования в зоне смешанных лесов.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались: на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Московского государственного университета леса (Москва, 1996-2006 г.), на чтениях посвященных 95-летию со дня рождения академика РАСХН И.С. Мелехова (Москва, 2000), международной конференции молодых ученых «Леса Евразии в третьем тысячелетии» (Москва, 2001), на Всероссийской научно-практической конференции «Вопросы практической экологии» (Пенза, 2002), на 7-ой Пущииской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2003), на Ш-й Международной конференции молодых ученых «Леса Евразии - Белые ночи» (Москва, 2003), на международной научной конференции по проблемам лесоведения и лесоводства, посвященной 100-летию со дня рождения академика РАСХН И.С. Мелехова (Москва, 2005).

Практическая значимость выполненных исследований. На основании результатов исследований сделаны выводы и предложены рекомендации по применению сельскохозяйственного пользования на лесокультурных площадях. Они позволяют значительно улучшить показатели искусственных насаждений по приживаемости, энергии роста в начальных фазах, составу, строению, устойчивости, продуктивности и декоративности Реализация научных разработок предусматривает

комплексное использование лесных земель применением предварительного и промежуточного сельскохозяйственного пользования.

Внедрение и публикации результатов исследований Результаты исследований прошли производственную проверку в Сергиево-ГГосадском опытном лесхозе ВНИЛМ По материалам исследований опубликовано 9 научных работ

Структура и объём диссертации Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и рекомендаций производству, списка использованной литературы и приложений Изложена на 152 страницах машинописного текста, включает 23 таблиц и 17 рисунков Список литературы содержит 30¡наименование, в том числе 15 на иностранных языках

1. ИСТОРИЯ, ЗНАЧЕНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ ЛЕСОВОЗОБНОВЛЕНИИ

Применение сельскохозяйственного пользования при возобновлении и разведении лесов имеет богатую историю, которая нашла широкое отражение в многочисленных публикациях отечественных и зарубежных учёных (Рудзский, 1881; Арнольд, 1883, 1891; Турский, 1884,1899; Тюрмер, 1891, Морозов, 1902, 1903, 1930, Высоцкий, 1906; Тольский, 1921,1930; Керн, 1924, 1925; Ткаченко, 1939; Шмидт, 1948; Тимофеев, 1953, Мелехов 1957; Родин, 1958, Нестеров, 1960, Погребняк, 1963, Жилкин, 1974, Огиевский, 1974; Лавриненко, 1980; Штукин, 1982, Рихтер 1983; Родин, Никитин, 1985; Мерзленко, 1974, 1986, 1991; Никитин, 1987, Oiemyi 1980; Naihoff, 1984; Lewis 1985) На основании анализа этой и другой литературы сельскохозяйственное пользование нами систематизировано по названиям, продолжительности, времени проведения относительно посева или посадки лесных культур, определены его особенности, значение и недостатки Большинство публикаций показывают высокую значимость сельскохозяйственного пользования в развитии частного лесоводства и достижении выдающихся успехов при возобновлении и разведении лесов Подтверждением служат сохранившиеся до наших дней искусственные насаждения, которые являются живыми памятниками передовой лесоводственной мысли и ярких достижений В качестве примера могут служить искусственные насаждения К Ф Тюрмера в Поречье, Черкасском бору, в опытной даче ТСХА

Обобщение накопленного опыта показывает, что

сельскохозяйственное пользование имеет большое значение и в современных условиях, так как является эффективным средством интенсификации лесовосстановления и получения с лесных земель дополнительной продукции сельскохозяйственных растений, плодово-ягодных культур, лекарственного и технического сырья. Актуальность сельскохозяйственного пользования при лесовозобновлении и

лесоразведении подтверждена XII лесным мировым конгрессом, проходившем в Канаде в 2003 году Участниками многих стран мира была подчёркнута высокая значимость использования лесных земель не только с целью получения дополнительной продукции различного назначения, но в первую очередь для решения экологических проблем путём повышения продуктивности и увеличения разнообразия лесных биогеоценозов, сохранения и улучшения лесных почв

На основании обзора научной литературы показаны не только значение и перспективы применения сельскохозяйственного пользования при лесовозобновлении, но и отмечены мало изученные вопросы

• в условиях региона не в полном объёме определено значение, возможности и перспективы применения сельскохозяйственного пользования на лесных землях;

• слабо изучена лесоводственно - экологическая основа современных технологий для выращивания культур ели с предварительным и промежуточным сельскохозяйственным пользованием;

• не определена длительность влияния сельскохозяйственного пользования на трофические свойства дерново-подзолистых почв, рост состав, продуктивность и устойчивость искусственных насаждений ели,

• не изучены динамика разложения пней и порубочных остатков при разных способах их размещения в кулисах, особенности почвенного плодородия и естественное возобновление

Для решения этих и других задач разработана программа, подобраны методики и объекты исследований.

2 ПРОГРАММА, МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБЪЁМ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Программой исследований по теме диссертации предусматривалось:

• изучить лесоводственно-экологическую основу современных технологий выращивания культур ели в регионе исследований,

• выявить особенности формирования молодняков ели в условиях промежуточного сельскохозяйственного пользования;

• определить влияние сельскохозяйственного пользования на почвенное плодородие;

• изучить динамику разложения пней, порубочных остатков и естественное возобновление в кулисах при широкополосной подготовке площади;

• провести рубки ухода различной интенсивности в опытно-производственных культурах и установить характер их влияния на формирование ельников,

• определить особенности анатомического строения и физико-механические свойства древесины ели в зависимости от технологий выращивания.

В основу методики исследований положены разработки В В Огиевского, А А Хирова 1967), И С Мелехова (1976); НП Кобранова (1973); А.Р Родина, МД Мерзленко (1983); А И Александрова, И. И Дроздова (1985);

Типы леса и вырубок и лесовозобновительные процессы в связи с ними изучали с использованием методик ВН Сукачева (1961), И С Мелехова. ЛИ Корконосовой, В.Г Чертовского (1965); А В Побединского (1966); А Н Мартынова (1992) и др

Пробные площади закладывали с таким расчетом, чтобы для исследований было не менее 200 деревьев изучаемой породы (Анучин, 1982). Описание живого напочвенного покрова осуществляли на учетных площадках по методике В.Н. Сукачева (1961), И.С.Мелехова (1965).

Для определения типов почв, изучения их свойств закладывали почвенные разрезы, описывали генетические горизонты по методике А А. Роде, ВН Смирнова (1972); ВС Шумакова (1979) По методике ВД Зеликова, АЛ Знаменской (1981) отбирали образцы для лабораторных исследований Физические свойства почвы изучали с использованием динамического плотномера по методике АН. Зеленина (1968) и с помощью плотномера-влагомера Н П Ковалёва

Изучение динамики разложения и минерализации пней и порубочных остатков выполнено с учетом работ А А Молчанова, И.Ф Преображенского (1957), Н.Т Колесникова (1962); В Я. Частухина, М.А Николаевской (1948); Б.Н. Новикова (1975)

Для макроанатомических исследований древесины использовались методические указания И С Мелехова и В Д Ломова (1977) Изучение физико-механических свойств древесины проводилось в лаборатории кафедры древесиноведения МГУЛеса, при консультации доцента кафедры И А Дюжиной Отбор образцов, изготовление заготовок, проведение физико-механических испытаний древесины, обработка и статистический анализ результатов испытаний осуществлялись в соответствии с ГОСТ 16483 0-89 и методических указаний Б.Н Уголева, ЯН Станко, И А Дюжиной (1989)

Научные исследования по теме диссертации проводились в течение 12-ти лет, было заложено 68 пробных площадей, сделано 63,5 тысячи биометрических замеров. При закладке пробных площадей проведено 8,4 тысячи линейных измерений размещения посадочных мест, ширины раскорчеванных полос и кулис. Заложено 905 учетных площадок для изучения естественного возобновления и живого напочвенного покрова

На опытно-производственных участках площадью 9,3 га проведены рубки ухода В течение 8 лет изучалась динамика разложения пней и порубочных остатков При почвенных исследованиях отобрано 32 образца, сделано 945 испытаний динамическим плотномером и 240 прибором Н П Ковалева

Для изучения хода роста, анатомических признаков и физико-механических свойств было взято 82 модельных дерева с проведением полного анализа. Для анатомических исследований древесины вырезано 68 кернов приростным буравом, сделано 65 поперечных спилов и приготовлено более 50 постоянных и временных препаратов, на которых проведено более 3 тыс измерений годичных приростов, ранней и поздней древесины. Физико-механические свойства древесины изучены на 248 образцах, при этом произведено более 2 тыс. линейных замеров

3. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ И ЛЕСНОЙ ФОНД РЕГИОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования по теме диссертации проводились в условиях Клинско-Дмитровской гряды, характеризующейся сложным рельефом, разнообразным почвенным покровом и климатическими особенностями По определению С Ф Курнаева (1982), Клинско-Дмитровская гряда выделена в район елово-широколиственных лесов, где главной лесообразуюшей породой, дающей наивысшую продуктивность, считается ель (Атрохин, 1967) Достаточно плодородные почвы, умеренно-континентальный влажный климат способствуют выращиванию высокопродуктивных насаждений ели

Лесной фонд здесь представлен в основном антропогенными лесами, естественных ландшафтов почти не сохранилось (Курнаев, 1968) В составе насаждений наблюдается преобладание мягколиственных пород (50%), хвойных (48%), твёрдолиственных (2%) По возрастному диапазону доминируют средневозрастные насаждения, их 48%, спелые и перестойные составляют 19 %. При этом просматривается тенденция старения лесов (Писаренко, 1999) За последние 20 лет в 4 раза выросла площадь спелых и перестойных лесов Особенно негативное положение складывается в осиновых древостоях, где доля спелых и перестойных составляет 82 %

В связи с длительным и разнообразным воздействием человека, Подмосковные леса имеют следующие особенности:

• лесопокрытая площадь снижена до 41 % по отношению к естественной лесистости (в 1696 г она составляла 48%), идёт интенсивное отчуждение лесных земель под промышленное и гражданское строительство, коммуникации и другие цели;

• лесные ландшафты неоднократно преобразованы хозяйственной деятельностью человека, нарушена естественная закономерность распределения лесообразующих пород в соответствии с условиями произрастания;

• древостой, как правило, одновозрастные, простые по форме, характеризующиеся быстрым процессом старения из-за экстенсивного ведения хозяйства;

• неудовлетворительное естественное возобновление, спелые насаждения обеспеченны подростом всего на 10 %, а производство лесных культур в рыночных условиях сокращено;

• идёт процесс обеднения видового разнообразия, леса повсеместно захламлены валежником, ветровалом, буреломом, промышленными и бытовыми отходами

Для решения задач по восстановлению высокопродуктивных насаждений, улучшению лесных почв можно считать перспективным направлением создание агролесокультур Как показывает длительный исторический и современный опыт, при совместном выращивании лесных и сельскохозяйственных растений возможно решение важнейших вопросов по рациональному использованию лесных земель, интенсификации лесовыращивания и получения дополнительной продукции различного назначения. Более глубокому изучению этих и других вопросов посвящена данная работа.

4. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФЕКТИВНОСТИ ИСКУССТВЕННЫХ НАСАЖДЕНИЙ ЕЛИ, СОЗДАННЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ

Успешность выращивания новых поколений леса зависит от почвенных условий, обуславливающих не только их состав, структуру, продуктивность, но и предопределяющих возможность длительного, устойчивого произрастания в определенных экологических условиях. Это подтверждают работы В.В Докучаева (1951), СВ. Зона (1954), Г.Н. Высоцкого (1962), Г.Ф. Морозова (1970), И С. Мелехова (1966), Л О Карпачевского (1981), ЕС. Мигуновой (1993) и других ученых Академик И С Мелехов важнейшую задачу повышения продуктивности лесов рекомендовал рассматривать в тесной взаимосвязи с улучшением лесных почв По его мнению, разработка мероприятий по улучшению почв применительно к лесу, лесокультурным площадям, где будет осуществляться искусственное и естественное возобновление леса, является одним из основных направлений повышения продуктивности лесов.

На основании проведенных исследований показано, что пахотный горизонт дерново-подзолистой почвы создается при перемешивании различных по свойствам генетических горизонтов (Ао, Ад, А] и частично А2) Он имеет хорошие показатели водно-физических свойств, которые способствуют снижению продолжительности переувлажнения почвы, улучшению условий аэрации, ослаблению процесса подзолообразования Его плотность до глубины 30 см через 18 лет после прекращения сельскохозяйственного пользования поддерживается в пределах 1,19-1,38 г/см1 при общей пористости 55,9-48,9 % А водопроницаемость в 2,6 раза выше, чем без сельскохозяйственного пользования В результате механической обработки и внесения удобрений снижается кислотность почвы, повышается содержание основных элементов питания в доступной для растений форме Так содержание Р2О5 по профилю пахотного горизонта при выращивании пропашных и внесения удобрений распределяется от 6,9 до 6,1 мг на 100 г почвы, а К20 от 21,6 до 16,4 мг на

100 г почвы По своему значению механическая обработка на этапе окультуривания дерново-подзолистой почвы может быть расценена как мелиоративное мероприятие.

Следует отметить, что особенности агролесокультур проявляются в первую очередь за счет тщательной обработки почвы, внесения удобрений и фитомелиорации, значительного ослабления или полного исключения влияния нежелательных растений - конкурентов и улучшения микроклимата Они имеют значительное преимущество по отношению к культурам, где сельскохозяйственное пользование не проводилось Средний прирост за 6-й год вегетации составил 73,2 см, за 12-й год 84,6см, при этом агролесокультуры в возрасте 12-ти лет достигли высоты 7,93 м (рис.1), а смыкание произошло в течение 12-го года вегетации В конце I-го класса

Рис 1 Ход роста в высоту культур ели, где

1- широкие раскорчёванные полосы, пропашные, вспашка почвы с оборотом пласта, органические и минеральные удобрения,

2- широкие раскорчеванные полосы, зерновые, вспашка почвы с оборотом пласта, минеральные удобрения,

3- широкие раскорчеванные полосы, зерновые, вспашка почвы без оборота пласта, минеральные удобрения,

4- культуры в широких раскорчёванных полосах с оборотом пласта, 2-х кратное дискование, без СХП, культуры в узких

5- раскорчеванных полосах

возраста их высота составила 14,8 м, что в 2,5 раза больше высоты культур без сельскохозяйственного пользования.

Различие средних высот культур 20-ти летнего возраста созданных с применением сельскохозяйственного пользования и обычных культур значимо (1расч. больше, чем 1^,05 = 2,0). Влияние различных способов обработки почвы в широких раскорчеванных полосах на средний прирост в высоту по критерию Стьюдента не является достоверным.

Важным показателем насаждения, дающим основание оценить его настоящее состояние и прогнозировать будущую перспективность, является распределение деревьев по классам роста Это подтверждено в работах Н.В Третьякова (1927), Г.Ф Морозова (1930), В.Н Сукачева (1953), Г.Р. Эйтингена (1962), Е.Л. Маслакова (1984) Из названных работ следует, что расчленение деревьев на классы роста начинается с начальных фаз развития насаждения, и что крупные и отстающие деревья с увеличением возраста устойчиво сохраняют своё положение

о ^-.-1-1---.-1---1—

4 6 8 10 12 14 16 18 20 Возраст, лет

В агролесокультурах господствующих деревьев ели более 90 % на протяжении первого класса возраста Анализ распределения деревьев в господствующей группе показывает, что к исключительно господствующим относится от 8 до 10 % Наибольшая доля приходится на деревья II класса, их 50-60 % при некоторой тенденции уменьшения с возрастом Преобладание господствующих деревьев в агролесокультурах позволяет регулировать их густоту и добиваться наиболее равномерного размещения по площади.

Таблица 1

Характеристика культур ели созданных по различным агротехническим вариантам

Агротехника создания культур 6 1 о со Приживаемость, сохранность Средняя высота, м Прирост в высоту, см Распределение деревьев по росту и развитию в % (по Г Крафту) Господствующих/ подчинённых

I II III IV V

В широких раскорчеванных полосах с промежуточным сельскохозяйственным пользованием 6 95,0 3.02 73.2 8.2 58,1 30,1 2,7 0,9 96,4/3,6

94.8 4,49 78.6 9.6 54,9 32,8 1,9 0,8 97,3/2,7

10 94.1 6,19 84.3 9,7 53,0 32,2 3,6 1.5 94,9/5,1

12 93,7 7,93 84,6 9,4 51,9 31,8 3,2 3,7 93,1/6,9

14 93.7 9,65 85,7 9,1 53,0 31,3 2,9 3,7 93,4/6,6

16 92,5 11,28 86,1 8,8 53,2 30,7 2,3 5,0 92,7/7,3

18 92,1 13,09 87,0 8,5 51.7 30,2 2,0 7,6 90,4/9,6

20 91,4 14.78 87,4 8,2 51,5 29,4 1.6 9,3 89,1/10.9

В узких (2,5-Зм) раскорчеванных полосах без сельскохозяйственного пользования 6 8 86,9 1,13 31.3 7.9 45,1 17,2 20,0 9,8 70.2/29,8

72,5 1.76 34,4 7,2 42,9 19,3 19,4 11.2 69,4/30,6

10 71,4 2,53 39,1 7,5 37.1 22,9 21,8 11.7 67,5/32,5

12 71,1 3,24 39,4 6,8 32,5 27,1 23,4 10,2 66,4/33,6

14 69,2 3,89 40.5 6,5 26,7 26,5 24,7 13,6 61.7/38,3

16 67,3 4,52 37,8 7,3 | 26,1 27,0 19,9 22,7 57,4/42,6

18 65,9 5,19 39,3 6,4 22,6 24,8 19,1 27,1 53,8/46,2

20 60,4 5,89 41,4 6,9 21,1 21.6 19,8 30,5 49,7/50,3

В отборе лучших деревьев в раннем возрасте, увеличении площади их питания, отсутствии конкуренции со стороны травянистой растительности и лиственных пород кроются большие резервы в повышении продуктивности и устойчивости культур Возможность равномерного размещения лучших деревьев при оптимальной густоте, снижение межвидовой и внутривидовой конкуренции, благоприятная дифференциация деревьев по росту и развитию являются особенностями агролесокулыур

Повышение продуктивности лесов считается одной из самых важных проблем современного лесоводства С ней тесно взаимосвязаны водоохранные, рекреационные, противоэрозионные и другие функции Анализ литературы и проведенные исследования показывают, что

применение сельскохозяйственного пользования при возобновлении лесов способствует значительному повышению их продуктивности В культурах, где в междурядьях выращивались пропашные (табл 2, вариант 1) отмечена высокая энергия роста ели в начальных фазах, в возрасте 12 лет их запас равен 24,0 м3/га.

Таблица 2

Продуктивность культур ели созданных в широких раскорчёванных полосах по разным агротехническим вариантам

Возраст, лет Пропашные по вспаханной почве с оборотом пласта, органические и минеральные удобрения (1 вариант) Зерновые по вспаханной почве с оборотом пласта, минеральные удобрения (2 вариант) Вспашка почвы без оборота пласта (3 вариант)

средняя высота, м средний диаметр, см запас на пп, м3 средняя высота, м средний диаметр, см запас на пп, м3 средняя высота, м средний диаметр, см запас напп, м3

0 6,2 4,4 0,90 6,1 4,7 0,88 4,8 4,0 0,75

12 7.9 6,0 2,40 7,7 6,3 2,36 5,9 5,2 1,27

14 9,7 7,8 4,70 9.1 7,2 4,56 7,0 5,9 2,01

16 11,3 9,3 7,72 10,5 8,6 6,28 8,0 7,1 3,26

18 13,1 11,0 13,10 12,0 10,4 9,83 8,9 7,9 4,37

20 14,8 12,9 19,58 13,6 11,9 15,59 9,8 8,6 6,12

Итого на 1 га 195,8 155,9 61,2

Наиболее интенсивный прирост древесины, достигающий 12-15 м3/га, наблюдается с возраста 14-15 лет, когда культуры находятся в фазе смыкания. В конце 1-го класса возраста годичный прирост агролесокультур составляет 29 - 30 м3/га, а запас 195 м3/га, что соответствует самому высокому классу бонитета.

)(1) -1,6257^ - U718X+11,066

--1.12М*+0,3575х+10,282 к'-ОДО«

-U022>i-5,19394+17,38 В? = Ц982

l)=ftZ771i^ 1.9068Х+ 5,575 it =0,9918

10 11 12

13 14 15 16 17

Вщвст KJ70>T>p, JET

18 19 20

Рис 2 Динамика продуктивности культур ели в широких раскорчёванных полосах, где

1- вспашка с оборотом пласта, пропашные в междурядьях, внесение органических и минеральных удобрений,

2- вспашка с оборотом пласта, зерновые в междурядьях, внесение минеральных удобрений,

3- вспашка почвы без оборота пласта, зерновые в междурядьях, внесение минеральных удобрений,

4- 2-х кратная вспашка почвы с оборотом пласта, 2-х кратное дискование

Сравнивая различные варианты агролесокультур с вариантом 3, можно более наглядно показать значение промежуточного сельскохозяйственного пользования на увеличение энергии роста ели в начальных фазах (рис 2). Продуктивность ели в 1-м варианте выше продуктивности ели 3-го варианта в 3,1 раза, 2-го варианта в 2,6 раза.

Изучение культур ели с промежуточным (табл. 2) и предварительным сельскохозяйственным пользованием (табл 3) позволило выявить некоторые преимущества промежуточного сельскохозяйственного пользования. Культуры с предварительным сельскохозяйственным пользованием (пробная площадь 8 и 42) в возрасте 23-24 лет имеют меньшую высоту, диаметр и древесную продуктивность. Более интенсивный рост ели с промежуточным сельскохозяйственным пользованием достигается интенсивной обработкой почвы в междурядьях уже созданных культур, который в последующем сохраняется на протяжении всего 1-го класса возраста

По древесной продуктивности различия культур с предварительным и промежуточным сельскохозяйственным пользованием заключается не только в преимуществе последних по общему запасу, но и по породам Если проводить сравнение по хвойной древесине, то разница достигает 40%.

Таблица 3

Характеристика искусственных еловых насаждений с предварительным сельскохозяйственным пользованием

хО О4 «Г ё X Запас стволовой древесины, м1/га

№ П П ц н" а. со о Ю Бонитет I X Я а. 3 и о 2 03 « 2 05 X 4 и а. и Средний диаметр, с | хвойной лиственной общий Состав в процентах

8 24* 1а 79,6 9,8 8,4 137,5 28,2 165,7 83Е17Б

43 1а 71,3 18,3 16,1 208,6 55,4 264,0 79Е21Б

42 23* 1а 83,9 10,7 10,9 146,4 34,1 180,5 81Е19Б

45 1а 74,6 17,8 17,5 189,1 69,9 259,0 73Е27Б

11 23* I 73,6 юд 9,1 116,6 49,3 165,9 70ЕЗБ

45 I 59,7 16,8 16,4 153,7 90,3 244 63Е37Б

* Данные Ф.А. Никитина

В начале Ш-го класса возраста культуры с предварительным сельскохозяйственным пользованием, пробная площадь 8 и 42 (табл. 3) по

общему запасу имеют преимущество в пределах 20 м3/га в сравнении с пробной площадью 11, где сельскохозяйственное пользование не проводилось А по хвойной древесине они более значимы и достигают 55 м /га Применение сельскохозяйственного пользования снижает долю участия лиственных пород до 20 %

Агролесокультуры имеют высокие показатели устойчивости, они характеризуются незначительным зарастанием травянистой растительностью и лиственными породами, высокой сохранностью и энергией роста, благоприятной дифференциацией и породным составом При подготовке площади широкими полосами с оставлением кулис под естественное заращивание получается чередование искусственных и естественных фитоценозов. Это обеспечивает биологическое разнообразие компонентов насаждения в целом, и тем самым повышает его устойчивость

Проведённые исследования и анализ литературы показывают, что выращивание на лесокультурной площади сельскохозяйственных растений позволяет сформировать на дерново-подзолистых почвах хорошо окультуренный пахотный горизонт По данным Ю.М. Берестоцкого (1984), окультуренная почва характеризуется выраженной фитосанитарной способностью, так как в результате интенсивных биологических процессов развивается преимущественно сапрофитная микрофлора, задерживающая прорастание грибов, с фитопатогенными свойствами Аналогичные выводы делает Б. Д. Жилкин (1960, 1974), что культуры с сельскохозяйственным пользованием меньше подвержены пожарам, более устойчивы против повреждений корнегрызущими вредителями и грибами. Интенсивная обработка почвы, борьба с сорняками, производство быстросмыкающихся культур является основой лесозащиты при лесовозобновлении (Воронцов, 1982) В целом сравнительная оценка эффективности искусственных насаждений ели, созданных с применением сельскохозяйственного пользования определяет их лесоводственные, экологические, эстетические и другие преимущества

5. ЕСТЕСТВЕННОЕ ВОЗОБНОВЛЕНИЕ И ФОРМИРОВАНИЕ МОЛОДНЯКОВ В КУЛИСАХ

Успешность естественного возобновления леса на вырубках в значительной степени зависит от умелого использования лесоводами порубочных остатков Их рациональное использование имеет большое значение для накопления органического вещества в почве, ослабления количественных и качественных изменений в биологическом круговороте Поэтому в лесоводстве очистка лесосек рассматривается как важное лесохозяйственное мероприятие, с помощью которого можно значительно улучшить условия восстановления новых поколений леса или наоборот ухудшить их через изменения эдафических свойств почвы Это показано в работах Г Ф Морозова (1930), И С Мелехова (1972, 1976), Н П Ремезова, П С Погребняка (1965), Л.О Карпачевского (1981) и других учёных

Исследованиями установлено влияние различных способов размещения растительных остатков на почвенное плодородие в кулисах оставляемых под естественное заращивание. При равномерном размещении пней и порубочных остатков органическое вещество не изымается из биологического круговорота и используется новым поколением леса Их разложение происходит более интенсивно, а почва в кулисах равномерно обогащается органическим веществом В результате положительных изменений в строении, в частности за счёт увеличения мощности гумусового горизонта, улучшились физические свойства почвы (табл 4) Значительно уменьшилась плотность, увеличилась общая порозность и полная влагоёмкость Так подгоризонт А[ мощностью 10 см имеет плотность 0,88 г/см3; А1-1Д2 г/см3, А2 -1,35 г/см3.

Таблица 4

Влияние способов размещения пней и порубочных остатков на физические свойства дерново-подзолистых почв

Способы размещения пней и порубочных остатков Горизонт Глубина взятия образца, см Плотность, г/см3 Общая порозность, % Полная влагоёмкость, %

равномерное по площади кулис (вариант 1) а, 2-10 0,88 63,25 51,93

а, 10-19 1,12 58,41 50,17

а2 19-26 1,35 51,88 45,29

в, 26-52 1,46 48,93 43,63

в2 52-150 1,50 47,98 42,32

в валах шириной 5-6 и высотой 1,5 м (вариант 2) а, 2-16 1,13 58,23 49,82

а2 16-24 1,39 47,84 44,39

BI 24-51 1,54 44,85 41,60

в2 51-150 1,62 34,80 32,16

В варианте 2 эти показатели значительно хуже, горизонт А1 на глубине от 2 до 16 см имеет плотность 1,13 г/см3, а в горизонте Аг на глубине 16-24 см она составляет 1,39 г/см3.

Подготовка лесокультурной площади широкими раскорчёванными полосами с оставлением кулис под естественное заращивание, равномерное размещение в них пней и порубочных остатков позволяет рационально использовать лесные земли и повышать их продуктивность Это согласуется с учением И С Мелехова (1980), об использовании лесоводами и почвоведами прямых и обратных связей в системе почва-лес-почва, в направлении повышения производительных сил природы

Результаты естественного возобновления на разных возрастных этапах показаны в таблице 5 В опытно-производственных культурах исследования проведены через 21 год после подготовки площади, на

пробных площадях № 2, 13 через 42 года В варианте с равномерным размещением пней и порубочных остатков по площади кулис молодняк имеет состав 390с36Б25Е. Средняя высота по породам' Ос - 10,1 м; Б - 7,6 м, Е - 6,9 м. Средний диаметр- Ос - 10,1 см; Б - 7,6 см; Е - 6,9 см Число стволов 7834 шт /га, из них осины-3196 шт , берёзы-3500 шт , ели-1138 шт Размещение осины, берёзы и ели по площади кулис равномерное Сомкнутость крон 0,90 Относительная полнота 1,1 Класс бонитета 2 Подлесок редкий и представлен бузиной красной, лещиной обыкновенной и бересклетом бородавчатым, размещение по площади неравномерное Производный тип леса - осинник кисличный

Таблица 5

Характеристика естественного возобновления в кулисах по запасу древесины и породному составу

№ п п Способ размещения остатков Ширина, м Возраст, лет Запас, м3 /га Состав в %

полос кулис общий Е Б Ос

1 равномерно по площади 20 15 21 104,7 16,4 37,8 50,5 480с36Б17Е

в валах 20 15 21 98,3 12,3 26,5 59,5 610с27Б12Е

2 в валах 8 17 42 141,4 18,5 53,7 69,2 490с38Б13Е

13 в валах 12 10 42 153,8 22,3 66,2 65,3 43Б420с15Е

Количество естественного возобновления ели недостаточно для формирования елово-лиственного древостоя без проведения рубок ухода В первую очередь такой вывод относится к вариантам, где порубочные остатки размещались в валах по границе раскорчёванных полос Здесь ель в составе молодняка занимает 13-15 % По данным М Е. Ткаченко (1931), А В Побединского (1952), В.И Обыденникова (1990), даже при незначительном участии ели в составе среди наличия многих тысяч экземпляров лиственных пород, рубками ухода можно сформировать древостой с преобладанием хвойных.

Под пологом лиственных пород в кулисах через 15-18 лет после сплошной рубки произошло естественное возобновление ели от 834 до 1226 шт/га Основное его количество (88,5 %) не превышает высоту 0,5 м и относится к категории «мелкий». Подроста учтено 22,6 %, на самосев приходится 46,6 %, на всходы 30,8 % В варианте с равномерным размещением порубочных остатков по площади кулис, количество жизнеспособного подроста на 240 шт. (25,9 %) больше Здесь также наблюдается его более равномерное размещение по площади

Учитывая результаты исследований можно сделать вывод, что равномерное размещение пней и порубочных остатков по площади кулис предназначенных для естественного возобновления более предпочтительно В результате такой операции в кулисах повышается плодородие почвы, и улучшаются условия возобновления ели

ГЛАВА 6. ЗАВИСИМОСТЬ КАЧЕСТВА ДРЕВЕСИНЫ ЕЛИ ОТ ТЕХНОЛОГИИ АГРОЛЕСОКУЛЬТУР

На строение и физико-механические свойства в значительной мере влияют условия произрастания. Это подтверждено в работах Яценко-Хмелевского А А. (1946), Мелеховой ТА (1949), Вихрова В.Е (1950,1954). Для более полной оценки качества культур ели выращенных с применением различных технологий проведены исследования макроанатомического строения и определены основные физико-механические свойства древесины Исследования проводились в 18-ти летних культурах ели, созданных по четырем различным технологиям. Различия исследованных насаждений заключаются в подготовке лесокультурной площади, обработке почвы и применении сельскохозяйственного пользования.

Полученные результаты, макроанатомического строения, показывают, что средний радиальный прирост во всех вариантах значителен и примерно одинаков (табл 6) Средняя протяженность зоны поздней древесины изменяется незначительно (0,27-0,30 мм), но процентное содержание поздней древесины имеет статистически значимые различия Максимальное содержание поздней древесины в культурах без сельскохозяйственного пользования - 8,5 % Несколько ниже этот показатель в естественных молодняках - 8,1 % Минимальное содержание (7,3 %) в культурах с промежуточным сельскохозяйственным пользованием. Во всех вариантах подтверждается отрицательная линейная связь между протяженностью радиального прироста и процентом поздней древесины

Таблица 6

Результаты определения макроанатомических и физико-механических показателей древесины ели, выращеной с применением различных технологий

Вариант создания лесных культур Средний радиальный прирост, ми Средняя протяженность зоны поздней древесины, мм Процент поздней древесины, % Число годичных слоев в 1 см, шт Плотность базисная, кг/см3 Предел прочности при влажности 12%

С сельскохозяйственным пользованием (пропашные) 3,69 0,27 7,4 2,71 314,6 32,1

С сельскохозяйственным пользованием (зерновые) 313,1 32,5

Без сельскохозяйственного пользования 3,55 0,30 10,4 2,81 279,7 28,5

Естественное возобновление в кулисах 3,46 0,28 9,9 2,89 293,1 31,8

Определены основные физико-механические свойства древесины плотность, тангенциальная, радиальная усушка и разбухание, предел прочности при сжатии вдоль волокон Средние значения базисной плотности во всех четырех вариантах от 280 до 315 кг/м3 Максимальные значения базисной плотности получены в вариантах выращенных с применением сельскохозяйственного пользования в междурядьях пропашные -315 кг/м3, зерновые -313 кг/м3 Исследования анатомического строения и физико-механических свойств древесины ели выращенной при различных агротехнических вариантах показали отсутствие существенного различия в их абсолютных показателях.

ВЫВОДЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1 Агротехника выращивания сельскохозяйственных растений на лесокультурных площадях, предусматривающая интенсивную обработку почвы, внесение удобрений, биологическую мелиорацию, оказывает положительное влияние на морфологические признаки почвы, её физические и химические свойства, определяет характер почвообразовательного процесса. Глубокое многократное рыхление обеспечивает улучшение условий аэрации, ослабляет отрицательное влияние избыточного увлажнения и является одним из наиболее важных приемов окультуривания дерново-подзолистых почв, улучшения их свойств и повышения плодородия

2 При изучении формирования искусственных ельников установлено, что лучшим ростом и развитием обладают насаждения, созданные с предварительным и промежуточным сельскохозяйственным пользованием по сравнению с традиционными лесными культурами Наибольшую лесоводственную эффективность создания агролесокультур имеет технология, предусматривающая корчёвку полос шириной 40 м с оставлением кулис такой же ширины под естественное лесовозобновление

3 На основании анализа литературы и собственных исследований определены особенности роста и дифференциации ели в агролесокультурах по фазам роста Прирост саженцев ели в условиях промежуточного сельскохозяйственного пользования за второй год вегетации составляет 133% по отношению к приросту последнего года в питомнике В культурах без сельскохозяйственного пользования этот показатель равен 92,4% Следовательно, в условиях промежуточного пользования фаза приживания сокращается до 2-х лет при высоких показателях приживаемости

4 Фаза индивидуального роста имеет длительность от 3 до 8 лет и условно заканчивается для хвойных пород в возрасте 10 лет В этой фазе культивируемая ель в условиях промежуточного пользования отличается интенсивным ростом по высоте. В возрасте 10 лет культуры имеют высоту более 6-ти метров и превышают культуры без сельскохозяйственного пользования в 2,2-2,5 раза. Очень высокая интенсивность роста ели в основном объясняется тщательной обработкой почвы при возделывании

сельскохозяйственных растений, которая способствует повышению плодородия дерново-подзолистых почв

5 Важным показателем насаждения, характеризующим особенности формирования и дающим основание оценивать его настоящее состояние и прогнозировать будущую перспективность, является дифференциация деревьев В агролесокультурах доля господствующих деревьев достигает 95% Равномерное размещение лучших деревьев при оптимальной густоте, снижение межвидовой и внутривидовой конкуренции, благоприятная дифференциация деревьев по росту и развитию являются особенностями агролесокультур в фазе индивидуального роста

6. Фаза смыкания в жизни насаждений имеет большое значение, так как в ней происходит перестройка интенсивности ростовых процессов, от которой зависит будущее биогеоценоза в целом В агролесокультурах смыкание происходит в возрасте 12-14 лет, при этом не наблюдается закономерного снижения прироста ели по высоте Средний прирост в возрасте 14 лет достигает 86 см В конце 1-го класса возраста их высота составила 14,8 м, что в 2,5 раза больше высоты культур без сельскохозяйственного пользования

7 Продуктивность насаждений является основным показателем, от которого зависят водоохранные, оздоровительные, рекреационные, противоэрозионные и другие функции В агролесокультурах интенсивный прирост (до 15 м3/га) наблюдается с возраста 14-15 лет, когда культуры находятся в фазе смыкания К концу фазы чащи годичный прирост агролесокультур достигает 29-30 м3/га, что соответствует самому высокому классу бонитета. В возрасте 20 лет их запас составляет 192,9 м3/га, что в 3,1 раза больше чем в обычных культурах.

8 Искусственные еловые насаждения с промежуточным сельскохозяйственным пользованием имеют преимущества по высоте, диаметру и продуктивности по отношению к культурам с предварительным сельскохозяйственным пользованием. Разница составляет 33,7 % по высоте, 34,9 % по диаметру и до 40 % по запасу древесины.

9 Агролесокультуры имеют высокие показатели устойчивости, они характеризуются слабым зарастанием травянистой растительностью и лиственными породами, высокой сохранностью и энергией роста, благоприятной дифференциацией и породным составом При подготовке площади широкими полосами с оставлением кулис под естественное заращивание обеспечивается чередование естественных и искусственных фитоценозов за счёт этого повышается устойчивость насаждения

10. Равномерное размещение пней и порубочных остатков по площади кулис способствует улучшению физических и химических свойств почвы После разложения порубочных остатков в кулисах образуется подгоризонт А1 мощностью до 8 см, увеличивается общая порозность и полная влагоёмкость корнеобитаемого слоя, уменьшается плотность. Горизонт А) мощностью 19 см имеет плотность от 0,88 г/см3 до

1,13 г/см3 по профилю, а плотность горизонта А2 до глубины 26 см не превышает 1,39 г/см3

11 Естественное возобновление в кулисах характеризуется значительным запасом и преобладанием лиственных пород в составе В варианте равномерного размещения порубочных остатков по площади кулис, в возрасте молодняка 21 год, запас древесины равен 104,7 м3/га Общее число стволов на 1 га достигает 7,8 тыс шт, из них ели 1,1 тыс. шт Под пологом лиственных молодняков в кулисах, через 15-18 лет после сплошной рубки происходит возобновление ели в количестве 0,8-1,2 тыс шт./га.

12 Рубками ухода в возобновившихся молодняках можно достичь преобладания ели. Предложенные мероприятия обеспечивают формирование сложных естественных молодняков в кулисах Структура лесного биогеоценоза, состоящая из чередующихся сложных естественных и искусственных фитоценозов, способствует достижению его максимальной древесной, биологической, экологической продуктивности и устойчивости.

13 С целью повышения продуктивности, устойчивости, эстетических свойств насаждений и улучшения лесных почв, можно рекомендовать создание агролесокультур с предварительным и промежуточным сельскохозяйственным пользованием Для этого наиболее приемлема технология, предусматривающая корчёвку полос шириной до 40 м с оставлением кулис аналогичной ширины под естественное лесовозобновление Предлагаемая технология апробирована в производстве на протяжении 20-ти лет. Как показывает анализ исторического и современного опыта, при совместном выращивании лесных и сельскохозяйственных растений, возможно решение вопросов по рациональному использованию лесных земель, интенсификации лесовыращивания и получению дополнительной продукции различного назначения

Список научных работ по материалам диссертации

1 Никитин Ф А, Никитин В.Ф Формирование культур ели с промежуточным сельскохозяйственным пользованием // Лесопользование и воспроизводство лесных ресурсов // Научные труды МГУЛ - 1998. - Вып. 289,-С.109-113.

2 Никитин В Ф. История сельскохозяйственного пользования на лесных землях // Чтения посвященные 95-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, академика, доктора сельскохозяйственных наук, профессора Мелехова И С , 16-18 октября 2000 г.- М. МГУЛ - 2000

3. Никитин В Ф Формирование устойчивых искусственных насаждений ели // Леса Евразии в третьем тысячелетии Материалы международной конференции молодых ученых 26 - 29 июня 2001 г - Т 1 - М МГУЛ, 2001. - С.25-26.

4. Аксёнов П.А., Никитин В.Ф Анатомия древесины ели европейской, выращенной в культурах с промежуточным сельскохозяйственным пользованием // Леса Евразии в третьем тысячелетии. Материалы международной конференции молодых ученых 26 - 29 июня 2001 г. -Т.1. - М.: МГУЛ, 2001. - С.8-9.

5. Никитин Ф. А., Никитин В. Ф. Устойчивость искусственных насаждений ели // Лесопользование и воспроизводство лесных ресурсов //Научные труды МГУЛ. - 2001. - Вып.311. - С.54-61.

6. Никитин В.Ф Промежуточное сельскохозяйственное пользование как пример экологически чистых технологий в лесном и сельском хозяйстве // Вопросы практической экологии: Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции 29 - 30 мая 2002г. - Пенза, 2002. -С. 163-165.

7. Никитин ВФ. Устойчивость искусственных насаждений II Сборник материалов научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Московского государственного университета леса. - Вып. 313. - М.: МГУЛ 2003.

8 Никитин В.Ф. Искусственные насаждения ели в решении экологических и хозяйственных проблем Москрвекой обл. // Лесохозяйственная информация. ВНИИЛМ, 2003.-№8, - С.7-12.

9. Никитин Ф А. Никитин В.Ф. История освоения, современное состояние и пути повышения продуктивности лесов Клинско - Дмитровской гряды //Лесной вестник, 2005. № 5 (41)-С. 107-114.

Изготовлено на полиграфической базе издательства Московского государственного университета леса в полном соответствии с качеством представленного оригинал-макета

Подписано в печать 4С Ч Ч VI Формат 60x90 1/16. Бумага 80 г/м2. Ризография. Усл. печ. л. Í Тираж i 0 О экз. Заказ

141005, Мытищи-5, Московская обл., 1-я Институтская, 1, МГУЛ, Издательство. Тел.: (095) 588-5762,588-5348,588-5415. Факс: 588-5109. E-mail: izdat@mgul.ac.ru

JJ>QgL

дл/у

^-9281

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Никитин, Владимир Фёдорович

Введение

Глава 1. История, значение и перспективы применения ^ сельскохозяйственного пользования при лесовозобновлении

1.1. Истоки подсечно-огневого земледелия

1.2. Ретроспективный анализ совместного ведения лесного и ^ сельского хозяйства

1.3. Значение и перспективы сельскохозяйственного ^ 4 пользования при возобновлении леса

Глава 2. Программа, методика и объекты и объем выполненных работ.

2.1. Программа и методика исследований

2.2. Объем выполненных работ

2.3. Характеристика объектов исследований

Глава 3. Природные условия и лесной фонд региона исследований

3.1. Рельеф и почвы

3.2. Климат и лесорастительные районы

3.3. Лесной фонд, история освоения и современное состояние

Глава 4. Сравнительная оценка эффективности искусственных насаждений ели, созданных с применением 53 ф сельскохозяйственного пользования

4.1. Влияние агротехнических воздействий на изменение свойств ^ лесных дерново-подзолистых почв

4.2. Особенности роста и дифференциации деревьев ели в ^ агролесокультурах

4.3. Продуктивность и устойчивость агролесокультур

Глава 5. Естественное возобновление и формирование молодняков в ^ кулисах

5.1. Влияние растительных остатков на почвенное плодородие

5.2. Формирование живого напочвенного покрова

5.3. Формирование молодняков естественного происхождения в ^^ кулисах

Глава 6. Зависимость качества древесины ели от технологии ^ лесовосстановления

6.1. Особенности макроструктуры древесины ели

6.2. Физико-механические свойства древесины ели 129 Выводы и практические рекомендации 133 Список использованной литературы

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Формирование еловых насаждений на лесных землях под влиянием сельскохозяйственного пользования"

Актуальность темы. Современное значение леса, подчёркивал И.С. Мелехов [110], становится всё более многогранным и его использование должно быть многосторонним, комплексным и непрерывным. Это означает необходимость своевременного восстановления всех полезностей леса и их дальнейшего приумножения. Решение этих задач возможно за счёт естественного и искусственного возобновления в зависимости от соответствия их месту и времени. Соотношение способов создания леса зависит от природных и экономических условий, успешности естественного возобновления, уровня лесокультурного производства. В зоне смешанных лесов европейской части России, куда входит регион наших исследований, доля искусственного возобновления в выращивании леса составляет 75%. Изучением лесоводственной эффективности технологий создания лесных культур, влияния их на формирование и продуктивность насаждений занимались многие учёные и практики (В.В. Огиевский, В.В. Миронов, А.Р. Родин, Г.И. Редько, А.И. Писаренко, М.Д. Мерзленко, С.А. Родин и др.). Несмотря на обширные научные сведения и богатый опыт выращивания искусственных насаждений в этом регионе до сих пор недостаточно обоснованны технологии создания культур ели с предварительным и промежуточным сельскохозяйственным пользованием и практически не выявлены их возможности в формировании высокопродуктивных, устойчивых насаждений. Следовательно, тема диссертационной работы весьма актуальна.

Цели и задачи исследований. Основная цель исследований заключалась в научном обосновании выращивания искусственных еловых насаждений с предварительным и промежуточным сельскохозяйственным пользованием, а также в разработке рекомендаций по комплексному использованию лесных земель. Её реализация осуществлена посредством:

• обобщения отечественного и зарубежного опыта сельскохозяйственного пользования при выращивании леса;

• изучения лесоводственно-экологической основы современных технологий выращивания культур ели с предварительным и промежуточным сельскохозяйственным пользованием;

• определения влияния сельскохозяйственного пользования на формирование и устойчивость ельников;

• выявления особенностей дифференциации деревьев в молодняках, составе древостоя его продуктивности в зависимости от технологий выращивания;

• изучения лесовозобновительного процесса, характера разложения пней и порубочных остатков в кулисах, оставляемых под естественное заращивание.

Научная новизна. Изучены и систематизированы исторические аспекты сельскохозяйственного пользования на лесных землях, определены его значение и перспективы применения для выращивания высокопродуктивных насаждений. Установлены особенности влияния сельскохозяйственного пользования на лесорастительные условия и формирование искусственных ельников, в частности на почвенное плодородие, рост и дифференциацию деревьев ели, состав, продуктивность и устойчивость. Выявлен характер возобновления и формирования естественных молодняков в кулисах. Изучена динамика разложения пней и порубочных остатков и их влияние на почвенное плодородие при разных способах размещения. Определена зависимость анатомического строения, и качества древесины ели от технологии выращивания и особенностей формирования насаждений.

На защиту выносится научное обоснование формирования высокопродуктивных еловых насаждений на лесных землях под влиянием сельскохозяйственного пользования в зоне смешанных лесов.

Практическая значимость выполненных исследований. На основании результатов исследований сделаны выводы и предложены рекомендации по применению сельскохозяйственного пользования на лесокультурных площадях в регионах с развитым промышленным потенциалом и высокой плотностью населения. Рекомендации позволяют значительно улучшить показатели искусственных насаждений по приживаемости, энергии роста в начальных фазах, составу, строению, устойчивости, продуктивности и декоративности. Реализация научных разработок предусматривает комплексное использование лесных земель применением предварительного и промежуточного сельскохозяйственного пользования.

Обоснованность и достоверность результатов исследований, выводов подтверждается: большим объемом экспериментального материала, собранного с использованием научно-обоснованных методик; продолжительностью исследований более 12 лет; математической обработкой данных с использованием компьютерной техники, современных методов математического анализа и стандартных пакетов программ.

Личный вклад автора заключается в разработке программы, выборе методик изучения почвенных условий, лесоводственно-экологических показателей искусственных насаждений ели, динамики разложения пней и порубочных остатков на лесокультурных площадях, анатомических признаков и качества древесины. Все материалы, использованные в диссертации, получены лично автором или при его участии. Им сделан анализ, обобщение собранного материала и его изложение, сформулированы выводы и даны рекомендации производству.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались: на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Московского государственного университета леса (Москва, 1996- 2006 г.), на чтениях посвященных 95-летию со дня рождения академика РАСХН И.С. Мелехова (Москва, 2000), международной конференции молодых ученых «Леса Евразии в третьем тысячелетии» (Москва, 2001), на Всероссийской научно-практической конференции «Вопросы практической экологии» (Пенза, 2002), на 7-ой Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века»

Пущино, 2003), на Ш-й Международной конференции молодых ученых «Леса Евразии - Белые ночи» (Москва, 2003), на международной научной конференции по проблемам лесоведения и лесоводства, посвященной 100-летию со дня рождения академика РАСХН И.С. Мелехова (Москва, 2005).

Внедрение и публикации результатов исследований. Результаты исследований прошли производственную проверку в Сергиево-Посадском опытном лесхозе ВНИЛМ. По материалам опубликовано 10 научных работ.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из шести глав, выводов, списка цитируемой литературы и приложения, изложена на 152 страницах машинописного текста, включает 23 таблицы и 17 рисунков. Список литературы содержит 301 библиографическую ссылку, в том числе 15 на иностранном языке.

Работа выполнена на кафедре лесоводства и подсочки леса в Государственном учреждении высшего и профессионального образования «Московский государственный университет леса» (ГОУ ВПО МГУЛ)

Заключение Диссертация по теме "Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними", Никитин, Владимир Фёдорович

выводы

На основании анализа литературы и проведённых исследований с целью изучения истории, значения и перспектив применения сельскохозяйственного пользования при лесовозобновлении в регионе исследований, можно сделать следующие основные выводы.

1. Подсечно-огневое земледелие на лесных землях велось на протяжении более 40 тысяч лет и имело положительное и отрицательное значение. Занятие человека подсечно-огневым земледелием было одним из решающих факторов лесоистребления, оно способствовало обмелению и исчезновению рек, ухудшению плодородия лесных почв, породного состава и продуктивности лесов. Велико и положительное значение подсечно-огневого земледелия в формировании знаний о природе леса, свойствах почвы, мелиорации лесных земель, применении севооборотов и удобрений. Накопленные знания за длительный исторический период передавались из поколения в поколение и легли в основу практического лесоводства и лесной науки.

2. Применение сельскохозяйственного пользования при возобновлении и разведении лесов имеет богатую историю, которая нашла широкое отражение в многочисленных публикациях отечественных и зарубежных учёных. На основании анализа этой литературы нам удалось систематизировать сельскохозяйственное пользование по названиям, продолжительности, времени проведения относительно посева или посадки лесных культур, определить его ф особенности, значение и недостатки. Большинство публикаций показывают высокую значимость сельскохозяйственного пользования в развитии частного лесоводства и достижении выдающихся успехов при возобновлении и разведении лесов. Подтверждением служат сохранившиеся до наших дней искусственные насаждения, которые являются живыми памятниками передовой лесоводственной мысли и ярких достижений.

3. Большое значение сельскохозяйственное пользование имеет в современных условиях, так как является эффективным средством интенсификации лесовосстановления и получения с лесных земель дополнительной продукции сельскохозяйственных растений, плодово-ягодных культур, лекарственного и технического сырья. Актуальность сельскохозяйственного пользования при лесовозобновлении и лесоразведении подтверждена XII лесным мировым конгрессом, проходившем в Канаде в 2003 году. Участниками многих стран мира была подчёркнута высокая значимость использования лесных земель не только с целью получения дополнительной продукции различного назначения, но и решения экологических проблем путём повышения продуктивности и увеличения разнообразия лесных биогеоценозов, сохранения и улучшения лесных почв.

4. Анализ современного состояния лесов Московской области являющихся объектом исследований данной работы показал их прогрессирующее ухудшение и снижение эффективности в стабилизации экологической обстановки региона. Ухудшение лесов связано с интенсивным отчуждением лесных земель, нарушением естественной закономерности соответствия лесообразующих пород условиям местопроизрастания, быстрым процессом старения из-за экстенсивного ведения хозяйства, преобладанием простых по форме, одновозрастных древостоев характеризующихся неудовлетворительным естественным возобновлением. В спелых и перестойных насаждениях удовлетворительное естественное возобновление встречается только на 10 % площадей.

5. При изучении формирования искусственных ельников установлено, что лучшим ростом и развитием обладают насаждения, созданные с предварительным и промежуточным сельскохозяйственным пользованием по сравнению с традиционными лесными культурами. Наибольшую лесоводственную эффективность создания агролесокультур имеет технология, предусматривающая корчёвку полос шириной 40 м с оставлением кулис такой лее ширины под естественное лесовозобновление.

6. Агротехника выращивания сельскохозяйственных растений на лесокультурных площадях, предусматривающая интенсивную обработку почвы, внесение удобрений, биологическую мелиорацию, оказывает положительное влияние на морфологические признаки почвы, её физические и химические свойства, определяет характер почвообразовательного процесса. Глубокое многократное рыхление обеспечивает улучшение условий аэрации, ослабляет отрицательное влияние избыточного увлажнения и является одним из наиболее важных приёмов окультуривания дерново-подзолистых почв, улучшения их свойств и повышения плодородия.

Ф 7. Исследованиями определены особенности роста и дифференциации ели в агролесокультурах по фазам роста. Прирост саженцев ели в условиях промежуточного сельскохозяйственного пользования за второй год вегетации составляет 133% по отношению к приросту последнего года в питомнике. Следовательно, в условиях промежуточного пользования фаза приживания сокращается до 2-х лет при высоких показателях приживаемости. Такие результаты достигаются высокой агротехникой сельскохозяйственного пользования, которая обеспечивает благоприятные эдафические условия близкие к условиям лесных питомников.

8. В фазе индивидуального роста ель в агролесокультурах имеет значительные преимущества по отношению к культурам, где сельскохозяйственное пользование не проводилось. Наиболее интенсивный рост ели по высоте отмечен в варианте, где в междурядьях выращивался картофель, и вносились органические и минеральные удобрения. Здесь культивируемая ель в возрасте 10 лет достигла высоты более 6-ти метров и превышает обычные культуры в 2,2-2,5 раза. В этот период скорость роста является решающим фактором в жизни каждого дерева. По данным Е.Л. Маслакова [100], скорость роста деревьев в этой фазе высоко коррелирует с их же скоростью роста в последующих фазах. Поэтому фаза индивидуального роста является тем периодом в развитии насаждения, когда рождаются основные структурные элементы, определяющие его будущую организацию и продукти вность.

9. Важным показателем насаждения, дающим основание оценить его настоящее состояние и прогнозировать будущую перспективность, является распределение деревьев по классам роста. В агролесокультурах доля господствующих деревьев достигает 95%. Равномерное размещение лучших деревьев при оптимальной густоте, снижение межвидовой и внутривидовой конкуренции, благоприятная дифференциация деревьев по росту и развитию являются особенностями агролесокультур в фазе индивидуального роста.

10. Фаза смыкания в жизни насаждений имеет большое значение, так как в ней происходит перестройка интенсивности ростовых процессов, от которой зависит будущее биогеоценоза в целом. В агролесокультурах смыкание происходит в возрасте 12 лет, при этом не наблюдается закономерного снижения прироста ели по высоте. Средний прирост в возрасте 14 лет достигает 86 см и не снижается до конца I класса возраста. Следовательно, промежуточное сельскохозяйственное пользование способствует интенсивному росту культивируемой ели в начальных фазах и быстрому смыканию.

11. Продуктивность насаждений является основным показателем, от которого зависят водоохранные, оздоровительные, рекреационные, противоэрозионные и другие функции. В агролесокультурах интенсивный прирост (до 15 м3/га) наблюдается с возраста 14-15 лет, когда культуры находятся в фазе смыкания. К концу фазы чащи годичный прирост агролесокультур достигает 29-30 м3/га, что соответствует самому высокому классу бонитета. Продуктивность еловых насаждений в возрасте 20 лет, где в междурядьях выращивались пропашные, составляет 192,9 м3/га, что в 3,1 раза больше чем в обычных культурах.

12. Искусственные еловые насаждения с промежуточным сельскохозяйственным пользованием имеют преимущества по высоте, диаметру и продуктивности по отношению к насаждениям с предварительным сельскохозяйственным пользованием. Разница составляет 33,7 % по высоте и 34,9 % по диаметру и до 40 % по запасу древесины. Более интенсивный рост ели в условиях промежуточного сельскохозяйственного пользования достигается интенсивной обработкой почвы в междурядьях уже созданных культур. В дальнейшем их высокая энергия роста сохраняется на протяжении I класса возраста.

13. Агролесокультуры имеют высокие показатели устойчивости, они характеризуются незначительным зарастанием травянистой растительностью и лиственными породами, высокой сохранностью и энергией роста, благоприятной дифференциацией и породным составом. При подготовке площади широкими полосами с оставлением кулис под естественное заращивание получается чередование искусственных и естественных фитоценозов. Это обеспечивает биологическое разнообразие компонентов насаждения в целом, и тем самым повышает его устойчивость

14. Равномерное размещение пней и порубочных остатков по площади кулис имеет большое значение для накопления органического вещества в почве и ослабления количественных и качественных изменений в биологическом круговороте. Исследованиями отмечена более интенсивная динамика разложения остатков при равномерном их размещении по площади кулис. Полное разложение средних и крупных ветвей берёзы и осины происходит через 14 лет. Более медленно разлагаются порубочные остатки ели, средние ветви разложились в течение 16-ти, крупные за 18 лет. Аналогичная динамика прослеживается при разложении пней.

15. После полного разложения порубочных остатков в кулисах образовался подгоризонт А] мощностью до 8 см пронизанный многочисленными корнями и ходами почвенной зоофауны. В результате положительных изменений в строении, в частности за счёт увеличения мощности гумусового горизонта, улучшились физические свойства почвы. Значительно уменьшилась плотность, увеличилась общая порозность и полная влагоёмкость корнеобитаемого слоя. Так горизонт А] мощностью 19 см имеет плотность от 0,88 г/см3 до 1,13 г/см3 по профилю, а плотность горизонта А2 до глубины 26 см не превышает 1,39 г/см3.

16. В кулисах проективное покрытие травянистой растительности составляет 22,6%. Доминируют зеленчук жёлтый (5,6 %), крапива двудомная (5,4 %), сныть обыкновенная (4,7 %). Эти виды являются индикаторами высокого почвенного плодородия и указывают на среднюю степень её увлажнения. В условиях промежуточного сельскохозяйственного пользования живой напочвенный покров очень скуден, средний процент проективного покрытия равен 3,2 . Снижение конкуренции травяного покрова увеличивает объём биологического круговорота веществ через древостой и скорость накопления древесной фитомассы.

17. Естественное возобновление в кулисах характеризуется значительным запасом и преобладанием лиственных пород в составе. В варианте равномерного размещения порубочных остатков по площади кулис, в возрасте молодняка 21 год, запас древесины равен 104,7 м3/га. Общее число стволов на 1 га достигает 7,8 тыс. шт., из них ели 1,1 тыс. шт. При размещении порубочных остатков в валах, эти показатели несколько хуже. Здесь в составе молодняка на 13 % больше осины, на 17 % меньше берёзы семенного происхождения и на 5 % ели. Отмечается неравномерное размещение деревьев по площади кулис, на местах разложившихся валов чаще встречаются деревья максимальной высоты и диаметра.

18. Под пологом лиственных молодняков в кулисах, происходит возобновление ели в количестве 0,8-1,2 тыс. шт./га. Исходя из его возрастного диапазона, возобновление ели начинается через 15-18 лет после сплошной рубки. В варианте с равномерным размещением остатков по площади кулис, количество жизнеспособного подроста на 26 % больше при более равномерном его размещении по площади. Указанные различия объясняются разной степенью нарушения верхних горизонтов почвы при размещении порубочных остатков в кулисах и обогащения их органическим веществом.

19. Учитывая сделанные выводы можно заключить, что равномерное размещение порубочных остатков по площади кулис оставленных под естественное возобновление более предпочтительно. В результате такой операции в кулисах повышается плодородие почвы, и улучшаются условия возобновления ели. Рубками ухода в возобновившихся молодняках можно достичь преобладания ели. Предложенные мероприятия обеспечивают формирование сложных естественных молодняков в кулисах. Структура лесного биогеоценоза, состоящая из чередующихся сложных естественных и искусственных фитоценозов, способствует достижению его максимальной древесной, биологической, экологической продуктивности и устойчивости.

20. С целью повышения продуктивности, устойчивости, эстетических свойств насаждений и улучшения лесных почв, можно рекомендовать создание агролесокультур с предварительным и промежуточным сельскохозяйственным пользованием. Для этого наиболее приемлема технология, предусматривающая корчёвку полос шириной до 40 м с оставлением кулис аналогичной ширины под естественное лесовозобновление. Предлагаемая технология апробирована в производстве на протяжении 20-ти лет. Как показывает анализ исторического и современного опыта, при совместном выращивании лесных и сельскохозяйственных растений, возможно решение вопросов по рациональному использованию лесных земель, интенсификации лесовыращивания и получению дополнительной продукции различного назначения.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Никитин, Владимир Фёдорович, Москва

1. Абатуров A.B., Казанцева Т.Н. Растительность и леса Восточного Подмосковья. М.: Наука , 1979. - С. 25-38.

2. Августинович И. Разведение леса на осушенном болоте//Лесной журнал. 1879. - С. 238-246.

3. Александров А.И., Дроздов И.И. Исследование искусственных молодняков: Методические указания по НИРС для студентов спец. 1512.-М.:МЛТИ, 1985.-32 с.

4. Антонова Г.Ф. Рост клеток хвойных Новосибирск: Наука, 1999.- 228 с.

5. Анучин Н.П. Лесная таксация. М.: Лесная пром-сть, 1982. - 551 с.

6. Арнольд Ф.К. Выступление на V съезде лесохозяев в Москве. В Тр. V съезде лесохозяев в Москве. Спб.: 1883. - 183 с.

7. Арнольд Ф.К. Русский лес, том II, Спб.: 1891.-321 с.

8. Арнольд Ф.К. История лесосоводства России, Франции и Германии. -Спб.: 1895.-404 с.

9. Атрохин В.Г. Биоэкологические основы формирования высокопродуктивных насаждений. М.: Лесная пром-ть, 1967.-180 с.

10. Барк Л.Г. Известия о деятельности лесного общества//Лесной журнал. -1879.-С. 181-185.

11. Бартенев И.М., Родин С.А. Экологизация технологий и машин лесного комплекса, г. Пушкино: 2001. 87 с.

12. Бельков В.П., Семёнова А.К. Влияние травяного покрова на продуктивность лесных насаждений. М.: Изд. ЦБНТИлесхоза, 1973. -22с.

13. Берг Л.С. Природа СССР. М.: Географиздат, 1955.-494 с.

14. Бердышев А.П. Андрей Тимофеевич Болотов. М.: Агропромиздат, 1988.- 143 с.

15. Берестоцкий O.A., Возняковская Ю.М. Доросинский Л.М. и др. Биологические основы плодородия почвы. М.: Колос, 1984. - 287 с.

16. Бобров Р.В. Об управлении лесами отечества (исторический обзор): Обзорная информация. Вып. 6. М: ВНИИЦЛесресурс Госкомлеса СССР, 1990.-52 с.

17. Браунсдорфер Э. Лесопольное хозяйство в лесах Мошногородищенского имения//Лесной журнал.-1895. №2. - С. 111.

18. Брюсов А.Я. Очерки по истории племен Европейской части СССР в неолитическую эпоху. М.: Изд-во АН СССР. 1962.

19. Вадковская O.A. Краткая характеристика почвенного покрова Московской области./Ючерки природы Подмосковья. Труды института географии АНСССР, вып. 71. -М.: 1957.-С. 77-83.

20. Васильев И.С. Водный режим дерново-подзолистых почв в травопольном севообороте. Сб. «Плодородие дерново-подзолистых почв» Изд-во АНСССР. М.: 1958. - с. 48-61.21