Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Формирование структуры полезащитных лесных полос с преобладанием дуба черешчатого на обыкновенных черноземах юго-восточной степи Украины

ВАК РФ 06.03.04, Агролесомелиорация и защитное лесоразведение, озеленение населенных пунктов

Автореферат диссертации по теме "Формирование структуры полезащитных лесных полос с преобладанием дуба черешчатого на обыкновенных черноземах юго-восточной степи Украины"

МИНИСТЕРСТВО ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА УССР

УКРАИНСКИЙ ОРДЕНА «ЗНАК ПОЧЕТА» НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА И АГРОЛЕСОМЕЛИОРАЦИИ им. Г. Н, ВЫСОЦКОГО

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПОЛЕЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЛОС С ПРЕОБЛАДАНИЕМ ДУБА ЧЕРЕШЧАТОГО НА ОБЫКНОВЕННЫХ ЧЕРНОЗЕМАХ ЮГО-ВОСТОЧНОЙ СТЕПИ УКРАИНЫ

Сб.ОЗ.О^ — Агролесомелиорация и защитное лесоразведение

На правах рукописи

БОРОДАВКА Василий Александрович

УДК 630*266

Автореферат

диссертации на соискание учекоЯ степени кандидата сельскохозяйственных нэуч

ХЛГЬКОВ — 1591

Диссертационная работа выполнена.на Мариупольской лэгнйп опытной станции.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Коптев В. И.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Пастернак П. С.; кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Вербин А. Е.

Ведущее предприятие — Донецкое областное производственное лесохозяйственное объединение «Донецклес».

Защита диссертации состоится « & 7>окпаЯ)>£ 1991 г. в /#час. на заседании специализированного совета К 028.03.01 в Украинском ордена «Знак Почета» научно-исследовательском институте лесного хозяйства и агролесомелиорации им. Г. Н. Высоцкого по адресу: ч 310024, г. Харьков, ул. Пушкинская, 86, УкрНИИАХА-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан £ » я^рл> 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник ГАВРИАЕНКО А. П.

ОБЩАЯ ХАРАКГЕРИСШСА РАБОТЫ

Актуальность темы определяется остротой и сложностью рассматриваемых проблем, поставленных практикой ведения сельского хозяй -ства в лесоаграрных комплексах черноземной степи Украины и связанных с повышением эффективности агролесомелиорации, продуктивности земель, рациональным их использованием и защитой от эрозии.

Избираемый путь решения выг^перечисленных проблем - совершенствование полезащитных насаждений на основе управления их структурой, принадлежащий к чиг?лу приоритетных направлений исследований в теории агролесомелиорации, имеет высокую прикладную значимость. Последняя заключается в полной реализации потенциала защитного действия при существенном улучшении лесоводственных показателей наиболее перспективных в регионе дубовых лесных полос, предотвра -щении вторичной самопроизвольной сияьватизации сельскохозяйствен -пых угодий, возвращении й оборот значительного количества пахотных земель, отторгнутых разросшимися опушками насаждений.

Цель исследований. Основная.цель - разработка тёоретических основ и практических рекомендаций по формированию структуры поле -защит!шх лесных полос с преобладанием дуба черешчатого на обыкно -венных черноземах степи Украины л учетом оценки состояния полоза -щитнъгх насаждений региона и реальных потребностей в уходе за ниш, результатов изучения хода кроно~~и структурообразоиания в дубовых лесных полосах и разработки методов формирования их оптимизированной структуры с лесоводственно-мелиоративным и технолого-экономи -ческим обоснованием, экспериментальная проверка и производственная апробация конкретных технологий.

Научная новизна. Впервые в регионе изучены процессы кроно- и структурообразования в дубовых полезащитных полосах в возрастном интервале до 90 лет. Полученные материалы послужили основой схемы упргэления структурой дубовых лесных полос на принципе межцелен"гс раг овесия лесобиологических и мелиоративных показателей строения насаждений. Кроме того, результаты исследований отличаются широким использованием многокомпонентного анализа фитомасс и могут быть использованы при разработке теории структуры защитных линейных насаждении .

Зпггоп;зог/ые положения. На защиту выносятся установленные за «-кономерности ценообразования дуба " полезащитных лесных полосах, их структурной организации, а также ряд положений, включающих в себя обоснование целесообразности и возможности управления струит,у-

рой, избираемую концепцию управления и результаты ее применения.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Практическая ценность работы состоит в выработке удовлетворяющего основным лесоводстоенным, мелиоративным и технолого-экономическим требованиям комплекса мероприятий па уход;' а наиболее ценных по -лезащитных лесных полосах региона - дубовых, тесно увязанного с сущностью ведущих биологических процессов а жизни насаждений -кроно- и структурообразования.

Указанный комплекс мероприятий позволяет использовать ре -зервы полезащитного лесоразведения в черноземной степи, связанные с оптимизацией структуры и конструкции насаждений, предотвратить вторичную сильватизацию сельхозугодий, вовлечь в пользование только по Донецкой области 12 тыс, г пашни.

Материалы исследований послужили основой "Рекомендаций по применению перспективных методов ухода в полезащитных лесных по -лосах Донбасса" (1987), были использованы при разработке "Научно-обоснованной системы земледелия Донецкой области" (1988), а также вошли в состав "Методических рекомендаций по уходу за древостоем и порослевому возобновлению в полезащитных лесных полосах"(1989).

Исходя из объемов применения разработанных способов форми -рования структуры в процессе настоящих исследований и апробации их результатов за 4-летний расчетный период получен общий эконо -мический эффект в сумме 37.5 тыс. руб. или 1.1 тыс. руб. на гек -тар лесных полос.

Апробация работы. Отдельные положения работы докладывались на республиканских научно-технических конференциях "Лесное хозяйство в решении продовольственной программы" (Киев, 1984), "Комп -леке противоэрозионных мероприятий в действии" (Луганск, 1985), "Актуальные проблемы защитного лесоразведения и степного лесове -дения" (Мариупольская ЛОС, 1990). Материалы исследований представлялись на съезд почвоведов (Харьков, 1986), республиканские кон -ференции "Проблемы и опыт охраны окружающей среды в республике" (Днепропетровск, 1990) и "Совершенствование Ведения хозяйства в лесах Украины й Молдавии" (Киев, 1990), всесоюзную конференцию молодых ученых (ЙушкиНо, 1990) И другие.

Объекты работ» элемент И полные циклы технологий демонст -рир -вались участникам выездного Совета директоров опытных станций УкрШШЛХА (1985), экспедиции степных лесоводов (1987), республи -капской конференции ( поев пленной 125-леТИй Со дня рождения Г.Н.Ш-соцкого (1990), на областных И районных семинарах пй полезащитно-

му лесоразведению в период 1984-1990 г.г..

Публикация роботы. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ. •

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из вве -дения, 6 глав, выводов и предложений производству, списка литературы из 230 наименований, в т.ч. 14 иностранных авторов. Основной текст изложен на 154 стр., иллюстрирован 34 таблицами и 21 рисунком, содержит 14 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определены цель и направление исследований.

Глава I. Состояние вопроса

Дается литературный обзор по изучаемым вопросам, а также оценка состояния и проблем полезащитного лесоразведения в регионе.

1.1. Теория структуры лесных полос - состояние и направления развития

Констатируется, что в агролесомелиоративной науке теория структуры линейных насаждений, представляющая собою наиболее важную часть экспериментально-теорг-ической базы (Виноградов В.!',, 1903; Павловский Е.С. и др., 1986), до настоящего времени не по -лучила должного развития. Между тем структура является одной из главных характеристик организации лесных полос. Деленаправленное ее формирование позволяет оптимизировать лесоводственные и мелиоративные свойства насаждений. Шяснено, что ее изучение, а также использование закономерностей структурообразования лесных полос в практике затруднено отсутствием понятийно-терминологической базы и несовершенством системы оценочных показателей;

Анализ лиТерптурчкх источников показал, что для характеристики структуры лесных полос применимы основные■понятия, термины и оп1 ^деления из общей теории структуры биологических объектов и частной - структуры лесных сообществ.

В главе рассматриваются принцип "плотной упаковки" Иакпрту-ра Р. ( Мое. 1955), положение о максимуме продуциро-

вания биогеоценоза в случае абсолютного доминирования одного вида (Пузаченко Ю.Г., 1974), предложения о выделении трех зспектоз структуры - функционального, структурно-физического и временного (Сукачев З.Н., 1972, 1975; Дылис II.в., 1974; Маланг В.В., 1973). Разбираются лоютия "тип экологической структуры" (Бсльгард А.Л.,

I960, I977, 1986), горизонтальная (Кретинин В.М., 1986; Костен -чук H.A., 1986 и др.) и вертикальная (Алексеев В.А., Vsf/b', Äiik Р., I9Ö6 и др.) структура. Признано целесообразным временной аспект структуры в морфогенезе насаждений отражать в пределах периодов их развития (Лохматов H.A., 197I, 1980}, а работу лесного ценоза, выраженную в органической массе, представлять единой таблицей нарастания фитомассы во времени (Молчанов A.A.. 1970). Приемлемым признано предложение связывать управление продуктивностью древо-отоев в первую очередь с оптимизацией фракционного распределения их фитомассы (Каплина II.Ф., IS86; Рождественский С.Г. и др., 1986; Уткин A.L., 1986).

Индикация структуры лесных полос остается открытым вопросом - надежных и доступных практике методов оценки структуры их полога автором не обнаружено. Наиболее полно она может быть описана и оценена при помощи системы критериев, как привлеченных из лесоведения (Уткин А.И., 1959; Альбенский A.B., 1972; Кибзун А.П. и др., 1979; Tokoi. F.% 1986; Шеблаков В.Ю.,.1977; Гедых В.Б., 1988; Iii -соцкий К.К., 1962 и др.), так и разрабатываемых в агролесомелио -рации (Смалько А.Я., 1959; Штофель Ы.А., 1973; Васильев М.Е., 1974; Барышман Ф.С., 1957, 1972, 1974; Коптев В.П., Стонога Н.П., 1978; Попов В.П., Попова О.С., 1978, 1980 и др.). Сделан вывод о целесообразности использования для характеристики структуры дубовых полезащитных полос коэффициентов весовой емкости (вес фито -массы в I м3 древесного полога), архитектоники крон (длина ветвей, приходящаяся на I мэ объема кроны), показателей напряженности роста (отношение высоты дерева к площади его поперечного сечения), заполнения сухой фитомассой вертикального профиля насаждений, площадь листьев и др.

Вопросы направленного формирования структуры лесных полос практически не изучены. Из работ Павловского E.G. и др. (1986), Бабенко Д.К., Бондаренко И.В. (1987), Коптева В.И. и др. (1990) следует вывод о необходимости и возможности поддержания опреде -ленного уровня сложности структуры, который бы обеспечивал устранение несовместимости Лесоводственных и агрономических требований к лесным полосам и наивысшие значения гэсоводственных и Мелиора -тивных показателей при общей их сбалансированности.

Изучение существующих подходов к оптимизации структуры лесных насаждений (Сидельнйк H.A., I960J Усков А.И., 1974; Шилов А.И., I9B6) и лесных полос (Портянко А.Ф., 1986; Пойкер X., 1986; Гусак Л.1)., I9B9 и др.) показлло> что для последних наиболее пер-

зпективгшм представляется использование принципа меяцелевс. о рап-ювесия (Ивонин ü.M., 1985). Исследования Глядуна Г.Б. (1986) и цр. подтвердили, что устойчивость и лесоводственные характеристики лесных полос определяются горизонтальной, а защитные свойства - вертикальной структурой. Известно также, что при ведущей роли морфогенеза крон в структурообразовании 'Лохматов H.A., 1971; Павловский Е.С. и др., 1986) определяющее влияние на аэродлнами -чес кие свойства лёсных полос оказывает не столько уменьшение густоты древостоев, сколько обрезка нижних ветвей (Еабенко Д.if. я др., 1981; Бабснко Д.К. Бондаренко И.З., 1987). В связи с этим приемы формирования крон выходят на первый план как специфические методы управления структурой лест.тх полос по мелиоративным покп -заниям, а регулирование размещения растений при помощи ру<5ок имеет, главным образом, лесоводственный приоритет и должно использоваться для предупреждения предельных неустойчивых состояний (1{у -зьмичев В. В., 1985).

Методы ухода за кронами считаются мелиоративно эффективными и экономически целесообразными (Матякин Г.И., 1970; Подкопаев A.A., 1974; Серебряков Ф.И., 1976 И др.), биологически безвредными (Павловский Е.С., 1976). Изюмекий П.П., Костюк М.Д. (1952), Попов IUI. (1961), Кондратов Б.В. (1968), Петров П.Г., Скачков Б.И. (1981) и др. отмечали стимулирующее влияние обрезки крон на прирост по высоте и диаметру. В то же время интенс зность такого уходя большей частью не установлена. Зарубежные авторы {З&ллш-c/ei 'Iii, 1981; 7'cnk 1981; е-с/.тап/> ^wne-i Г905 и др.),

оценивая биологическую безвредность обрезки ветвей для получения качественной древесины, считают возможным без потерь в росте де -ревьев удалять до 25% живой кроны.

Для лесных полос из дуба вопросы интенсивности, сезона, периодичности ухода за (фонами не разработаны, морфогенетические реакции насаждений послс обрезки ветвей не описаны. Другие методы ухода, преимущественно в опушечных зонах - обработка закрайков, удаление разросшихся опушек, изучены также недостаточно.

1.2. Полезащитное лесоразведение в регионе (на примере Донецкой области) В аграрном производстве области эксплуатируется 32.1 тыс.га полезащитных полос. При площади пахотных земель 1596.9 тыс. га полезащитная лесистость достигла 2.СЙ.

В возрастном отношении преобладают 30-50-летние насаждения (64$), удельный вес молодняков невысок (до 1СЙ). Более трети пло-

щади занято насаждениями с преобладанием дуба, повсеместно в лес -кие полосы введены кустарники,

Б эволюции взглядов на принципы конструирования лесных полос выделены три характерных периода: I - максимального приближения строения лесных полос к естественному лесу (с 1892 г.), 2 - применения сложных по составу 7-9 рдцных полос при 1.5-метровых между -радиях (с 30-40-х годов текущего столетия). С 70-х годов наблюда -ется переход к более редким, менее сложным по составу насаждениям, смешение в рядах сменилось смешением чистыми рядами с расширением междурядий до 2.5-3.0 м и уменьшением числа рядов до 5.

Система лесных полос региона не завершена. Уклонение от ухода за лесополосами носит массовый характер - в области около 16 тыс. га насаждений нуждаются в безотлагательном уходе.

Естественное формирование структуры лесных полос, при кото -ром их развитие и строение определяется главным образом лесоводст-венныыи свойствами образующих пород, связано с рядом негативных моментов, В первую очередь необходимо выделить энергичную вторич -ную сильватизацию сельхозугодий - в области занято разросшимися опушками 12 туе. га пашни. Полезащитные насаждения увеличили ис -ходную площадь в 1.37 раза. К настоящему времени в области темпы отторжения пахотных земель достигли 400 га ежегодно. Более или менее развитые опушки (нами выделены и описаны основные типы, их образование и развитие, а также установлены древесно-кустарниковые породы, наиболее агрессивно осваивающие закрайки) обнаружены у 80$ обследованных лесных полос.

В целом анализ состояши полезащитного лесоразведения в регионе подтвердил актуальность и целесообразность углубленного изучения строения лесных полос и разработки комплекса мероприятий по управлению процессами формирования их структуры,

Глава 2. Естестве"чо-истсрические условия района исследований Район исследований расположен в северной подзоне степной зоны УССР (МарИнич М.А. и др., 1978), охватывает территорию Донецкой и части Приазовской северостепных провинций. По Логгинову Б.И. (1961), базовые объекты размещены в У, УШ и частично П агролесо -мелиоративных районах^ представляющих с^ою типичную открытую воз-вишенную сухую степь,

В гёоструктурном отношении район исследований - система приподнятых в разной степени расчлененных равнин (Заморий П.К. и др., 197В). Почвенный покров - че ноЗемы обыкновенные среднегумусные,

сформированные на тяжелосуглинистых лессовых породах под рмэнотрзн-но-типчаково-ковыльной и типчаково-ковыльной растительностью.

Климат района типичный степной - сухой и континентальный, с неустойчивым увлажнением (Михович A.A., Макаренко И.П., 1964; Остапенко Б.Ф., 1982). 1) районе выпадает до 500 мм осадков, коэффициент увлажнения - 0.75, среднегодовая температура воздуха -7.8°С, характерны поздневесенние и раннеосенние заморозки, продолжительность вегетации - до 210 дней.

На территории района почва подвержена сильной дефляции, а в области Приазовской возвышенности она имеет катастрофический ха -рактер (Дубинский Г.П., Бураков-В.И., 1985), развита водная эрозия.

Обеспеченность подземными И поверхностными водами слабая (Руденко А.Ф., 1978; Будкина Л.Г. и др., 1978), водное питание растительности осуществляется главным образом за счет поступления атмосферных осадков.

Распаханность территории достигла 6Од, практически повсеме -стно степь приобрела вторичный растительный покров (сельхозкультуры и защитные лесонасаждения).

Лесоразведение в регионе сопряжено со значительными трудностями, преобладающим типом лесорпстительных условий является сухая дубрава.

. Площадь гослесфонда Донецкой области - 112.5 тыс. га, в том числе покрытых лесом 08.0 тыс., из которых искусственно созданных - 62.3 тыс. га.

Комплекс природно-климатических факторов в целом неблагоприятен, в связи с чем существенно снижается продуктивность агротер -ритсрий района и создаются сравнительно жесткие условия для вира -щивания и эксплуатации защитного леса.

Глава 3. Программа, методика и объем выполненных работ

Программа работ предусматривала: анализ истории и современ -ного состояния полезащитного лесоразведения в регионе, уяснение реальных потребностей практики в новых способах формирования структуры лесштх полос; изучение морфогенеза крон дуба в полеза -щитных лесных полосах; установление характера и масштабов диффе — ренциации деревьев дуба в зависимости от размещения в насаждении; анализ структурной организации дубовых полос; периодизацию хпдя кровообразования и формирования структуры; выработку приемлем1.гх способов формирования структуры полезащитных полос из дубп, их ле-соводственно-мелиоративное и технико-экономическое обоснование,

апробацию в производственных условиях с привлечением новых машин и механизмов.

В методике исследований применялся системный подход с использованием принципа единовременного учета статических состояний дре-востоев лесных полос, нормированием по широкому кругу показателей при отборе пробных площадей и модельных деревьев, применением фи -томассового анализа.

Исследования выполнены на постоянных и временных пробных площадях. Рекогносцировочные обследования лесных полос проводили по Павловскому Е.С., Карган A.B. (1977), лесонодственно-таксацион-ные наблюдения - на основе разработок УкрШМЛХА (1975), ВНИАЛМИ, (1982) с учетом методик Тирина A.B., Анучина Н.П., Никитина К.Е.

Дендрометрический анализ выполнялся по Терентьеву В.П., Ростовой И.О. (ЮТ). Осадки зимнего периода и снегоперенос учитыва -лись по Коптеву В.И. (1975), Водно-физические константы почвы оп -ределены по Качинскому H.A. (1958) и Николаеву A.B. (1966). Учет почвенного покрова выполнялся по Павловскому Е.С. (1977), урожай -ности сельхозкультур - по Коптеву В.И, (1963, 1966), подроста и подлеска - по Бабенко Д.К. (1985). ■

. Плотность вертикального профиля лесных полос оценивалась по Попову В.П. (i960). Ажурность определялась согласно "Методических рекомендаций ..." (1982), конструкция лесных полос - по ГОСТу 26462-85.

Методика изучения морфогенеза крон и структурно-функциональной организации дубовых лесных полос была сформулирована на базе методик Лавренко Е.М., ПонятовскоЙ В.М. (1967), Позднякова Л.К. (1968), Родина Л.Е., Ремезова Н.П., Базилевича Н.И. (1968), Мол -чанова A.A. (1970), Уткина А.Я. и др. (1986), Уткина А.И., Рождественского С.Г. и др. (1988). Учет сырой фитомассы проводился в полевых условиях, абсолютно сухой - в лабораторных.

Архитектоника крон определена ho Альбенскому A.B. (1972), коэффициент весовой емкости - по Уткину А.И. (1969). Периодизация процессов кроно- и структурообразованИя быполнялась с учетом опорных схем Лохматова H.A. (1971, 1080).

В обрйбоТке данных применены мете н вариационной статистики (Зайцев T.H.j 1984; Доспехов Б.А., 1985), использованы программ« -руемыс микрокалькуляторы класса МК и ЭШ "CM-I600".

После рекогносцировочного обследования 237 полезащитных лесных полос с эдификатором - дубом черешчатым для детального иссле -доаания отобрано 28 опытных объектов, lia 34 пост о шире пробных

площадях отобрано 87 моделышх деревьев, из них для 41 выполнен полный фитомассовый и дендрометрический анализ (порядка 250 тнс. измерений). Отобрано более 300 учетных ветвей и сучьев с порослып, сделано 840 высечек стволовой древесины. Пробурено 1340 скважин, сделано 12 почвенных разрезов, учет урожайности сельхозкультур проведен на 266 площадках, фитомассы травянистой растительности -на 320.

Глава 4. Морфогенез крон в д^/бовых полезащитных полосах

Морфогенез крон и связанные с ним процессы освоения и передела воздутано-светового пространства структурныкги элементами крон являются ведущими факторами в жизни линейных насаждений в силу превалирующего влияния не только на биологию, но и на мелиоративную функцию лесных полос.

Исследования ходя нарастания фитомасс крон с возрастом, раземщеиия и соотношения фитомясс структурных элементов кроны на разных уровнях, характеристика ветвления и архитектоники крон выполнялись с учетом отчетливо выраженной дифференциации деревьев в зависимости от местоположения в насаждении.

Установлено, что во временном промежутке до 90 лет фитомос-са стволов, крон и деревьев дуба закономерно увеличивается в опушечных и внутренних рядах - ход накопления фитомясс структурных

а»'-"

элементов дерева описывается уравнениями типа у--«:)'-

Различия в фитомассах крон деревьев опушечных и внутренних рядов наиболее значительны и достигают своего максимума к завер -шению интенсивной дифференциация древостоя (в начале четвертого десятилетия жизни). В последующем наблюдается резкое выравнивание фитомассовых параметров крон при стабилизации нагрузки кроны на ствол в опушечных рядах (0.43-0.55 кг/кг) и ее нарастании во внутренних (с 0.12 до 0.30 кг/кг). Между биомассгли крон и деревьев, независимо от размещени,-, установлены тесные корреляционные связи.

В начале жизни в кронах преобладают побеги и листва - в 3-5-летьем возрасте доля листвы - 60-70$, побегов - Г7-2СЙ. В процессе перехода от обособленного к сомкнутому состоянию активно развивается скелетная часть. Вследствие энергичного нарастания кроны опушечных деревьев е сторону закраек они начинают оказывать все более существенное влияние на мелиоративные свойства полос. Уже в 10 лет опушечные деревья превышают деревья внутренних рядов по скелету кроны в 2, по побегам - в 3. а по листве - в 4 раза. С 30-ле-тнего возраста в опушечных рядах, о с 50-летнего - во в нут -

рыших в 1фонах поддерживаются вполне определенные уровни соотношений к'ежду компонентами: скелет кроны - 88-92, побеги - 2-3, листва - G-9/o. Стабильность побегообразования указывает на его необходимый и достаточный уровень для поддержания устойчивого роста и развития деревьев. Таким уровнем является 0.02-0.03 кг побегов на I кг скелета кроны.

Установлено существование зависимости между характером вертикальной дислокации крон и типом размещения деревьев (табл. I). Для деревьев внутренних рядов характерен постоянный вынос в верхнюю часть полога основной массы вегетативных органов и быстрое нарастание аккумулятивных органов в этой зоне - центры масс наз -ванных компонентов крон совпадают.

В опушке вследствие лучшей осврщенности деревьев и заторможенности морфометрических перестроек крон до 70-летнего возраста основная масса листвы и побегов расположена выше зоны максималь -ного содержания скелета кроны. В нижней части полога длительное время (до 50 лет) сохраняется значительная доля ветвей, неудов -летворительно продуцирующих (относительное содержание вегетатив -них органов уменьшается до 4%) и образующих периферию кроны, что снижает мелиоративные свойства лесных полос.

Анализ хода роста дуба в высоту и отделения крон от поверхности почвы показал, что разность высот опушечных и внутренних рядов на протяжении жизни колеблется в пределах 22.6 (20 лет) -3.1% (90 лет), а интенсивность очищения крон от нижних сучьев во внутренних рядах в 1.8-3.6 раза выше. В кронах с возрастом последовательно нарастает количество элементов скелета кроны и побегов, увеличивается их общая протяженность. Опушечные деревья характеризуются более высокой степенью разветвленности (табл. 2) - общая длина элементов крон в 1.6-3.3 раза здесь выше по сравнению с да -ревьями внутренних радов.

В кронах опушенных деревьев коэффициенты архитектоники (Аль-бенский A.B., 1972) и весовой емкости (Уткин А.И., 1969) с рассредоточением крон и понижением аккумулятивной способности с возрас -том уменьшаются, постоянно превышая соответствующие значения для деревьев внутренних радов. У последних -оэффициент архитектоники последовательно падает при разрастании крон с возрастом, коэффифи-ент весовой емкости до 40 лет уменьшается, в дальнейшем отмечено возрастание аккумулятивной спософ'Ности. Названные коэффициенты в конце исследованного периода стабилизируются, а в 90-летнем возра-'" сти виравниваытся по всему насаждению.

Таблица I.

Стратификация крон деревьев дуба в полезащитных лесных полосах, кг/»

ЕЬсота, :__Возраст, лет

м : {(< : 20 : 30 : 40 : Б0 : 70 : 90

Опушечные ряды

16-20 3.5 1.6 12.9 4.5

12-16 4.3 9.1 48.8 ' 139.9

3.3 5.8 22.2 49.6

8-12 22.5 41.5 61.5 93.2 72.4

25.0 31.0 39.6 42.3 25.7

4-8 18.7 44.1 63.3 80.5 74.7 57.0

33.2 49.1 47.4 51.9 33.9 20.2

0-1 16.1 33.7 23.2 24.3 ■ 4.1

100 66.8 25.9 18.2 2.7

Всего 16.1 56.4 89.8 133.4 155.2 220.2 282.2

Внутренние ряды

16-20 2.6 2.5 . 8.6 5.1

12-16 0.1 0.7 9.2 18.9 48.8 47.2 87.6 51.4

8-12 4.6 42.9 8.3 53.0 14.8 73.4 38.8 80.3 51.8 50.1 63.8 37.4

4-8 6.1 7.4 5.2 0.4* 0.2х 10.4й

57.1 47.0 25.9 0.8 0.2 6.1

0-4 6.2 100 — _ _

Всего 6.2 10.7 15.7 20.1 48.4 103.4 170.4

* - новообразования крон из водяных побегов на стволе

Полученные материалы подтвердили превалирующее влияние опу -шечных деревьев на мелиоративные свойства лесных полос из дуба и позволили установить совокупность отличительных признаков периодов кронообразования в н"х: I - свободного разрастания, 2 - восходящего роста и вертикального расср эдоточения крон и 3 - выравнивания па -раметров крон, стабилизации структуры и архитектоники. Выяснено, что ход иарастаьия фитомасс с возрастом, их вертикально-фракционное

Таблица 2.

Архитектоника крон дерепьев дуба в полезащитных лесных полосах (в необлиственном состоянии)

:Ря-

Возраст, лет

:ды : 10 : 20 : 30 : 40 : 50 : 70 : 90

I.Биомасса 0 12.6 49.8 79.9 121.0 140.5 199.0 262.9

крон, кг в 5.3 9.4 13.0 17.3 44.9 96.3 160.4

2.Общая длина 0 357 620 750 1517 1805 2042 2366

элементов крон, м в 107 232 358 465 606 880 1458

3.Объем кроны, 0 13 112 143 300 471 666 810

м3 в 9 64 93 131 175 355 540

4.Коэффициенты:

а) весовой емко- 0 0.97 0.44 0.56 0.40 0.30 0.30 0.32

сти, кг/мэ в 0.59 0.15 0.14 0.13 0.Р.6 0.27 0.30

б) архитектони - 0 27.5 5.5 5.2 5.1 3.8 3.1 2.9

'<И, м/мэ в II.9 З.С 3.8 3.5 3.5 2.5 2.7

распределение (в первую очередь вегетативных органов) не препятствуют применению разрабатываемых мер ухода за ними.

Глава 5. Структурная олганизнция дубогых полезащитных лесных полос

Структурная организация полезащитных полос из дуба в регионе до настоящего времени не изучались. В связи с этим исследова ■ ния был.1 направлены на определение основной группы характеристик, необходимых для оптимизации структуры изучаенмх объектов по периодам жизненного цикла насаждений.

Установлено, что при естественном изреживянии древостой лесных полос имеют излишнюю густоту. Превышение в 20, 30 и 40 лет соответстБенно составляет 1.6, 1.0, 0.5 тыс.шт./га, что вызывает предельно неустойчивые состояния насаждений с понижением их за -щитно-мелиоративных и продуктивтлс показателей.

Определена оптимизированная модель изреживания полезашитныэ лесных полос из дуба - у=3.559<-С.166х-2.028& х. Установлено, чте иэреживание древостоя в опушечтлх зонах и внутренних рядах проте* кает с разной скоростью - представительство опушечных деревьев с возрастом нарастает (процесс описыгтется уравнением у=1.155 --0.015х+0.193х2). При этом отношения диаметров деревьев опушечнъга и внутренних рядов до 20 лет резко нарастают, затем постепенно

снижаются. Опушечные деревья бо*ее конкурентоспособны - на протяжении всего жизненного цикла показатель напряженности роста деревьев (по Высоцкому К.К., 1962) у них заметно ниже.

Значительное представительство опушечных деревьев обуслав -ливает принципиальные отличия линейных насаждений от массивных, з toxi числе по продуктивности и фракционному составу. Фитомасса полога дубовых лесных полос (табл. 3) превышает известные значе! m для дубрав (Удод В.Е., 1968; Пастернак П.С. и др.,.1981; Ново -сельцев В.Д., Бугаев В.А., 1985).

Наиболее интенсивное увеличение массы всех фракций отмеча -ется до 20-летнего возраста, затем темпы накопления существенно замедляются и уже с 40-летнего возраста запас фитомассы на гектаре увеличивается незначительно. В фракционном составе высока доля кроновой фитомассы, закономерно уменьшающейся после 10 лет, но не падающей ниже 26.7/5 (90 лет). Представлена она, главным образом, аккумулятивной частью, на долю побегов приходится после 40 лет 0.6-0.7, листвы - 1.7-2.6,« полога. Площадь листвы достигает своего максимума в 40 лет (7.9 га/га), в последующем постепенно уме -ньшается. Возрастная вариация данного показателя относительно невелика - 5.9-7.9 га/га.

Уяснено, что абсолютная полнота древостоя дубовых лесополос с возрастом также увеличивается (в 50 лет - 67.7 м /га), затем уменьшается (в 90 лет - 50 м^/га). Общая, площадь поперечного сечения побегов после 50 лет остается на уровне 39-40 м^/га.

Горизонтальная структура дубовых полос с момента их сиыка -ния характеризуется значительной неоднородностью, вызванной наличием зоны максимальной концентрации фитомасс полога, стволов и крон в опушечной части насаждений и их разрастанием на прилегаю -щие угодья. Общая горизонтальная плотность "кронового полога до 50-летнего возраста увеличивается и достигает 6.0 кг/м^, затем незначительно понижается. Аналогичным образом изменяется этот показатель в опушечной зоне, достигая в 40 лет 7.6 кг/м^ и пониже -ясь к 90 годам до 4.6 кг/нг. В то же время внутри насаждений го -ризонтальная плотность кронового полога нарастает от 2.2 (10 лет) до 7.9 кг/м2 (90 лет).

Сравнение проектных и фактических размеров дубовых лесных полос показало, что при отсутствии ухода потери пашни вследствие разрастания крон опушечных деревьев могут достигать в 20 лет -0.5, в 40 - 0.8, в 90 - 1.3 га на гектар лесной полосы (при про -ектной ширине 10.5 м). При сломай опушках отчуждение пешни под

Таблица 3.

Состав древесного полога дубовых лесных полос, тонн на I га / % от фитомассы полога

оозраст лесных полос, лет

: 5 : : 10 : 20 : 30 : 40 : 50 : 70 : 90

Фитомасса:

а) полога 1.1 70.4 233.7 282.5 .417.3 432.8 451.1 463.9

б) стволов 0.5 31.8 158.8 194.1 306.7 313.6 323.0 339.9

48.6 ' 45.1 68.0 68.7 73.5 72.5 71.7 73.3

в) крон о:е ' 38.6 ' 74.9 88.4 110.6 119.2 128. Г 124.0

51.4 ' 54.9 32.0 31.3 26.5 27.5 28.3 26.7

в том числе -

- скелета ветвей 0.1 29.3 ' 63.6 75.1 ' 96.7 105.9 115.3 113.4

8.9 41.6 27.2 26.6 - 23.2 24.5 25.5 24.4

- побегов 0.1 2.0 2.4 2.7 2.9 2.7 2.7 '2.6

8.9 2.9 1.0 1.0 0.7 0.6 0.6 0.6

. - листвы 0.4 7.3 8.9 10.6 II.0 10.6 ЮЛ 8.0

33.6 10.4 3.8 3.7 2.6 2.4 2.2 1.7

ст> I

насаждение протекает интенсивнее.

Вертикальная структура лесных полос определяется характером стратификации фитомассы полога. Анализ вертикальной стратификации фитомассы продольного профиля показал, что с высотой ввиду постоянного кронообразования в верхних слоях полога доля фитомассы крон возрастает. При этом структурные перестройки крон имеют от -четливо выраженный циклический характер (рис. I).

Последовательное перемещение центров кульминации кронообразования вверх по вертикали осуществляется с временным сдвигом 2735 лет при 4-метровой градации профиля полога, или 1.3 м за десятилетие.

Проведенные исследования позволили установить динамику плотности вертикального полога по различным уровням высот в ин -тервале до 90 лет. Установлено, что средняя по профилю плотность полога с 20-летнего возраста варьирует незначительно - 20-23кт/ь£.

Выделены и описаны три периода структурообразоваиия: I -образования насаждений, 2 - активного развития и взаимодействия ярусов и 3 - относительно установившейся структуры и взаимовлия -ния ярусов.

Доказана необходимость и целесообразность хозяйственного вмешательства в естественное течение процессов структурообразова-ния.

Глава 6. Формирование структуры полезащитных лесных полос из дуба

На основании полученных материалов по морфогенезу крон дуба в полезащитных лесных полосах и структурной организации названных насаждений была сформирована концепция управления структурой, включающая в себя дифференцированное регулирование конкурентных отношений, периодическое ограничение крон В опушечных зонах, удаление разросшихся опушек.

Примененные меры ухода оказались биологически безвредными в силу доминирования природных процессов над степенью хозяйственного вмешательства. Выявлена (на уровне особи) кратковременная ак -тивизация побегопроизводительности и накопления листовой 1лассы в насаждениях с уходом.

Микроклимат под пологом древостоев, расход влаги после ограничения крон существенно не менялись. В средневозрастных полосах в первые два года после обрезки крон влагонакопленйе понизилось на И-13Я.

2г / Фо, %

100 . 1\

90 ■

80 '

70

60 '

50 '

40 '

30 •

20 '

10

аз )

10 20 30 40 50

70

90

70 90 10 20 30 40 50 Зозраст, лет

Рис. I. Оптимизированные кривые распределения фитомасс общего полога (I) и крон (П) по уровням высоты, %: Фо - общая фитомасса, Фг - фитомасса горизонтов 0-4 (I), 4-8 (2), 8-12 (3), 12-16 (4) и 16-20 м (5)

Отмечена определенная активизация развития травянистого яру-а в год ухода, но уже на второй год запасы фитомассы напочвенно-о покрова уменьшились вдвое, на третий - в 2.6-3.6 раза.

При применении комплекса мероприятий по формированию струн -уры получены мелиоративно-эффективные продуваемые конструкции есополос (ажурность подкронового просвета 62-71$).

Доказана высокая степень лабильности задаваемых конструю, .й, остоверно установлен период примыкания очередных приемов обрезки, молодых лесополосах он равен 5 года^ в 30-35-летних древесно -устарникового типа - 5-£ лет, древесно-теневого - 7-ЛЗ лет.

Удаление сложных разросшихся опушек рекомендуется в качестве азового мероприятия, которое при периодическом ограничении крон припахивании<'сверхлимитных закраек повторно не назначается.

Для изученных объектов разработано 5 технологических схем на азе контурного обрезчика МКО-3, погрузчика-копнителя ушверсаль-ого ПКУ-0.0, корчевателя-собирателя ДЫЗА, машины фрезерной МФ -.9, мотопил.

Годовой экономический эффект (Эг) механизации высокой кон — урной обрезки составил 20.2 руб. на гектар полосы.

Доказана агроэкономическая эффективность удаления простых Эг=296.4 руб. на гектар лесополосы в проектных размерах, срок купаемости - 0.5 лет) и сложных опушек (Эг=743.7 руб. на гектар риведенной к проектным размерам полосы при сроке окупаемости .7 лет).

Вышеизложенное позволило отнести примененные методы формиро-анил структуры лесных полос к новым способам производства в прак-ике агролесомелиорации, отличающимся управлением биологическими роцессами, низкими затратами и механизацией трудоемких операций, остаточной устойчивостью и продуктивностью насаждений," оптимиза-ией защитно-мелиоративных свойств объектов.

ШВОДУ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

. Повышение продуктивности сельскохозяйственного производства на быкновенных черноземах юго-восточной степи Украины требует раз -аботки и применения комплекса мероприятий по управлению структу-ой полезащитных полос. Острота и злободневность постановки вопро-а определяется мает', лбностыо последствий вторичной самопроизволь-ой сильватизации пахотных .земель и преобладанием в полезащитном онде насаждений с неудовлетворительной защитно-мелиоративной эффективностью.

2. Активное формирование структуры дубовых полезащитных полос региона является необходимым и единственным средством согласования лесоводственно-биологчческих и мелиоративных требований к строе -! m лесных полос. Это может быть достигнуто периодическим вмеша -тельством в ход кроно- и структурообразования по мелиоративным показаниям при сохранении минимально допустимого уровня лесной обстановки.

3. Более благоприятные условия освещенности, влагообеспеченности

в опушечных зонах насаждений вызывают интенсивное кронообразова -ние, определяющее мелиоративные и лесоводственные свойства дубо -вых лесных полос.

4. В исследованных лесных полосах установлено два основных типа кронообразования. Первый, в основе которого лежи/ общий механизм кронообразования сомкнутых насаждений, проявляется во внутренних рядах полосы. В крайних рядах ценообразование -дуба по типу, яв -ляющемуся промежуточным по отношению к деревьям сомкнутого и свободного стояния, имеет ряд негативных последствий, связанных с разрастанием опушек на пахотные земли.

Б. Разрастание лесополос и связанное с ним сверхнормативное от -чуждение пахотных земель проявляется с момента смыкания насажде -ний. При отсутствии ухода в оушечних зонах лесополос их факти -ческая площадь может превышать нормативную в 1.2-2.3 раза, а темпы отторжения - достигать 0.3-0.4 га на гектар лесной полосы за десятилетие. Полезащитные полосы региона без.ухода в возрасте 4050 лет на I км протяженности отчу>;(дпют ij.6-1.2 га пашни.

6. С 30-40-летнего возраста в кронах даба складываются относительно стабильные и вполне определенные уровни соотношений между от -дельными компонентами: скелет - 86-92, побеги - 2-3, листва - 6-9/о. Средняя нагрузка кроны на ствол колеблется в пределах 0.43 -0.55 кг/т в опушечных рядах и 0.25-0.30 - во внутренних. Необходимый и достаточный для устойчивого отправления жизненных потребностей уровень побегопроизводителыюсти в период оструктуренности насаждений -^,0.02-0.03 кг побегов на I кг скелета кроны. Суммар -ная площадь^поперечного сечения после 50 лет стабилизируется на уровне 38-40 м^ (ta I га лесной полосы.

7. В фракционном составе наземного полога дубовых лесополос доля фк!томзссы крои постоянно высока - 27-32$, структурные перестройки крон имеют отчетливо выраженный циклический характер. Последова -тельное перемещен;."? центров кульминации кронообразования вверх по

1ертикали осуществляется с временным сдвигом 27-35 лет при 4-мет-)овой градации профиля.

¡. Общий анализ хода 1фоно- и структурообразования дубовых лесо -юлос подтвердил необходимость и целесообразность хозяйственного шешательства в естественное течение названных процессов с учетом IX периодизации.

Избранная концепция управления структурой дубовых лесных юлос предполагает:

а) регулирование взаимоотношений изреживанием древостоя В воз ->астном интервале 10-30 лет, в период относительно установившейся •труктуры - рубки ухода по санитарному состоянию;

б) дифференцированный по местоположению особей подход к изрежи-шнию древостоя с целевой направленностью на длительное сохране -ше повышенной густоты опушечных рядов;

в) поддержание в насавдениях средней густота древостоя, близких с предельным показателей горизонтальной и вертикальной плотности юлога. Необходимо иметь в возрасте 10, 20, 50, 70 и 90 ют соответственно•5-Г&-, 3.7, 2.4, 1.8, 1.5, 1.2}тг0.6 тыс. дере -1ьев дуба на гектаре при его безусловном доминировании в на'сажде-ми;

г) регулирование ветропроницаемости периодическим ограничением фон преимущественно в опушечных зонах. Высота обрезки в первом гериоде (до 8-10 лет) равна 1.0-1.5 м, во втором (с 8-10 до 30-40) юстепенно повышается с 1.5 до 4.0 м, в третьем (с 30-40 до 90 1ет) - в пределах 4.0-5.0 м. Период примыкания очередных приемов >граничения ¡фон назначается в молодых лесополосах равным 5 годам, I средневозрастных древесно-кустарникового типа - 5-6, древесно-'еневого - 7-в лет;

д) удаление имеющихся опушек простого и сложного типов, как ра-ювое мероприятие при условии предотвращения Их последующего воз-шкновения и развития.

>. Результаты лесоводственно-мелиоративного, Технолого-экономи -геского обоснования и апробации в хозяйствах региона избраннкх !пособов формирования структуры показали биологическую ббзвред -юсть, мелиоративную эффективность, агроэкономическую (И в целом жономическую) эффективность, технологичность рабочих циклов.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Некоторые лесоводственные, технологические и хозяйственные аспекты формирования крон в полезащитных насаждениях // Тез.докл. республ.науч.-техн. конф. "Лесное хозяйство в решении Продоволь -ственной программы". - К., 1984. - С. 30-32.

2. Важлива ланка у боротьб1 з в1тровою ероз1ею грунт1в //. Л1-сове Господарство, л1сова, паперова та деревообробна промислов1сть - К., 1984. - 4. - С. 9-10 (в соавторстве).

3. Полезащитное лесоразведение - важный элемент противоэрози-онного комплекса //Тез. докл. рпсп. конф. "Комплекс противоэро -зионных мероприятий в действии". - Ворошиловград, 1985. - С,- 100 (в соавторстве).

4. Рекомендации по применению перспективных методов ухода в полезащитных лесных полосах Донбасса. - Золноваха, 1987. - 22 с.

5. Методические рекомендации по уходу за древостоем и порос -левому возобновлению в полезащитных лесных полосах (Дополнение к рекомендациям по рубкам ухода в полезащитных лесных полосах) // Сборник рекомендаций и методических указаний по лесному хозяйству защитному лесоразведению. - Харьков, 1909. - С. 39-52 (в соавторстве) .

6. К вопросу оптимизации агроэкологической ситуации в юго -восточной степи Украины // Тез. докл. республ. науч.-техн. конф, "Проблемы и опыт охраны окружающей среды в республике". - К., 1990. - О. 11—12 (в соавторстве).

7. О дифференциации ¡фон дуба в полезащитных лесных полосах/ Тез. докл. Всесоюз. науч.-произв. конф. молодых ученых, аспиран ■ тов и специалистов отраели. - Пушкино, 1990. - С. 67.

8. Про рамма экскурсии участников научно-технической конфере! ции "Актуальные проблемы защитного лесоразведения и степног ■ ле • соведения", посвященной 125-летию со дня рождения академика Г.Н. Высоцкого. - Донецк: Облполиграфиздат, 1990. - 14 с.

9. К вопросу об архитектонике крон дуба в полезащитных лесньг полосах // Тез. докл. Республ. науч.-техн. конф. "Совершенствова^ ние ведения хозяйства в лесах Украины и Молдавии". - К., 1990. -С. 102-10*.