Лесоводственная оценка и энергетическая эффективность разных технологий создания лесных культур

Бурцев, Даниил Сергеевич

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Лесоводственная оценка и энергетическая эффективность разных технологий создания лесных культур
ВАК РФ 06.03.01, Лесные культуры, селекция, семеноводство

Автореферат диссертации по теме "Лесоводственная оценка и энергетическая эффективность разных технологий создания лесных культур"

БУРЦЕВ ДАНИИЛ СЕРГЕЕВИЧ

"ЛЕСОВОДСТВЕННАЯ ОЦЕНКА И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СОЗДАНИЯ ЛЕСНЫХ

КУЛЬТУР

(на примере ели в Лисииском учебно-опытном лесхозе)"

06.03.01. - Лесные культуры, селекция, семеноводство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург - 2009

Работа выполнена на кафедре лесных культур Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова.

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Г.И. Редько

Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук

А.Б. Егоров

кандидат сельскохозяйственных наук O.A. Савельев

Ведущая организация - Департамент лесного хозяйства по СевероЗападному Федеральному округу РФ

Защита состоится «19» ноября 2009 года в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.220.02 при Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени С.М. Кирова в зале Ученого совета по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, главное здание, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова.

Автореферат разослан «16» октября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных И.А. Маркова

наук, профессор

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Обеспечить многоцелевое, рациональное, непрерывное, неистощимое использование лесов для удовлетворения потребностей общества в лесных ресурсах невозможно без применения современных технологий искусственного лесовосстановления. В настоящее время в лесном хозяйстве нет единого метода, способного одновременно дать экологическую и экономическую оценку применяемым технологиям создания и выращивания лесных культур. Такие критерии как прибыль, рентабельность, себестоимость не отражают процессов функционирования экосистем и не дают представления о направленности их развития.

В практике сельского хозяйства во всем мире в качестве универсального метода широкое распространение получила оценка потоков энергии. На ее основе можно проводить сравнение разнообразных технологий, оценивать структуру затрат антропогенной энергии по отдельным агротехническим приёмам, разрабатывать научно обоснованные нормы допустимой антропогенной нагрузки, гарантирующие сохранение устойчивости искусственных экосистем и всех составляющих ее элементов.

Однако, без глубокого и всестороннего изучения структурных особенностей искусственных лесных экосистем и познания процессов их функционирования дать точную оценку эффективности использования антропогенной энергии довольно трудно.

Цель исследования - определить оптимальные технологии создания лесных культур ели в подзоне южной тайги, обеспечивающие наиболее полное использование затрат машин, механизмов и человеческого труда при создании и выращивании лесных культур, используя метод оценки энергетической эффективности.

Для достижения поставленной цели помимо оценки технологических характеристик имеющихся на объекте лесных культур необходимо было изучить ряд биоценотических характеристик, позволяющих определить в том числе и энергетическую эффективность применяемых технологий. В связи с этим определились следующие основные задачи исследования:

^ изучить опыт выращивания лесных культур ели в Лисинском учебно-опытном лесхозе;

определить влияние горизонтальной структуры на продуктивность культур ели;

^ исследовать вертикально-фракционную структуру культур ели;

^ определить энергетическую эффективность различных технологий создания и выращивания чистых рядовых лесных культур ели.

Научная новизна. Впервые для определения эффективности разных технологий создания лесных культур разработан и применен метод оценки потоков энергии. Для реализации цели исследования впервые были сопоставлены потоки энергии солнца, поглощаемой при функционировании искусственной лесной экосистемы, и антропогенной, затрачиваемой на ее создание. Предложенный метод оценки позволяет выделить оптимальные по

лесоводственным, экологическим и экономическим параметрам технологии создания лесных культур ели в типичных условиях Северо-Запада России,

Практическая значимость. В условиях приближающегося мирового дефицита энергоносителей, предложенный метод оценки энергетической эффективности позволяет выбрать оптимальную технологию создания лесных культур при достижении высокого лесоводственного эффекта.

Выявлены оптимальные технологии создания лесных культур ели в подзоне южной тайги, обеспечивающие наиболее полное использование лесными культурами потенциала лесорастительных условий и вместе с тем способствующие высокой энергетической эффективности искусственных насаждений.

Теоретические наработки и разработанные на их основе практические рекомендации могут быть использованы при составлении нормативных документов по лесовосстановлению в Северо-Западном Федеральном округе РФ. Полученные автором результаты будут востребованы в учебном процессе ВУЗов лесного профиля.

Обоснованность и достоверность результатов подтверждаются большим объемом экспериментального материала, полученного с использованием общепринятых лесоводственных и биологических методов полевых исследований. Полученные данные обрабатывались с помощью методов математической статистики.

Научные положения, составляющие предмет защиты:

1) Влияние горизонтальной и вертикальной структуры лесных культур на их продуктивность и энергетическую эффективность;

2) Энергетическая эффективность различных технологий создания и выращивания чистых рядовых лесных культур ели.

Апробация работы. Основные положения, полученные на основании проведенных исследований, были доложены на ежегодных научно-технических конференциях лесохозяйственного факультета СПбГЛТА по итогам НИР (Санкт-Петербург, 2007, 2008, 2009), Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2007), Международной научно-практической конференции молодых ученых «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка» (Санкт-Петербург, 2009). Результаты исследований представлены также в отчетах кафедры лесных культур СПбГЛТА-по научно-исследовательским работам за 2007 и 2008 гг.

Личный вклад автора. Автором поставлены цель и задачи исследований, разработаны основные положения программы и методики работ, собран, обработан и проанализирован полученный материал; сформулированы выводы и разработаны практические рекомендации.

Автор выражает признательность своему научному руководителю проф. Г.И. Редько. Благодарит за помощь в работе над диссертацией зав. каф. лесных культур СПбГЛТА Ю.И. Данилова, проф. А.Ф. Чмыра, проф. И.А. Маркову, с.н.с. СПбНИИЛХ Т.А. Семакову.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано пять печатных трудов, в том числе три - в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, заключения, списка литературы и приложений. Объем работы составляет 110 страниц, в том числе 24 таблицы и 11 рисунков. Список литературы включает 164 наименование, в том числе использовано 38 иностранных источников. Приложения представлены на 33 страницах.

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Энергетическая оценка лесных фитоцеиозов ранее рассматривалась как эффективность поглощения солнечной энергии древостоем (Соловьев, 2009; Чмыр, 2002). Метод оценки встречных потоков энергии для определения эффективности создания искусственных экосистем применялся в лесомелиорации ландшафтов и сельском хозяйстве (Васин и др., 2005; Жученко, Афанасьев, 1988; Шпаков, 2001; Щербакова, 1995 и др.), но для лесных культур не использовался.

В данном разделе также приводится обзор опыта выращивания лесных культур ели в почвенно-климатических условиях Северо-Запада РФ и отдельно в условиях Лисинского учебно-опытного лесхоза.

Глава 2. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И ОБЪЕМ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ

Для достижения поставленной цели и решения основных задач данной работы была составлена программа исследований, в которую были включены следующие вопросы:

1) Обследование лесных культур ели европейской разного возраста в различных лесорастительных условиях Лисинского учебно-опытного лесхоза;

2) Исследование горизонтальной структуры естественных и искусственных молодняков ели европейской в условиях Лисинского учебно-опытного лесхоза;

3) Изучение вертикально-фракционного распределения фитомассы и энергии в искусственных древостоях ели европейской в условиях Лисинского учебно-опытного лесхоза;

4) Определение энергетической эффективности различных технологий создания лесных культур ели в условиях Лисинского учебно-опытного лесхоза.

По первому вопросу программы был проведен анализ материалов лесоустройства. Намечен маршрут рекогносцировочного обследования. Были обследованы лесные культуры ели европейской первых трех классов возраста. Обследование в натуре проводилось по общепринятым методикам (Огиевский, Хиров, 1967; Кобранов, 1973; Родин, Мерзленко, 1983; Чмыр, Маркова, Сеннов, 2001; Ярмишко, 2002). Для уточнения лесорастительных условий па каждом

участке были определены видовой состав напочвенного покрова, тип подстилки, механический состав и степень увлажнения почвы, мощность генетических горизонтов (Сукачев, Зонн, Мотовилов, 1957; Чертов, 1974; Звирбуль, Тимофеев, 1991). Отобранные для дальнейшего изучения участки лесных культур исследовались с закладкой пробных площадей. Пробные площади закладывались по общепринятым методикам.

Для решения второго программного вопроса использовалась методика, картирования полога (Прудников, 1989): внутри пробная площадь разбивалась на квадраты со сторонами 5x5 м. Для определения характера пространственного размещения фиксировались координаты центров стволов.

По третьему программному вопросу изучалась вертикально-фракционная структура надземной части древостоев. Для этого были отобраны модельные деревья. Производился обмер моделей, затем модели взвешивали, предварительно разделяя на фракции (ствол, живые ветви, сухие ветви) по метровым секциям в свежесрубленном состоянии. Для определения содержания сухого вещества в разных фракциях фитомассы из каждой секции отбирались модельные ветви и выпиливались образцы древесины, которые затем анализировались в лаборатории (Уткин, 1975; Базилевич и др., 1978; Усольцев, 2007). Запас фитомассы на единице площади определяли по соотношению площадей сечения модельных деревьев и деревьев, учтенных на пробной площади (Madgwick, 1982; Терехов, Усольцев, 2008).

Запас фитомассы растений напочвенного покрова определялся методом укосов. На каждой пробной площади закладывались по 10 площадок 1x1 м, на каждой из, которых производилось геоботаническое описание и определялся общий запас фитомассы в абсолютно сухом состоянии (Ярмишко, 2002).

При решении четвертого программного вопроса полученные данные о запасах фитомассы переводились в энергетические единицы с помощью коэффициентов представленных в литературных источниках (Иваск, 1985, Уткин, 1986) - определялся запас энергии в фитомассе. Также определялись следующие параметры: текущая (среднепериодическая) продукция энергии - среднегодовое накопленное количество энергии в древостое за текущий год (период времени) на единице площади, ГДж/га; коэффициент полезного действия фотосинтетической активной радиации (КПД ФАР) - отношение энергии аккумулированной в фитомассе древесины и побочной продукции на единице площади к приходу энергии ФАР на единицу площади за вегетационный период (Чмыр, 2002); затраты антропогенной энергии -совокупные затраты энергии по каждой технологической операции при создании и выращивании лесных культур (методика расчёта совокупных затрат энергии базируется на детальном описании всего производственного процесса на основе технологических карт); коэффициент энергетической эффективности - отношение запаса энергии насаждения к затратам антропогенной энергии; коэффициент дополнительной энергетической эффективности - отношение запаса энергии искусственного насаждения за вычетом запаса энергии эквивалентного естественного насаждения к затратам антропогенной энергии.

Полученный материал обрабатывался методами математической статистики (Доспехов, 1979; Жигунов, Маркова, Бондаренко, 2002). Показатель точности, как правило, составлял не менее 5%. Все операции с данными производились на персональном компьютере с использованием специального программного обеспечения.

Объем работ. Всего было обследовано 92 участка лесных культур па площади 235 га. Заложено 18 пробных площадей. Обмерено около 8000 деревьев и выполнено картирование полога древостоя на площади около 2 га. Отобрано более 50 моделей, проанализировано более 300 модельных ветвей, определена влажность более чем у 1500 образцов (древесины, коры, ветвей, хвои). Сделан 21 почвенный разрез. Для определения насыщенности почвенных горизонтов корнями было заложено 87 почвенных монолитов и проанализировано около 700 образцов корней.

Глава 3. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА И ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Природные условия района исследований

Исследования проведены в Лисинском учебно-опытном лесхозе СПбГЛТА (Ленинградская область). Территория по лесорастительному районированию (Курнаев, 1973) располагается в подзоне южной тайги зоны хвойных лесов. Условия произрастания на данной территории благоприятны для произрастания высокопродуктивных ельников зеленомошной группы типов леса. Восстанавливать такие леса надежнее всего лесными культурами, которые могут иметь высокую эффективность в данных условиях.

3.2 Характеристика объектов исследования

Обследованные участки лесных культур ели представлены ельниками кисличными и черничными первых трех классов возраста. Обработка почвы на этих участках произведена прокладкой борозд плугами ПЛ-1, ПКЛ-70, ПЛ-2-50, ПЛН-103/126 и ПЛН-53/106, без предварительной корчевки пней. По результатам обследования были заложены пробные площади.

Глава 4. ЛЕСОВОДСТВЕННАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОЗДАНИЯ И ВЫРАЩИВАНИЯ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР ЕЛИ

4.1 Оценка лесоводственной н энергетической эффективности создания и выращивания культур ели в кисличных лесорастительных условиях

К 60 годам еловые культуры не достигают желаемого уровня продуктивности. Запас хвойной древесины лишь немногим превышает сто кубометров на гектаре. При этом формируется смешанное лиственно-хвойное насаждение, а ель часто занимает подчиненное положение во втором ярусе. КПД ФАР увеличивается с возрастом насаждения и максимального значения достигает в 41-50 лет и составляет 0,44% в общем и 0,22% для ели. Это

означает, что за первые 41-50 лет выращивания культур ели в древесине аккумулировалось только 0,22% солнечной энергии поступившей за весь этот период в экосистему. В последующее десятилетие этот показатель падает до 0,19%. Однако, исследуемые древостой имеют довольно высокий уровень среднепериодического КПД ФАР в возрасте 21-50 лет. Очень низкий КПД наблюдается в возрасте до 20 лет, что говорит о низком уровне использования солнечной энергии для формирования древесины на начальных этапах развития экосистемы.

Таблица 1

Показатели энергетической эффективности лесных культур ели

в кисличных лесорастительных условиях

Энергетические параметры насаждения Интервал возраста, лет

1-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51-60

Запас энергии в дрсвссинс, Гдж/га в т.ч. ели лиственных 17 8 9 93 47 46 658 475 183 1263 404 859 2001 1005 996 2177 1053 1124

Сред непериодическая продукция энергии, Гдж/га*год в т.ч. ели лиственных 3,4 1,6 1,8 15,2 7,8 7,4 113,0 85,6 27,4 121,0 -14,2 135,2 147,6 120,2 27,4 35,2 9,6 25,6

КПД ФАР, % в т.ч. ели лиственных 0,04 0,02 0.02 0,06 0,01 0,03 0,26 0,19 0,07 0,36 0,11 0,25 0,44 0,22 0,22 0,39 0,19 0,20

Среднепериодический КПД ФАР, % в т.ч. ели лиственных 0,04 0,02 0,02 0,15 0,08 0,07 М1 0,85 0,27 1,20 -0,14 1,34 1,46 1,19 0,27 0,35 0,10 0,25

Коэффициент энергетической эффективности 0,4 2,0 20,2 17,2 42,8 44,8

При сравнительном анализе хода роста искусственных и естественных ельников кисличных можно заметить, что в последних к 60 годам участие ели в составе древостоя и запас древесины выше, а высота лиственных пород ниже. Принято считать, что таксационные показатели искусственных ельников в однородных лесорастительных условиях выше, чем естественных. Однако, в данном случае она сравнима с ними, что является большим недостатком в производстве лесных культур.

Максимальный уровень КПД ФАР в естественных молодняках достигается в 51-60 лет и составляет 0,40%, в культурах в этом же возрасте его значение достигает 0,39% (при максимальном в 41-50 - 0,44%). В естественных молодняках в первые 20 лет уровень усвоения ФАР несколько выше, чем в культурах ели, что связано с большей густотой ели в начальные периоды формирования естественного насаждения. При этом, в следующий период 21-50 лет уровень КПД ФАР снижается и составляет 0,43-0,53% в естественных молодняках против 1,11-1,46 в культурах, где он наоборот резко возрастает.

Это опять же можно объяснить различием в исходной густоте, а также в сформировавшейся структуре насаждения. Безусловно не высокая густота и равномерное расположение деревьев по площади в культурах способствуют более рациональному использованию ресурсов среды, в т.ч. и солнечной энергии. В последующем КПД ФАР в культурах ели резко падает до 0,35%, а в естественных насаждениях остается на том же уровне 0,46%. Такое падение продукционного процесса, конечно, связано с отсутствием вмешательства человека. Прежде всего, негативное влияние на рост и формирование древостоя оказывает увеличение прироста лиственных пород и усиление конкурентного влияния с их стороны. Также при отсутствии своевременных разреживаний (прореживаний) усиливается конкурентные взаимоотношения и внутри ценотической популяции ели.

В целом за одинаковый период времени (60 лет) в естественных елово-лиственных молодняках в древесине стволов аккумулируется больше энергии, чем в культурах ели. КДЭЭ в данном случае равен - (-11,1). Отрицательное значение коэффициента, говорит о том, что при вложении дополнительной энергии продуктивность насаждений не только не увеличивается, а наоборот снижается. Несмотря на то, что в некоторые периоды в культурах наблюдается очень высокий уровень использование ФАР, в целом система остается не стабильной и они часто сменяется периодами с очень низкой продуктивностью. Из этого следует, что культуры ели система в функциональном отношении система не устойчивая и устойчивость их необходимо поддерживать дополнительными дотациями энергии.

4.2 Оценка лесоводственной и энергетической эффективности создания н выращивания культур ели в черничных лесорастительных условиях

КПД ФАР культур ели увеличивается с возрастом насаждения и максимального значения достигает в 31-40 лет и составляет 0,40% в общем и в 41-50 лет - 0,27% для ели. В целом в этих условиях смешанные древостой искусственного происхождения менее продуктивны, чем в кисличных. Однако КПД ФАР для ели выше, именно в черничниках. Это связано с ослаблением конкурентного влияния лиственных пород.

Уровень среднепериодического КПД ФАР елово-лиственных древостоев в исследуемых лесорастительных условиях достигает максимального значения в возрасте 31-40 лет и составляет 0,66%, тогда как в кисличных лесорастительных условиях максимум составляет 1,46%. Начиная с 41 года, он резко снижается (0,18%), а с 51 года вновь возвращается на прежний уровень (0,52%). Это связано с уменьшением прироста как ели, так и лиственных пород, что вызвано естественными процессами саморегуляции численности. Это явление негативно сказывается на накоплении запаса и аккумуляции солнечной энергии древостоем, и является следствием отсутствия рубок ухода. Следует отметить, что такие периоды наблюдаются в кисличных лесорастительных условиях в периоды 31^10 лет и 51-60 лет, а в черничных в 41-50 лет. Также как и в кисличных лесорастительных условиях очень низкий КПД наблюдается в возрасте до 20 лет.

Таблица 2

Показатели энергетической эффективности лесных культур ели _в черничных лесорастительных условиях_

Энергетические параметры насаждения

Интервал возраста, лет

1-10

11-20

21-30

31-40

41-50

Запас энергии, Гдж/га в т.ч. ели лиственных

8 9

197 87 ПО

725 396 329

1392

871

521

1573 1235 338

Срсднспсриодичсская продукция энергии, Гдж/га*год

в т.ч. ели лиственных

3,4 1,6 1,8

18,0 7,9 10.1

52.8

30.9 21,9

66,7 47,5 19,2

18,1 36,4 -18,3

КПД ФАР, % в т.ч. ели лиственных

0,04 0,02 0,02

0,13 0,06 0,07

0,29 0,16 0,13

0,40 0,25 0,15

0,35 0,27 0,08

Срсднеисриодический КПД ФАР, % в т.ч. ели лиственных

0,04 0,02 0,02

0,18 0,08 0,10

0,52 0,30 0,22

0,66 0,47 0,19

0,18 0,36 -0,18

Коэффициент энергетической эффективности

0,4

3,7

16,8

37,1

52,5

Коэффициент энергетической эффективности исследуемых культур ели в черничных лесорастительных условиях к возрасту 51-60 лет составляет 59,6, это выше, чем в кисличных - 44,8. Коэффициент дополнительной энергетической эффективности КДЭЭ культур в данных условиях равен 8,8, в то время как в кисличных лесорастительных условиях, он имеет отрицательное значение. Таким образом, в отличие от культур производимых в кисличных условиях, культуры в черничных условиях оправдывают себя и на каждый затраченный на их производство 1 Дж энергии дают дополнительную продукцию энергии 8,8 Дж.

Максимальный уровень КПД ФАР в естественных молодняках достигается в 51-60 лет и составляет 0,33%, в культурах в этом же возрасте его значение достигает 0,38% (при максимальном в 31-40-0,40%).

В естественных молодняках в первые 20 лег уровень усвоения ФАР почти такой же как и в культурах ели. При этом, в следующий период 21-60 лет уровень КПД ФАР почти не изменяется и составляет 0,32-0,45%. В культурах же в этот период, он чуть выше 0,52-0,66%, но в возрасте 41-50 лет падает до 0,18%. Опять же, на основании полученных результатов модно говорить о том, что и в черничных лесорастительных условиях процессы функционирования лесных культур ели менее стабильны, чем в естественных насаждениях. Однако, продуктивность культур в данном случае несколько выше.

4.3 Оценка энергетической эффективности различных технологии выращнвания лесных культур ели

Пользуясь данными, полученными автором в процессе работы на опытных объектах кафедры и данными И.А. Марковой (2008), мы попытались сравнить эффективность некоторых рекомендуемых для данного региона технологий выращивания реализованных в опытных культурах Лисинского учебно-опытного лесхоза и ОЛ «Сиверский лес» (табл. 3). Для вычисления коэффициента дополнительной энергетической эффективности мы использовали данные о продуктивности естественных древостоев ели в кисличных лесорастительных условиях Северо-запада Европейской части РФ B.C. Моисеева (1971).

Таблица 3

Энергетическая эффективность выращивания древесины в 25-летних культурах

ели в зависимости от технологии создания (эдатоп С;)

Параметры Вариант обработ ки почвы Естественный МОЛОДНЯК"

ПКЛ-70 «Целила»' «Сплошная» ОРМ-1.51 ПШ-11

Запас древесины «500 лучших», mVi а 16 24 29 34 52 23

Сухое органическое вещество в древесине, т/| а 6,2 9,4 11,3 13,3 20,3 9,0

Выход энергии ГДж/га 125,9 190,8 229,4 270,0 412,1 182,1

КПД ФАР, % 0,05 0,07 0,09 0,11 0,16 0,07

Затраты антропогенной энергии, ГДж/га 19,5 19,7 27,6 14,6 24,0 -

КЭЭ 6,5 9,7 8,3 18,5 17,2 -

КДЭЭ -2,9 0,4 1,7 6,0 9,6 -

I - по данным H.A. Марковой (2008); 2 - по данным B.C. Моисеева (1971).

КПД ФАР - Коэффициент полезного действия фотосиптстичсской активной радиации;

КЭЭ - Коэффициент энергетической эффективности;

КДЭЭ - Коэффициент дополнительной энергетической эффективности.

Использование технологии, в которой при создании культур в качестве почвообрабатывающего орудия применяется плуг ПКЛ-70, а корчевка лесокультурной площади не производится, снижает энергетическую эффективность лесных культур ели по сравнению с естественными древостоями. При посадке культур по целине и последующих многократных уходах, уровень энергетической эффективности лесных культур ели остается сравним с естественными древостоями. При использовании сплошной обработки почвы энергетическая эффективность увеличивается, но эффективность использования вложенной энергии остается невысокой. Высокую энергетическую эффективность имеют технологии, где производится обработка почвы дискретными микроповышениями (ОРМ-1,5) или непрерывными грядами (ПШ-1). Значения коэффициента энергетической эффективности этих технологий довольно близки 18,5 и 17,2 соответственно. Однако у последней технологии коэффициент дополнительной энергетической эффективности более чем в полтора раза выше. Это говорит о более эффективном использовании дополнительной энергии.

Глава 5. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР ЕЛИ 5Л Динамика пространственного размещения деревьев в рядовых культурах ели

В Лисинском учебно-опытном лесхозе культуры ели создают обычно с расстоянием между рядами 3,0^4,0 м и с шагом посадки 0,7-0,8 м. Такое размещение задает первоначальную густоту в результате чего формируется горизонтальная структура искусственного елового древостоя. В процессе рубок ухода удаление культивируемых растений не проводится. Таким образом, формирование пространственно-функциональной структуры в лесных культурах ели проходит только за счет процессов саморегуляции численности.

Во всех исследуемых культурах положение посадочных мест характеризуется одинаковым индексом равномерности размещения, равным 5. При этом расстояние в ряду (шаг посадки) составляет 0,7 м, а между рядами (ширина междурядий) - 3,5 м. Исходная густота (густота посадки) составляет 4000 шт./га.

В совсем молодых культурах (фаза индивидуального роста, начало фазы чащи) деревья господствующей ценотической группы размещаются случайно (табл. 4). Когда деревьев-лидеров становится больше, их размещение приобретает групповой характер, который вследствие дифференциации сменятся равномерным. Равномерное размещение угнетенных особей в 44-летнем возрасте является следствием их интенсивного отпада. Изменение типа пространственного размещения индетерминантных особей со временем происходит стохастически, что связано с многофакторностью процесса изменения их ранга. В общем, в течение 44-летнего периода распределение деревьев всех ценотических групп ели в культурах характеризуется групповым типом.

Таблица 4

Динамика пространственного размещения различных ценотических групп

деревьев ели в культурах разного возраста

Цспотичсская группа | *Л'01ш, пи, ) о. шт. | сг, шт/ | | (еГ/^.рУтип распределения

ПП-4 (12 лет)

Все 9.7±| ,08 4,3 18,6 45 1,9/ групповое

Угнетенные 1,4±0,31 1.3 1.6 92 1.2/ групповое

Индстермипаптпые 7,1 ±0,90 3,6 12,9 51 1,8/ групповое

Господствующие 1.2Ю.28 1.1 1.3 90 1.0/ случайное

ПП-5 (22 года)

Все 9,4±|,12 4,5 20,0 48 2.1/ групповое

Угнетенные 3,2±0,67 2,7 7.2 84 2.3/ групповое

Ипдстсрмипантпыс 5,710,62 2,5 6,2 44 1,1/ групповое

Господствующие 0.5±0,22 0,9 0.8 179 1.6/ групповое

Г1П-12 (32 года)

Все 6,4±0.72 2,9 8,2 45 1,3/ групповое

Угнетенные 2,9*0,56 2,2 5,0 76 1,11 групповое

Ипдстсрмипантпыс 2,810,2« 1.1 1,2 39 0,4/ равномерное

Господствующие 0,610.13 0.5 0.2 80 0,4/ равномерное

ПП-13 (44 года)

Вес 4,3 ±0,55 2,2 4,9 51 1,1/групповое

Угнетенные 1,0±0.22 0,9 0.8 89 0,8/ равномерное

Индстермипаптпые 2,3±0,42 1,7 2,8 72 1,2/ групповое

Господствующие 1,0±0,97 1,0 0,9 97 0,9/ равномерное

- срсднсс количество деревьев на элементарной площадке (5*5 м) с ошибкой среднего; о -стандартное отклонение по о" - дисперсия по Л'сГ; V- коэффициент вариации по Л',.,!.

5.2 Тип пространственного размещения деревьев в молодняка* ели различного происхо'/вденин

В данной работе исследуются культуры с рядовым размещением посадочных мест. Иногда в производственных культурах низкое качество обработки почвы и нерегулярность напашки пластов сразу приводят к образованию групп из фрагментов лесных культур (Прудников, 1986).

Для анализа пространственной, ранговой структуры и продуктивности молодняков ели различного происхождения были подобраны насаждения. Древостой на ПП-5 формируется на участке рядовых культур, созданных посадкой сеянцев ели по плужным пластам без предварительной подготовки площади, в результате чего пласты напаханы неравномерно и нерегулярно, и исходный тип распределения деревьев по площади близок к групповому (нерегулярные рядовые культуры). На участках, где заложены ПП-7 и Г1П-18, ряды культур располагаются равномерно (регулярные рядовые культуры), первоначальное размещение отличается друг от друга только шириной междурядий. Древостой на ПП-15 имеет естественное происхождение и первоначальное групповое размещение деревьев.

В лесных культурах, созданных с изначально равномерным размещением (регулярные рядовые культуры), к началу второго класса возраста накапливается запас древесины больше, чем в насаждениях, имевших в начальной фазе своего развития нерегулярное размещение деревьев по площади. Доля господствующих деревьев в регулярных культурах больше в 3-4 раза, чем в нерегулярных культурах, а угнетенных - наоборот, меньше. Деревьев средней ценотической категории насчитывается примерно одинаковое количество (53-60%), независимо от исходной характеристики искусственных насаждений.

Для анализа пространственной структуры мы исследовали статистические показатели распределения деревьев различных ценотических групп по учетным площадкам (табл. 5).

Таблица 5

Тип и основные статистические показатели пространственного размещения

деревьев в культурах ели и естественном ельнике

Ценотпческая группа N,.,,±»1, шт. о. шт. о". шт.2 У,% (сг/Г^Утпп эаспрсдслспия

исходное текущее

ПП-5 (нерегулярные рядовые культуры, исходная густота 4000 шт./га)

Все 9,4±1,12 4,47 19.98 48 -/ групповое 2,1/групповое

Угнетенные 3,2±0,67 2,69 7.23 84 -/-» 2,3/ групповое

Ипдстермипаитпыс 5.7±0,62 2.50 6,23 44 4- 1,1/ групповое

Господствующие 0.5А0.22 0,89 0.80 179 4- 1,6/групповое

ПП-7 (регулярные рядовые культуры, исходная густота 1800 шт./га)

Всс 4,4±0,24 (1.96 0,93 22 -/ равномерное 0.2/ равномерное

Угнетенные 1,1 ±0,3 5 1,39 1,93 131 -/- 1,5/ групповое

Ппдстсрмппаптпые 2,5±0,43 1.67 2,80 67 -/- 1,1/ групповое

Господствующие 0,9±0,24 0,96 0,93 109 1,0/ случайное

ПП-15 (естественное насаждение)

Всс 12.4±1,72 6.87 47,20 55 -/ групповое 3.8/ групповое

Угнетенные 8.Ш.55 6,21 38,60 71 -/- 4,4/ групповое

Пидстсрмннаитныс 3.5±0,65 2.61 6,80 75 -/- 1,9/ групповое

Господствующие (>,2±0,10 0,45 0.20 225 -/- 1,0/ случайное

ПП-18 (регулярные рядовые культуры, исходная густота 3600 шт./га)

Всс 7,3±0.75 3,00 9,03 41 -/ равномерное 1,2/ фупповос

Угнетенные 1,8±0,35 1.35 1.83 83 -/- 1.0/случайное

Ипдстсрмнпаптпыс 3.9±0.61 2.45 5.48 63 -/- 1.5/ групповое

Господствующие 1,7±(>,31 1.35 1,56 74 4- 0,9/ равномерное

*цспотичсские группы выделяются в процессе дифференциации, поэтому не могут иметь исходного размещения

Насаждения с исходно неравномерным размещением отличаются выраженным групповым типом распределения деревьев по площадкам. В естественном молодняке групповая структура выражена сильнее. Это и обусловливает напряженность во взаимоотношениях особей. В регулярных культурах с широкими междурядьями и невысокой густотой сохраняется равномерное распределение деревьев ввиду очень низкого отпада особей, но при этом дифференциация деревьев происходит не менее быстрыми темпами, чем в регулярных культурах с узкими междурядьями, в которых после смыкания начался интенсивный отпад.

Последние имеют преимущество и в размещении по площади господствующих деревьев, которые располагаются довольно равномерно, что в будущем будет способствовать снижению конкуренции и увеличению продуктивности насаждения.

Глава 6. ВЕРТИКАЛЬНАЯ ФРАКЦИОННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР ЕЛИ 6Л Влияние исходной густоты на особенности вертикально-фракционного распределения энергии в лесных культурах ели

Рассматриваемые насаждения имеют достаточно большие различия в таксационных показателях. Культуры ели на участке ПП-18 (густота посадки 3600 шт./га) превосходят культуры на ПП-5 (4000 шт./га) и ПП-7 (1800 шт./га) по всем параметрам.

Общие запасы энергии в 1,7-3,1 раза выше в культурах с начальной густотой 3600 шт./га. Несмотря на то, что энергии в самых густых культурах накапливается почти в 2 раза меньше, чем в самых редких, затраты энергии на формирование древесины в них выше (рис. 1). Достигается это меньшим формированием толстых сучьев и ветвей в целом. В самых редких культурах значительная часть энергии, усвоенной растениями древесного яруса, тратится на рост боковых побегов. При этом суммарное долевое распределение величины энергии по вертикальному профилю в массе хвои и коры почти одинаково во всех трех вариантах. При этом сухих ветвей накапливается больше в культурах со средней густотой, а в самых редких и самых густых культурах больше энергии тратится на образование живых ветвей, как тонких, так и толстых. Объясняется это, прежде всего, отличием в световом режиме. Вследствие высокой сомкнутости культур со средней густотой световая энергия не попадает в нижние части полога насаждения, что приводит к отмиранию нижних ветвей и запас откладывается в древесине. В густых культурах, из-за более интенсивного роста в высоту (по сравнению с диаметром и образованием ветвей) крона формируется в основном в верхней части и ветви «не успевают» образоваться в таком количестве, чтобы в нижней части появилось много сухих сучьев. В более редких культурах, наоборот, широкие междурядья обеспечивают доступ света до самой земли, поэтому нижние, наиболее старые ветви разрастаются.

/ ПП-5 ("4000") ПП-18 ("3600") ПП-7 ("1800")

древесина хвоя

кора

ветви < I см

ветви > I см

ветви сух

Рис. 1 - Суммарное относительное распределение энергии по фракциям фитомассы в 25-летних культурах ели разной густоты

Основная энергия, содержащаяся в хвое культур с начальной густотой 3600 шт./га, располагается в средней части кроны, а в нижней части, где сосредоточены сухие ветви, она почти не накапливается (рис. 3). В очень редких культурах хвоя, а значит, и энергия в ней распределяются по всему вертикальному профилю практически равномерно, и только в самой нижней секции - там, где появляются отмершие ветви, ее количество резко снижается (рис. 2). Причиной тому - сильное боковое освещение в самых редких культурах, которое способствует интенсивному протеканию процесса фотосинтеза по всему вертикальному профилю насаждения. В более густых культурах (рис. 4) расположение хвои аналогично культурам со средней густотой, но в целом крона несколько опущена, что является следствием замедления продукционного процесса в результате высокой конкуренции. Максимум энергии в кроне накапливается в разных культурах на разной высоте, выше всего расположен такой максимум в культурах со средней густотой, при концентрации энергии в живых сучьях 40-45 ГДж/га в биогоризонте высотой 1 м. Это говорит о том, что процесс накопления энергии там идет интенсивнее всего. На первый взгляд, этот факт не очень понятен: в самых редких культурах хвоя «работает» почти по всему профилю, однако энергия накапливается не самым эффективным образом. На наш взгляд это связано с более компактным расположением хвои в культурах со средней густотой. Следствием этого является снижение затрат на транспорт пластических веществ по тканям растения, чем и обусловлена высокая продуктивность.

Рисунок 2 - Вертикальная структура энергии в надземной фитомассе 25-летних лесных культур ели с шириной междурядья 5,6 метров (ПП-7 «1800»), ГДж/га

Рисунок 5 - Вертикальная структура продукции энергии в надземной фитомассе 25-летних культур ели с шириной междурядья 5,6 метров (ПП-7 «1800»), ГДж/га-год

Рисунок 3 - Вертикальная структура энергии в надземной фитомассе 25-летних лесных культур ели с шириной междурядья 2,8 метров (ПП-18 «3600»), ГДж/га

Рисунок 6 - Вертикальная структура продукции энергии в надземной фитомассе 25-летних культур ели шириной междурядья 2,8 метров (ПП-18 «3600»), ГДж/га-год

Рисунок 4 - Вертикальная структура энергии в надземной фитомассе 25-летних лесных культур ели с шириной междурядья 3,5 метров (ПП-5 «4000»), ГДж/га

Рисунок 7 - Вертикальная структура продукции энергии в надземной фитомассе 25-летних культур ели шириной междурядья 3,5 метров (ПП-5 «4000»), ГДж/га-год

В культурах со средней густотой посадки в хвое, ветвях и суммарно по всем фракциям максимальное количество энергии аккумулируется у нижней границы верхней трети кроны, тогда как ствол больше прирастает в нижней части (рис. 6). Это согласуется с общепринятым мнением о том, что ель фотосинтезирует в основном верхней третью кроны.

В самых редких культурах максимум продукции хвои и ветвей находится выше - почти у самой вершины (рис. 5). При этом суммарная продукция всех фракций имеет наибольшее значение в нижней части кроны, а различия по этому показателю с изменением высоты выражены наименее отчетливо по сравнению с другими изученными культурами. Можно предположить, что в поглощении энергии и накоплении биомассы самыми редкими культурами ту или иную роль играет вся крона, а в фотосинтезе участвует не только ее верхняя треть, но и ветви, расположенные ниже. Однако вследствие небольшого количества деревьев на единице площади, это преимущество не реализовывается.

Вертикальная структура продукции энергии в наиболее густых культурах по форме напоминает нечто промежуточное между структурой самых редких культур и культур со средней густотой (рис. 7). Вероятно, исследуемая густота посадки (4000 шт./га) является завышенной, и начиная с этой точки последующее увеличение исходной густоты (без направленного регулирования в течение жизни древостоя) будет снижать продуктивность, сближая таким образом самый густой древостой по особенностям структурно-функциональной структуры с самыми редкими.

6.2 Оценка энергетической эффективности продукционного процесса в лесных культурах ели

Для оценки энергетической эффективности отдельного агротехнического приема были выбраны два участка лесных культур ели, различия между которыми по технологии создания заключаются только в исходной густоте -ПП-7 («редкие») и ПП-18 («густые»).

При создании «редких» культур было потрачено 19,3 ГДж/га, «густых» -22,2 ГДж/га. Запас энергии во всех компонентах фитомассы искусственного насаждения, за исключением живого напочвенного покрова, оказался выше более чем в полтора раза в «густых» культурах (табл. 6.2). Больше всего запас энергии в фитомассе исследуемых насаждений варьирует по фракции сухих ветвей: в «густых» культурах энергии в них накопилось в 6,5 раз больше, и в живом напочвенном покрове - соответственно в 6,3 раза меньше. В «редких» культурах поверхности земли достигает больше солнечной энергии, поэтому и лучше развит живой напочвенный покров.

За 25 лет функционирования исследуемых фитоценозов ими аккумулировано 0,85% («густые») и 0,52% («редкие») от всей пришедшей к поверхности участков энергии ФАР. В древесине запаслось энергии соответственно 0,32% и 0,18%. Таким образом, на формирование древесины фитоценозом потрачено только 35...37% аккумулированной энергии.

В 2008 году в «густых» культурах в общей фитомассе фитоценоза усвоено почти на 66% энергии больше, чем в «редких». При формировании древесины разница в усвоении энергии составила чуть меньше - 62%. Это говорит о том, что на развитие кроны, ассимиляционного аппарата и, возможно, на рост корневой системы затраты энергии выше в «густых» культурах. В то время как в долевом отношении в «редких» культурах больше энергии тратится

на рост ствола по диаметру. Если учесть запасы энергии в фитомассе, накопленные за 25 лет, картина получается несколько иная. В этом случае в «густых» культурах энергия, запасенная во всех фракциях фитомассы, выше на 69%, в древесине - на 74%, чем, соответственно, в «редких». Т.е. в течение 25 лет древесина интенсивнее откладывалась на стволах именно «густых» культур. В последние годы в «густых» культурах этот процесс начал замедляться.

В целом по сравнению с запасенной к 25-летнему возрасту энергией в древесине (457,5...797,5 ГДж/га) затраты на создания культур оказались небольшими (19,3...22,2 ГДж/га). Коэффициент энергетической эффективности по древесине ствола равен 24 в «редких» культурах и 36 в «густых» (табл. 6.4); это означает, что в последних эффективность использования антропогенной энергии при формировании запаса древесины выше. Коэффициент дополнительной энергетической эффективности по древесине ствола в «густых» культурах имеет положительное значение больше единицы (КДЭЭ=6,7). В «редких» культурах данный показатель имеет отрицательное значение (КДЭЭ=-9,8), что говорит о нецелесообразном использовании дополнительной энергии для создания культур.

КПД за 25 лет по накоплению энергии ФАР в древесине составляет 0,18...0,32%, что в 2,8...3,8 раза меньше, чем текущий. Это связано с очень низким уровнем усвоения потенциально доступной солнечной энергии древесными растениями на ранних этапах развития фитоценоза. В 25-летнем возрасте КПД использование солнечной энергии на формирование древесины возрастает до 0,69...0,90%, что выше, чем в сельскохозяйственных культурах (Васин, 2005). В этом возрасте в исследуемых культурах на формирование надземной фитомассы тратится 1,58...2,62% солнечной энергии. Это весьма высокий показатель.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1) Культуры в Лисинском лесхозе создавались без учета лесоводственных требований. К 40-50 годам погибает более трети созданных в Лисинском учебно-опытном лесхозе искусственных насаждений ели.

2) Продуктивность культур ели в возрасте 60 лет в кисличных лесорастительных условиях не превышает, а в черничных лесорастительных условиях выше производительности естественных ельников;

3) Рядовые культуры ели в зависимости от качества их производства имеют особенности в росте и развитие. Если при создании культур строго выдерживается прямолинейность рядов, то такие культуры в дальнейшем быстрее растут и более продуктивны (регулярные). Нерегулярные культуры, -характеризуются низкими темпами роста и менее продуктивны, при их создании образуются молодняк с групповым размещением деревьев, что связано с неравномерностью напаханных борозд, их прерывистостью;

4) В 25-летних культурах ели (кисличные лесорастительные условия) с текущей густотой культур 1800; 2900 и 3700 шт./га больше всего энергии накапливается в древесине стволов. Соответственно 45%, 47% и 47% от

суммарного количество энергии аккумулированной в фитомассе надземной части древостоя. Четверть всей энергии аккумулируются в хвое. Кора содержит 7-8% энергии. В культурах средней густоты (2900 шт./га) основная часть энергии аккумулированной хвоей располагается в средней части кроны, в густых культурах (3700 шт./га) максимум энергии хвои опускается чуть ниже, а в редких (1800 шт./га) он равномерно располагается по всему вертикальному профилю. В культурах со средней густотой (2900 шт./га) в хвое, ветвях и суммарно по всем фракциям максимальное количество энергии аккумулируется у нижней границы верхней трети кроны, тогда как ствол больше прирастает в нижней части. В редких культурах (1800 шт./га) максимум продукции хвои и ветвей находится выше - почти у самой вершины.

5) В течение первых 60 лет в кисличных лесорастительных условиях в древесине стволов деревьев ельников искусственного и естественного происхождения аккумулируется соответственно 0,39% и 0,40% ФАР, а в черничных лесорастительных условиях - соответственно 0,38% и 0,33%. В культурах ели в кисличных лесорастительных условиях максимальный среднепериодический КПД ФАР наблюдается в возрасте 41-50 лет, он составляет 1,46%, а в черничных в возрасте 31-40 лет - 0,66%. В естественных ельниках этот показатель максимален соответственно по условиям произрастания в возрасте 41-50 лет - 0,53% и 51-60 лет - 0,45%. В первые двадцать лет культуры ели показывают наиболее низкую продуктивность и интенсивность поглощения солнечной энергии;

6) Использование технологии, в которой при создании культур в качестве почвообрабатывающего орудия применяется плуг ПКЛ-70. а корчевка лесокультурной площади не производится, а также при посадке культур по целине (без обработки почвы), снижает энергетическую эффективность лесных культур ели по сравнению с естественными древостоями. При использовании сплошной обработки почвы энергетическая эффективность увеличивается, но эффективность использования вложенной энергии остается невысокой. Высокую энергетическую эффективность имеют технологии, где производится обработка почвы дискретными микроповышениями орудием ОРМ-1,5 или прокладываются непрерывные гряды плугом ПШ-1. У последней технологии коэффициент дополнительной энергетической эффективности более чем в полтора раза выше, что говорит о более эффективном использовании дополнительной энергии.

На основании результатов работы предлагаются следующие рекомендации по созданию лесных культур ели в кисличных и черничных лесорастительных условиях южнотаежной подзоны. Для достижения высокой энергетической эффективности при создании и на всем протяжении срока выращивания культур необходимо стремиться обеспечить высокий уровень усвоения ими солнечной энергии, для этого необходимо следующее:

улучшении качества подготовки площади и обработки почвы, использовании крупномерного посадочного материала, повышении интенсивности и повторяемости агротехнических уходов за культурами, внесении удобрений и т.д.

2) Для достижения высокой энергетической эффективности лесных культур из существующих технологических схем лучше всего выбрать схему, когда по обработанной почве плугом ПШ-1 в виде непрерывных отодвинутых от края борозды гряд, созданных по частично раскорчеванной лесокультурной площади, производится посадка саженцев ели. В дальнейшем проводится несколько агротехнических уходов и разреживания культур.

Публикации по теме диссертационного исследования.

В изданиях из перечня ВАК опубликованы следующие работы:

1) Бурцев, Д.С. Эффективность создания культур ели в Лисинском учебно-опытном лесхозе [текст] /Д.С. Бурцев// Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии - СПб: СПбГЛТА, 2008. - вып. 183. - С. 13-17.

2) Бурцев, Д.С. Горизонтальная структура молодняков искусственного и естественного происхождения, формирующихся на бывшем сенокосе [текст] /Д.С. Бурцев// Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии -СПб: СПбГЛТА, 2008. - вып. 185. - С.4-9.

3) Данилов, Ю.И. Энергетическая эффективность выращивания лесных культур ели [текст] /Ю.И. Данилов, Д.С. Бурцев// Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии - СПб: СПбГЛТА, 2009. - вып. 186. - С.31-39.

В прочих изданиях опубликованы следующие работы:

4) Данилов, Ю.И. Структура и продуктивность молодняков ели различного происхождения [текст] /Ю.И. Данилов, Д.С. Бурцев// Сб. «Актуальные проблемы лесного комплекса» по итогам международной НТК -Брянск: БГИТА, 2007. - вып. 17. - С.53-56.

5) Варламов, К.Е. Энергетическая карта лесных культур ели [текст] /К.Е. Варламов, Д.С. Бурцев, Ю.И. Данилов// Сб. «Биологическое разнообразие, озеленение, лесопользование» по итогам НПК молодых ученых - СПб: СПбГЛТА, 2009. - С.68-72.

Просим принять участие в работе диссертационного Совета Д.212.220.02 или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия и. С.М. Кирова, Ученый совет. Факс: (812) 550-07-91.

Лицензия ЛР № 020593 от 07.08.97

Подписано в печать 14.10.2009. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 5005Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: (812) 550-40-14 Тел./факс: (812)297-57-76

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Бурцев, Даниил Сергеевич

Введение

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Энергетическая эффективность выращивания лесных культур

1.2 Опыт создания лесных культур на северо-западе европейской части России

1.3 Исторический опыт создания лесных культур ели в Лисинском учебно-опытном лесхозе

1.4 Динамика показателей лесного фонда в Лисинском учебноопытном лесхозе

Глава 2. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И ОБЪЕМ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ

Глава 3. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА И ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Природные условия района исследований

3.2 Характеристика объектов исследования

3.2.1 Обследование искусственных молодняков и средневозрастных культур ели зеленомошной группы типов леса

3.2.2 Исследование участков культур и естественных молодняков с преобладанием ели

Глава 4. ЛЕСОВОДСТВЕННАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОЗДАНИЯ И ВЫРАЩИВАНИЯ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР ЕЛИ

4.1 Оценка лесоводственной и энергетической эффективности создания и выращивания культур ели в кисличных лесорастительных условиях

4.2 Оценка лесоводственной и энергетической эффективности создания и выращивания культур ели в черничных лесорастительных условиях

4.3 Оценка энергетической эффективности различных технологий выращивания лесных культур ели

Глава 5. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ

ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР ЕЛИ

5.1 Динамика пространственного размещения деревьев в рядовых культурах ели

5.2 Тип пространственного размещения деревьев в молодняках ели различного происхождения

Глава 6. ВЕРТИКАЛЬНАЯ ФРАКЦИОННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР ЕЛИ

6.1 Влияние исходной густоты на особенности вертикально-фракционного распределения энергии в лесных культурах ели

6.2 Оценка энергетической эффективности продукционного процесса в лесных культурах ели

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Лесоводственная оценка и энергетическая эффективность разных технологий создания лесных культур"

Актуальность темы. Современное лесное законодательство декларирует основные принципы устойчивого лесопользования: сохранение биологического разнообразия лесов, их средообразующих, водоохранных, защитных, санитарно-гигиенических, оздоровительных и иных полезных функций; использование лесов с учетом их глобального экологического значения; воспроизводство лесов, улучшение их качества и повышение их продуктивности.

Обеспечить многоцелевое, рациональное, непрерывное, неистощимое использование лесов для удовлетворения потребностей общества в лесных ресурсах невозможно без применения современных технологий искусственного лесовосстановления. В настоящее время в лесном хозяйстве нет единого метода, способного одновременно дать экологическую и экономическую оценку применяемым технологиям создания и выращивания лесных культур. Такие критерии как прибыль, рентабельность, себестоимость не отражают процессов функционирования экосистем и не дают представления о направленности их развития.

Цель исследования — определить оптимальные технологии создания лесных культур ели в подзоне южной тайги, обеспечивающие наиболее полное использование затрат машин, механизмов и человеческого труда при создании и выращивании лесных культур, используя метод оценки энергетической эффективности на примере Лисинского учебно-опытного лесхоза Ленинградской области.

S изучить опыт выращивания лесных культур ели в Лисинском учебно-опытном лесхозе;

S определить влияние горизонтальной структуры на продуктивность культур ели;

•S исследовать вертикально-фракционную структуру культур ели;

•S определить энергетическую эффективность различных технологий создания и выращивания чистых рядовых лесных культур ели.

Научные положения, составляющие предмет защиты:

Заключение Диссертация по теме "Лесные культуры, селекция, семеноводство", Бурцев, Даниил Сергеевич

Выводы

1) Метод оценки энергетической эффективности выращивания лесных культур ранее не использовался;

2) Недостаточно освещены особенности роста и формирования лесных культур ели в производственных условиях; влияние горизонтальной структуры древостоя и вертикально-фракционного состава фитомассы на продуктивность;

3) По таксационным показателям лесной фонд Лисинского лесхоза типичен для Ленинградской области;

4) Начиная с 1983 года структура лесного фонда ухудшается, происходит смена хвойных пород лиственными;

5) Культуры в Лисинском лесхозе создавались без учета лесоводственных требований: на участках благоприятных для произрастания древостоев сосны производят чистые еловые культуры и наоборот, при создании культур не учитывается гетерогенность лесокультурных площадей. Это снижает устойчивость и производительность искусственных насаждений;

6) К 40-50 годам погибает более трети созданных в Лисинском учебно-опытном лесхозе искусственных насаждений ели.

Глава 2. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И ОБЪЕМ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ

В условиях подзоны южной тайги зоны хвойных лесов Северо-Запада России ряд факторов создают значительные трудности при выращивании еловых культур. Для выявления перспективных технологий создания лесных культур необходимо оценить эффективность воздействия как технологии в целом, так и вклад отдельных ее элементов — агротехнических приемов.

Анализ' литературных источников показывает, что изучению агротехники выращивания лесных культур ели европейской в условиях временного и постоянного избыточного увлажнения в изучаемой лесорастительной зоне посвящено много работ. При этом функционирование, структура и морфология искусственных еловых насаждений изучены слабо. Практически нет данных об эффективности использования антропогенной энергии при формировании древесины в ходе усвоения солнечной энергии. Критерием оценки различных технологий часто выступают средние биометрические показатели или запас древостоя, а не эффективность использования древостоями потенциала условий местопроизрастания.

С учетом вышесказанного в программу исследований включены следующие вопросы:

Исследование начиналось с анализа материалов лесоустройства и архива кафедры лесных культур Лесотехнической академии. Выявлялись участки лесных культур ели и намечался маршрут рекогносцировочного обследования. Была восстановлена история создания каждого объекта исследования: год создания, первоначальная площадь, способ обработки почвы, метод создания и возраст посадочного материала, густота посадки, количество агротехнических уходов, приживаемость, а также исходное размещение деревьев ели по участку. В обследовании были задействованы лесные культуры ели европейской первых трех классов возораста.

При обследовании в натуре проводилось детальное исследование культур по существующим методикам (Огиевский, Хиров, 1967; Кобранов, 1973; Родин, Мерзленко, 1983; Чмыр, Маркова, Сеннов, 2001; Ярмишко, 2002). Были определены следующие показатели: состав древостоя; средний диаметр, средняя высота, относительная полнота, запас, бонитет по элементам леса. Для уточнения типов леса и лесорастительных условий на каждом участке были определены видовой состав травяно-кустарничкового яруса, тип подстилки, механический состав и степень увлажнения почвы, мощность генетических горизонтов (Сукачев, Зонн, Мотовилов, 1957; Чертов, 1974). На каждый обследованный участок была составлена карточка. Отобранные для дальнейшего изучения участки лесных культур исследовались с закладкой пробных площадей. Размеры пробных площадей составляли 0,12-0,36 га и рассчитывались так, чтобы при сплошном перечете было учтено не менее 200-400 деревьев ели. Пробные площади закладывались в виде прямоугольника, длинной стороной вдоль рядов культур.

Для изучения особенностей горизонтальной структуры древостоев использовалась методика, примененная для аналогичных исследований

Е. Прудниковым (Прудников, 1989): внутри пробная площадь разбивалась на квадраты со сторонами 5x5 м. Для определения характера пространственного размещения проводилось картирование с фиксацией координат центров стволов. Для каждого дерева определялись диаметр ствола на высоте груди, высота ствола или ранг высоты и диаметр кроны. При расчете средних показателей использовались общепринятые методики (Моисеев, 1971; Анучин, 1982). Средний диаметр определялся через сумму площадей сечения (как среднеквадратичный). Средняя высота определялась как среднее арифметическое, если высота измерялась у каждого дерева или построением кривой высот через средний диаметр при определении высоты по учетным деревьям (3-5 из каждой ступени толщины).

При изучении вертикально-фракционной структуры надземной части древостоев были отобраны модели для определения вертикально-фракционной структуры фитомассы и ее годичной продукции. Производился обмер моделей (таксация срубленного дерева), затем модели взвешивали, предварительно разделяя на фракции (ствол, живые ветви, сухие ветви) по метровым секциям в свежесрубленном состоянии. Для определения содержания сухого вещества в разных фракциях фитомассы (живые побеги разного возраста охвоенные и неохвоенные, сухие побеги, хвоя разного возраста, древесина и кора) из каждой секции отбирались модельные ветви и выпиливались образцы древесины, которые затем анализировались в лаборатории. Ветки разбирались на годичные побеги, которые взвешивали, высушивали при температуре 105±2°С до абсолютно сухого состояния, после чего отделяли хвою и снова взвешивали. Таким же способом определяли количество сухого вещества в образцах коры и древесины (Уткин, 1975; Базилевич и др., 1978; Усольцев, 2007). Запас фитомассы на единице площади определяли по соотношению площадей сечения модельных деревьев и деревьев, учтенных на пробной площади (Madgwick, 1982; Терехов, Усольцев, 2008).

На всех пробных площадях изучены строение и свойства почвы. Заложены почвенные разрезы и сделаны прикопки. Отобраны и проанализированы образцы для определения влажности и плотности почвы (Чертов, 1974; Звирбуль, Тимофеев, 1991).

Важным показателем, характеризующим особенности продукционного процесса лесной экосистемы является горизонтальная и вертикальная структура распределения корневых систем. Наиболее интересны в этом случаи особенности распределения сосущих и проводящих корней. Населенность почвенных горизонтов тонкими корнями определялась с использованием метода вольного монолита (Колесников, 1972; Чмыр, 1984; Ярмишко, 2002; Усольцев, 2004).

Полученные данные о запасах фитомассы переводились в энергетические единицы с помощью коэффициентов представленных в литературных источниках. Так средняя калорийность 1 грамма хвои ели составляет 20,5 кДж, коры - 21,8, древесины — 20,3 (Иваск, 1985). Калорийность разных органов различных видов травянистых растений колеблется в пределах 19-21 кДж/г (Kjelvik, Wielgolaski, 1974; Рарр, 1975; Leonardi, Maugeri, Linser-Bordellon, 1977). Общие запасы энергии в корнях еловых культур приняты равными 25% от надземной части (Методические указания, 1989).

Полученный материал обрабатывался методами математической статистики (Доспехов, 1979; Жигунов, Маркова, Бондаренко, 2002). Показатель точности, как правило, составлял не более 5%. Все операции с данными производились на персональном компьютере с использованием специального программного обеспечения.

При анализе энергетической эффективности выращивания лесных культур использовали следующие параметры:

1) Запас энергии (общий и отдельно по фракциям: древесина ствола, ветви, хвоя, корни) — накопленное количество энергии в древостое к текущему моменту времени на единице площади, ГДж/га. Определяется экспериментально по данным изучения фитомассы модельных деревьев на пробных площадях. В отдельных случаях, для оценки выхода энергии из товарной продукции насаждения — древесины используются конверсионные коэффициенты. Запас древесины в объемных единицах переводится в запас сухого вещества в массовом выражении, используя среднее значение базисной плотности ели для Ленинградской области 390 кг/м3 (Полубояринов, 1980). Калорийность 1 кг древесины ели 20,3 МДж (Иваск, 1985).

2) Текущая (среднепериодическая) продукция энергии (общий и отдельно по фракциям: древесина ствола, ветви, хвоя, корни) — среднегодовое накопленное количество энергии в древостое за текущий год (период времени) на единице площади, ГДж/га.

3) Коэффициент полезного действия фотосинтетической активной радиации (КПД ФАР) — отношение энергии аккумулированной в фитомассе древесины и побочной продукции на единице площади к приходу энергии ФАР на единицу площади. Различаются КПД ФАР: общий (вычисляется за весь период к данному моменту времени), текущий и/или периодический (за конкретный период времени). По данным А.Ф. Чмыра (2002) для Ленинградской области за вегетационный период (со среднесуточной температурой выше 5°С) суммарная энергия ФАР, приходящая на 1 га площади поверхности земли составляет 10 097 ГДж.

4) Затраты антропогенной энергии - совокупные затраты энергии по каждой технологической операции при создании и выращивании лесных культур в т.ч: семена, посадочный материал, гербициды, горюче-смазочные материалы, электроэнергия, живой труд, машины и оборудование. Методика расчёта совокупных затрат энергии базируется на детальном описании всего производственного процесса на основе технологических карт (РТК), позволяющих учесть весь поток ресурсов в разных показателях с последующим их переводом к единому показателю (Дж) с помощью энергетических эквивалентов.

Расчёт затрат энергии на создание лесных культур основан на составленных нами РТК (приложение Г), включающих последовательные технологические операции: подготовка площади, обработка почвы, посадка и дополнение, агротехнические уходы. При этом учитывалась стоимость посадочного материала. Расчет энергозатрат на посадочный материал производится путём умножения густоты посадки на 1 га лесокультурной площади на энергетический эквивалент производства единицы посадочного материала. Энергетическая стоимость единицы посадочного материала рассчитана на основании, составленных нами РТК с учетом энергетической стоимости сбора и переработки семян массового сбора и технологических мероприятий проводимых на питомнике.

При этом затраты энергии на удобрения определялись исходя из нормы или дозы внесения туков на 1 га и соответствующего эквивалента или по дозе действующего вещества минеральных удобрений на 1 га. Затраты энергии на гербициды определялись путём умножения нормы расхода препарата (в действующем веществе) на его энергетический эквивалент. При протравливании семян фунгицидами норма расхода препарата рассчитывается на весовую «гектарную» норму высева. Затраты энергии на топливо определялась умножением нормы расхода топлива на его энергетический эквивалент. Затраты энергии на электричество определялись исходя из мощности электродвигателя и времени выполнения технологической операции. Затраты энергии на трудовые ресурсы определялись как произведение количества часов, необходимых для выполнения технологических операций, на энергетический эквивалент 1 часа работы человека соответствующей категории работников. Также учитывались затраты энергии на труд обслуживающего персонала - полевых рабочих, ремонтников, а также ИТР. Было принято, что затраты труда на техническое обслуживание и ремонт техники составляет 25 % от общих затрат труда тракторов, шоферов, операторов; затраты труда на управление технологическими процессами (инженерно-технологические работы) составляют 12 % от общей суммы прямых затрат (механизаторов, шоферов и полевых рабочих).

Затраты энергии на машины и оборудование определяют на основе энергетических эквивалентов 1 часа работы энергомашины (автомобиля, трактора), сцепки, орудия и количества часов, необходимых для подготовки площади, обработки почвы, транспортировки посадочного материала и посадки, проведения агротехнического ухода на 1 гектаре лесокультурной площади. Если же на какую-то марку машины нет энергетического эквивалента, то расчёт энергозатрат на технику можно осуществить исходя из её массы. Энергоёмкость, приходящаяся на 1 тонну массы, согласно Посыпанову Г.С. (1997; цит. по Васин, 2005), равна 5600 МДж. Зная время работы данной машины (из технологической карты), рассчитывают итоговые затраты энергии.

Затраты энергии на внесение органических удобрений из местных источников определяются по фактически выполненным работам по их подготовке к внесению, включая трамбовку, компостирование, погрузку, транспортировку от ферм и разбрасывание по полю. В среднем при механизированном (МТЗ-82+1-ПТС-4) внесении на 1т навоза расход энергии составит 79,2 МДж.

Соответствующие энергетические эквиваленты приведены в РТК.

5) Энергетическая эффективность выращивания лесных культур (древесины) — отношение запаса энергии насаждения (древесины) к затратам антропогенной энергии.

6) Энергетическая себестоимость продукции - затраты энергии на единицу конечной продукции (древесины), ГДж/м .

Объем выполненных работ:

1) Проведено рекогносцировочное обследование 92 участков общей площадью более 235 га.

2) Заложено 18 пробных площадей в еловых молодняках естественного и искусственного происхождения I-II класса возраста, при сплошном перечете учтено около 8000 деревьев и выполнено картирование полога древостоя на площади более 18000 м .

3) Отобрано более 50 моделей для определения вертикально-фракционной структуры фитомассы и ее годичной продукции, проанализировано более 300 модельных ветвей, определена влажность более чем у 1500 образцов (древесины, коры, ветвей, хвои).

4) Для определения видового состава, площади покрытия и запаса фитомасы живого напочвенного покрова заложено 210 учетных площадок по 1 м2.

5) Сделан 21 почвенный разрез. Отобрано и проанализировано более 200 образцов из разных горизонтов для определения влажности и плотности почвы.

6) Для определения насыщенности почвенных горизонтов корнями было заложено 87 почвенных монолитов и проанализировано около 700 образцов корней.

Глава 3. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА И ХАРАКТЕРИСТИКА

ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Природные условия района исследований

Исследования проведены в Лисинском учебно-опытном лесхозе Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии, который находится в Тосненском районе Ленинградской области. Территория лесного хозяйства по лесорастительному районированию (Курнаев, 1973) располагается в подзоне южной тайги зоны хвойных лесов, к которой относится 80% площади Ленинградской области.

Лесной фонд представляет собой компактный массив протяженностью с севера на юг 34 км и с запада на восток 18 км (Редько, 1997). Его площадь по данным лесоустройства 2005 года составляет 28 413 га, из которых 1 720 га занимают лесные культуры ели европейской (что составляет 6%).

Климат района расположения лесхоза характеризуется как умеренный, который формируется под воздействием холодных воздушных масс, поступающих из Арктики, и более теплых воздушных масс Атлантики. Значительное влияние на климат района оказывает близость Балтийского моря и Ладожского озера. В связи с этим общий температурный режим района несколько сглажен, лето умеренно теплое, а зима умеренно холодная. Зимой морозы часто сменяются оттепелями, а в летние месяцы нередки значительные похолодания, сопровождаемые осадками.

Среднегодовая температура воздуха 3,6°. Самым теплым месяцем является июль (17°С), а самым холодным - январь и февраль (-8,8°С). Благодаря особенностям рельефа территории (плоская пониженная равнина) в зимние месяцы, при вторжении арктических воздушных масс, наблюдаются сильные похолодания до -20 - (-25)°С, а иногда и до -35°С - (-40)°С. Весной и осенью бывают заморозки: средние даты — 25 мая и 23 сентября.

Среднегодовое количество осадков 594 мм, относительная влажность воздуха — повышенная в течение всего года: среднегодовая — 80%, а в зимнее время - 80-90%.

На территории лесхоза преобладают ветры западных направлений со средней скоростью от 2,4 до 3,3 м/с, однако весьма часто возникают и сильные ветры со скоростью до 25-30 км/ч, вызывающие ветровалы и буреломы. Так, например, в 1972 г. ураганом было повалено около 100 тыс. м3 древесины.

Длина вегетационного периода 150-160 дней, суммарная солнечная радиация составляет 70-80 ккал/см .

В целом климатические условия лесхоза благоприятны для произрастания основных лесообразующих пород при наличии отдельных отрицательных явлений (заморозки, сильные ветры, избыточное увлажнение), которые необходимо учитывать при проведении лесокультурных мероприятий.

Рельеф исследуемой территории представляет собой плоскую слегка волнистую равнину, слабо наклонную к востоку и юго-востоку (к р. Тосно). В геоморфологическом отношении она является частью Ладого-Ильменской низменности. Абсолютные высоты колеблются от 35 до 70 м над уровнем моря. Положительными формами рельефа являются немногочисленные озы, расположенные на юге, северо-западе и северо-востоке лесхоза и небольшие плоские холмики, сложенные ледниковыми наносами, разбросанными по всему лесхозу; относительная высота их до 2,5 м и поперечник 100-300 м.

Естественная гидрографическая сеть на территории лесхоза развита слабо, она маловодная, в летние месяцы часто пересыхает.

Наиболее крупной речкой, протекающей на территории лесхоза, является Лустовка; она берет свое начало в кварталах 84, 94 и пересекает лесхоз с северо-запада на юго-восток. Долина р. Лустовки и ее притоков в верхнем течении не развиты, а в среднем и нижнем становится глубокими, с обрывистыми берегами, высотой 6-8 м с тремя хорошо выраженными террасами. Ширина р. Лустовки в среднем течении примерно 2-3 м и глубина 0,5-1,0 м. Имеются еще три небольшие речки — Лагуза, Сердце и Кастенка, а также сеть ручьев, притоков этих рек. Река Лустовка вместе со своими притоками Лагузой и Сердцем образуют бассейн, охватывающий основную часть территории лесхоза. За пределами лесхоза р. Лустовка впадает в р. Тосну, протекающей вблизи юго-восточной границы лесхоза.

На территории лесхоза имеется одно озеро — Кузнецовское, площадь которого 73 га. Оно расположено на юго-западе территории лесхоза в центре Кузнецовского болота. Озеро довольно мелкое с низкими берегами.

Следует отметить, что на территории имеется развитая гидролесомелиоративная сеть.

Почвы. В геологическом отношении территория лесхоза представляет собой озерно-ледниковый бассейн, выстланный озерными отложениями -ленточными глинами, из-под которых в возвышенных элементах рельефа выступают ледниковые отложения — валунные суглинки.

Ленточные глины и моренные валунные суглинки являются основными почвообразующими породами, занимающими 94% территории лесхоза. Другие материнские породы — ледниковые и озерные пески, безвалунные суглинки, аллювиальные отложения носят характер вкраплений и островов.

В силу своей значительной плотности ленточные глины и моренные валунные суглинки являются тяжелыми грунтами.

Равнинный рельеф, слабо развитая гидрографическая сеть и тяжелые по механическому составу материнские породы способствуют созданию избыточного поверхностного увлажнения, носящего устойчивый характер.

На нормальный процесс подзолообразования, характерный для таежной зоны, накладывается процесс болотный. В этом состоят специфические особенности лесорастительных условий лесхоза.

Преобладающими типами почв лесхоза являются: грубогумусные разной степени оподзоленности, занимающие 20% общей площади, подзолистые модергумусные и модермуллевые, занимающие 18%, и почвы болотного типа, распространенные на 57% площади; оставшиеся 4% приходятся на дерново-слабоподзолистые и 1% - на аллювиальные.

Особенностью почв лесхоза является слабокислая реакция почвенного раствора, слабая подзолистость и, как результат, хорошее развитие гумусовых горизонтов.

В целом почвы Лисинского лесхоза вполне благоприятны для произрастания высокобонитетных насаждений (I-Ш класса). Однако, тяжелый механический состав большинства почв, избыточное увлажнение и, часто, сильная завалуненность почв создают большие трудности при проведении лесокультурных мероприятий.

По геоботаническому районированию территория расположена в полосе южной тайги на границе Лужского и Волховского округов североевропейской таежной провинции (Александрова и др., 1989; цит. по: Редько, 1997). По более подробному районированию, составленному Ю.Д. Цинзерлингом (1932), территория лесхоза находится на границе Гдовско-Сиверского и Волховского геоботанических районов.

Растительность этих районов сходна и характеризуется господством еловых зеленомошных и производных от них мелколиственных лесов, обычны также сосновые заболоченные леса. Положение в системе геоботанического районирования и благоприятный климат определяют потенциально высокое флористическое разнообразие территории. Однако фактический состав флоры в значительной степени ограничивается другими природными условиями (рельеф, гидрология, почвы). Около 35% площади в разной степени заболоченные леса. Остальная часть лесного массива представлена ельниками и производными от них сообществами с преобладанием кисличных и черничных типов леса. В этих сообществах ель является сильным эдификатором, она обусловливает фитоценотический барьер для инвазии в сообщества несвойственных им видов.

В распространенных на территории лесхоза типах ельников и производных от них сообществ, а также на верховых сфагновых болотах произрастает всего 60-70 видов, или 10-15% от общего списка видов высших сосудистых растений.

В целом условия произрастания на данной территории благоприятны для произрастания высокопродуктивных ельников зеленомошной группы типов леса. Восстанавливать такие леса надежнее всего лесными культурами, которые должны иметь высокую эффективность в данных условиях.

3.2 Характеристика объектов исследования 3.2.1 Обследование искусственных молодняков и средневозрастных культур ели зеленомошной группы типов леса

Рекогносцировочное обследование культур в полевых условиях проводилось в 2007 и 2008 гг. Участки лесных культур ели представлены в основном ельниками кисличными, черничными, и в меньшей степени -долгомошными и травяно-таволговыми, т.е. в основном относятся к зеленомошной группе типов леса. Почти все участки представлены насаждениями первых трех классов возраста. Обработка почвы на этих участках произведена прокладкой борозд плугами ПЛ-1, ПКЛ-70, ПЛ-2-50, ПЛН-103/126 и ПЛН-53/106, в основном без корчевки, либо созданием дискретных микроповышений вручную лопатами. Есть участки культур, созданных без обработки почвы. Обнаружены участки, со сплошной обработкой почвы плугом ПЛ-2-50 и прокладкой борозд плугом-канавокопателем ЛКА-2 по предварительно раскорчеванным вырубкам. Характеристика технологии создания каждого обследованного участка лесных культур ели представлена в прил. А.

Подавляющее большинство культур создано при обработке почвы плугом ПКЛ-70 по нераскорчеванной вырубке с последующей посадкой сеянцев ели, что характерно не только для лесокультурного производства южной тайги, но и практически для всей лесной зоны. Несмотря на многочисленные рекомендации проектных учреждений и ученых лесоводов, которыми признана малая эффективность такой технологии, практики лесного хозяйства не обращают на это внимания и продолжают зарывать в землю государственные деньги.

В то же время в Лисинском лесхозе помимо плужной обработки почвы часто при создании групповых культур ели применялась обработка почвы площадками. Такой способ создания культур позволяет получать приемлемый результат на дренированных участках. Групповая структура наиболее отвечает естественным принципам формирования древостоя, способствует защите от неблагоприятных факторов среды и конкуренции нежелательной растительности. Самое главное, при этом отпадает надобность проводить дорогостоящую и энергоемкую корчевку пней. Однако лесокультурных площадей с такими условиями сравнительно немного. Подавляющее большинство вырубок в подзоне южной тайги подвержены временному или постоянному переувлажнению. Прокладка борозд здесь — необходимое мероприятие, целью которого является отвод избыточной влаги, что недостижимо без проведения корчевки пней. Наиболее оптимальной операцией может быть признанна узкополосная корчевка, т.к. при этом органическое вещество не выносится из экосистемы, а лишь становится на короткое время недоступным, в отличие от других способов корчевки. Она также позволяет обеспечить прокладку прямолинейных борозд, что способствует не только улучшению водно-воздушного и температурного режимов почвы, но и равномерному расположению деревьев ели по площади. Это в дальнейшем облегчит проведение уходов за культурами и при определенных параметрах позволит их механизировать.

Итак, на основании анализа ретроспективных данных, характеризующих технологический уровень создания лесных культур, можно говорить о его несоответствии последним достижением науки и здравому смыслу. Все это подтверждается данными, полученными при натурном обследовании участков лесных культур, заложенных по приведенным технологическим схемам в Лисинском учебно-опытном лесхозе в прил. Б.

3.2.2 Исследование участков культур и естественных молодняков с преобладанием ели

Детальные работы - закладка пробных площадей, сплошной перечет деревьев, картирование полога древостоя, изучение живого напочвенного покрова, вскрытие разрезов почвенного профиля и другие исследования еловых молодняков производились в 2007-2008 гг. как в лесных культурах ели, так и в естественных молодняках с преобладанием этой породы. Таксационная характеристика этих участков по данным пробных площадей представлена в табл. 3.1. В основном это ельники, произрастающие в кисличных и черничных типах лесорастительных условий. Пробные площади №№ 1, 2 (лесные культуры) и 3 (естественный молодняк) заложены на бывшем сенокосе, зарастающем лесной растительностью, остальные насаждения формируются на вырубках.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью настоящей диссертации являлось — определить оптимальные технологии создания лесных культур ели в подзоне южной тайги, обеспечивающие наиболее полное использование затрат машин, механизмов и человеческого труда при создании и выращивании лесных культур, используя метод оценки энергетической эффективности на примере Лисинского учебно-опытного лесхоза Ленинградской области.

Для достижения поставленной цели помимо оценки технологических характеристик имеющихся на объекте лесных культур необходимо было изучить ряд биоценотических характеристик, позволяющих определить в том числе и энергетическую эффективность применяемых технологий. Решение основных задач исследования позволяет сделать выводы.

Опыт выращивания лесных культур ели в Лисинском учебно-опытном лесхозе показал, что:

1) Культуры в Лисинском лесхозе создавались без учета лесоводственных требований: на участках благоприятных для произрастания древостоев сосны производят чистые еловые культуры и наоборот, при создании культур не учитывается гетерогенность лесокультурных площадей. Это снижает устойчивость и производительность искусственных насаждений; 2) К 40-50 годам погибает более трети созданных в Лисинском учебно-опытном лесхозе искусственных насаждений ели.

3) В Лисинском учебно-опытном лесхозе производительность культур ели в возрасте шестидесяти лет в кисличных лесорастительных условиях не превышает производительности естественных ельников, а в черничных лесорастительных условиях выше производительности естественных ельников в возрасте;

Изучение горизонтальной структуры лесных культур и естественных насаждений ели говорит, что:

4) В исследуемых лесных культурах ели Лисинского УОЛХ формирование пространственно-функциональной структуры проходит только за счет процессов саморегуляции численности, т.к. в культурах не проводят прореживаний.

5) В молодых культурах (фаза индивидуального роста, начало фазы дифференциации) деревья господствующей ценотической группы размещаются случайно. Это связано с тем, что их еще совсем мало, а преобладают индетерминантные особи. Когда деревьев-лидеров становится больше (продолжение фазы дифференциации), их размещение приобретает групповой характер. После начала интенсивного отпада в конце фазы дифференциации и начала фазы формирования стволов размещение господствующих деревьев переходит к равномерному типу и изменяется случайным образом.

6) Рядовые культуры ели в зависимости от качества их производства имеют особенности в росте и развитие. Если при создании культур строго выдерживается прямолинейность рядов, а в ряду создаются однородные условия, способствующие высокой приживаемости посадочного материала, то такие культуры в дальнейшем быстрее растут и более продуктивны, мы назвали их регулярными. Нерегулярные культуры, напротив — характеризуются низкими темпами роста и менее продуктивны, при их создании образуются молодняк с групповым размещением деревьев, что связано с неравномерностью напаханных борозд, их прерывистостью, плохим прилеганием пластов к почве и т.д.;

7) В регулярных культурах ели имеется больше крупных деревьев (лидеров), чем в нерегулярных культурах и естественных молодняках и располагаются они более равномерно, что способствует более высокой продуктивности искусственного насаждения.

Исследование вертикально-фракционной структуры распределения энергии в лесных культурах ели, также позволило сформулировать научно-обоснованные выводы:

8) В 25-летних культурах ели (кисличные лесорастительные условия) с текущей густотой культур 1800; 2900 и 3700 шт./га больше всего энергии накапливается в древесине стволов. Соответственно 45%, 47% и 47% от суммарного количество энергии аккумулированной в фитомассе надземной части древостоя. Четверть всей энергии аккумулируются в хвое. Кора содержит 7-8% энергии.

9) В культурах со средней густотой (2900 шт./га) энергии в сухих ветвей накапливается больше, а в живых - меньше, чем в редких (1800 шт./га) и густых (3700 шт./га) культурах. Это объясняется тем, что в редких культурах нижняя часть кроны хорошо освещена, поэтому сухих ветвей образуется очень мало. В густых культурах в нижней части кроны ветви не достигают крупных размеров, поэтому отмирая не образуют большой массы сухого вещества.

10) В культурах средней густоты (2900 шт./га) основная часть энергии аккумулированной хвоей располагается в средней части кроны, в густых культурах (3700 шт./га) максимум энергии хвои опускается чуть ниже, а в редких (1800 шт./га) он равномерно располагается по всему вертикальному профилю.

11) В культурах со средней густотой (2900 шт./га) в хвое, ветвях и суммарно по всем фракциям максимальное количество энергии аккумулируется у нижней границы верхней трети кроны, тогда как ствол больше прирастает в нижней части. В редких культурах (1800 шт./га) максимум продукции хвои и ветвей находится выше — почти у самой вершины. Структура продукции энергии хвои и ветвей густых культур (3700 шт./га) представляет собой нечто промежуточное между структурой самых редких культур и культур со средней густотой.

Использованный метод оценки энергетической эффективности различных технологий создания и выращивания чистых рядовых лесных культур ели, показал:

12) Для оценки энергетической эффективности создания и выращивания лесных культур, наиболее подходит предложенный нами коэффициент дополнительной энергетической эффективности КДЭЭ, который показывает эффективность использования экосистемой антропогенной энергии, использованной при создании культур.

13) В кисличных лесорастительных условиях КДЭЭ культур ели в возрасте 60 лет имеет отрицательное значение, что говорит о том, что энергия затраченная при создании и выращивании культур, а равно и вещественные и материальные ресурсах были использованы впустую. В черничных лесорастительных условиях КДЭЭ культур ели в возрасте 60 лет имеет положительное значение и равен 8,8, что говорит об эффективном использовании энергии экосистемой, затраченной при создании и выращивании культур.

14) В течение первых шестидесяти лет в кисличных лесорастительных условиях в древесине стволов деревьев смешенных елово-лиственных древостоев искусственного и естественного происхождения аккумулируется соответственно 0,39% и 0,40% ФАР поступающей к поверхности земли, а в черничных лесорастительных условиях - соответственно 0,38% и 0,33%.

15) В культурах ели в кисличных лесорастительных условиях максимальный среднепериодический КПД ФАР наблюдается в возрасте 4150 лет, он составляет 1,46%, а в черничных в возрасте 31-40 лет - 0,66%. В естественных ельниках этот показатель максимален соответственно по условиям произрастания в возрасте 41-50 лет — 0,53% и 51-60 лет - 0,45%;

16) В первые двадцать лет культуры ели показывают наиболее низкую продуктивность и интенсивность поглощения солнечной энергии, что говорит о необходимости использования дополнительной энергии именно в этот период;

17) В исследуемых вариантах создания культур ели с текущей густотой культур 1800 и 2900 шт./га (кисличные лесорастительные условия) для продуцирования и накопления энергии наиболее оптимальная густота посадки составила 3600 шт./га при размещении 1,0x2,8, а для 25-летнего возраста - 2900 шт./га. 1) В 25-летних культурах ели (кисличные лесорастительные условия) с текущей густотой культур 1800 и 2900 шт./га в полтора раза больше энергии накапливается в фитомассе более густых. Причем наиболее выражены различия запасов энергии по фракции сухих ветвей: в «густых» культурах энергии в них накопилось в 6,5 раз больше, и в живом напочвенном покрове — соответственно в 6,3 раза меньше;

18) Коэффициент дополнительной энергетической эффективности по древесине ствола в «густых» культурах имеет положительное значение больше единицы, что подтверждает рентабельность энергозатрат при создании культур. Напротив, в «редких» культурах данный показатель имеет отрицательное значение, что говорит о нецелесообразности использования дополнительной энергии для создания редких культур по такой технологии.

19) Использование технологии, в которой при создании культур в качестве почвообрабатывающего орудия применяется плуг ПКЛ-70, а корчевка лесокультурной площади не производится, снижает энергетическую эффективность лесных культур ели по сравнению с естественными древостоями (КЭЭ=6,5; КДЭЭ=-2,9). При посадке культур по целине (без обработки почвы) и последующих многократных уходах, уровень энергетической эффективности лесных культур ели остается сравним с естественными древостоями (КЭЭ=9,7; КДЭЭ=0,4). При использовании сплошной обработки почвы энергетическая эффективность увеличивается, но эффективность использования вложенной энергии остается невысокой (КЭЭ=8,3; КДЭЭ=1,7). Высокую энергетическую эффективность имеют технологии, где производится обработка почвы дискретными микроповышениями орудием ОРМ-1,5 (КЭЭ=18,5; КДЭЭ=6,0) или прокладываются непрерывные гряды плугом ПШ-1 (КЭЭ=17,2; КДЭЭ=9,6). Значения коэффициента энергетической эффективности этих технологий довольно близки. Однако у последней технологии коэффициент дополнительной энергетической эффективности более чем в полтора раза выше, что говорит о более эффективном использовании дополнительной энергии.

1) Увеличить затраты энергии на поддержание экосистемы в критические периоды, когда наблюдается очень низкий уровень усвоения солнечной энергии. Такие периоды приурочены к начальным фазам развития лесных культур. Дополнительная энергия может быть привнесена в систему при улучшении качества подготовки площади и обработки почвы, использовании крупномерного посадочного материала (саженцев или гейстеров), повышении интенсивности и повторяемости агротехнических уходов за культурами, внесении удобрений и т.д.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Бурцев, Даниил Сергеевич, Санкт-Петербург

1. Алябьев, А.Ф. Применение технологий создания лесных культур на вырубках в лесной зоне европейской части России / А.Ф. Алябьев, Н.Е. Проказин // Лесное хозяйство, 2003, №5. С.37-40

2. Антонов, Е.И. Влияние числа деревьев в группе на рост культур ели Текст. / Е.И. Антонов // «Материалы 8 научной конференции аспирантов и научных сотрудников ВНИИЛМ, Пушкино, 26 марта, 1985. М, ВНИИЛМ, 1986. С.147-150

3. Антонов, Е.И. Состояние и рост культур ели на свежих вырубках при обработке почвы способом прерывистых пластов Текст. / Е.И. Антонов, А.И. Филин // Лесное хозяйство, 1994, №3. С.35-36

4. Анучин, Н.П. Лесная таксация Текст. / Н.П. Анучин // М, Лесная промышленность, 1982.— 352с.

5. Бабич, Н.А. Культуры ели Вологодской области Текст. / Н.А. Бабич, Н.П. Гаевский, О.А. Конюшатов // Архангельск, 2000. 160с.

6. Бабич, Н.А. Культуры сосны Вологодской области Текст. / Н.А. Бабич, И.В. Евдокимов, Н.Н. Неволин // Вологда, 2008. 136с.

7. Бабич, Н.А. Биологическая продуктивность лесных культур Текст. / Н.А. Бабич, М.Д. Мерзленко // Архангельск, 1998. 88с.

8. Базилевич, Н.И. Методы изучения биологического круговорота в различных природных зонах Текст. / Н.И. Базилевич, А.А. Титлянова, В.В. Смирнов, Л.Е. Родин, Н.Т. Нечаева, Ф.И. Левин // М., Мысль, 1978. 184с.

9. Бельков, В.П. Рост посадок ели в связи со способами устранения травяного покрова Текст. / В.П. Бельков, С.Д. Цветкова // Гербициды и арборициды в лесном хозяйстве. J1, ЛенНИИЛХ, вып. 27, 1977. — С.29-33

10. Бобкова, К.С. Биологическая продуктивность хвойных лесов европейского Северо-Востока Текст. / К.С. Бобкова// Л., 1987. 156с.

11. Бобкова, К.С. Продуктивность и структура органической массы в спелых ельниках средней тайги республики Коми Текст. / К.С. Бобкова // Биогеоценологические исследования таежных лесов. Сыктывкар, 1994. С.6-21

12. Бобкова, К.С. Биопродукционный процесс в лесных экосистемах Севера Текст. / К.С. Бобкова // СПб., Наука, 2001. 278с.

13. Бобкова, К.С. Биологическая продуктивность и компоненты баланса углерода в молодняках сосны Текст. /К.С. Бобкова // Лесоведение. 2005, №6. — С.30-37

14. Боголюбов, А.Г Динамика биомассы и морфологических характеристик Picea abies (Pinaceae) в ельнике сфагново-черничном Текст. / А.Г Боголюбов // Ботанический журнал, 2004, №6 (89). С.936-957

15. Бондаренко, А.С. Генетическая обусловленность скорости роста ели европейской в культуре Текст. / А.С. Бондаренко, А.В. Жигунов // Лесоведение, 2007, №1. С.42-48

16. Бородин, A.M. Культуры ели в повышении производительности лесов Текст. / А.М. Бородин // М., 1972. 144с.

17. Бутенко, О.Ю. Влияние качества посадочного материала на производительность лесных культур ели Текст. / О.Ю. Бутенко // Леса

18. Евразии Белые Ночи: Материалы 3 международной конференции молодых ученых, посвященной 200-летию Высшего лесного образования в России и 200-летию СПбГЛТА, Москва, 23-29 июня, 2003. Мытищи (Московкая область), 2003. - С.81-83

19. Васин, В.Г. Энергетическая эффективность полевых агрофитоценозов в Среднем Поволжье Текст. / В.Г. Васин, А.А. Толпекин, С.Н. Зудилин // Самара, 2005. 123с.

20. Ватковский, О.С. Структура и динамика хвойных лесов Валдая и некоторые вопросы их первичной продуктивности Текст. / О.С. Ватковский // Почвы и продуктивность растительных сообществ. М., МГУ, 1976. С.55-64

21. Гире, Г.И. Продукционный процесс сосняков красноярской лесостепи Текст. / Г.И. Гире, В.Д. Стаканов // Лесоведение, 1986, №3. -С.34-41

22. Глазов, М.В. Структура и особенности функционирования биоты ельников южной тайги Валдая Текст. / М.В. Глазов // Организация экосистем ельников южной тайги. М., 1979. — С. 10-29

23. Гортинский, Г.Б. Основные понятия и приниципы определения первичной продукции Текст. / Г.Б. Гортинский, В.Г. Карпов // Структрура и продуктивность еловых лесов южной тайги. Л., 1969. — С.89-92

24. Гульбе, Я.И. Вертикальное распределение поверхности листьев и световой режим в лиственных молодняках южной тайги Текст. / Я.И. Гульбе, Л.С. Ермолова, С.Г. Рождественский, Л.И. Уткина, Ю.Л Цельникер // Лесоведение, 1983, № 2. С.21-29

25. Данилина, Т.Г. Дискретные микроповышения — посадочное место для создания плантационных культур Текст. / Т.Г. Данилина, М.М. Орлов // Л, ЛенНИИЛХ, 1986. С. 162-165

26. Данилов, Ю.И. Повышение продуктивности мягколиственных молодняков южной тайги Текст. / Ю.И. Данилов // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата с/х наук. Л., ЛТА, 1976. 20с.

27. Долголиков, В.И. Создание высокопродуктивных и устойчивых культур ели селекционным посадочным материалом Текст. / В.И. Долголиков // Опыт выращивания лесных культур для восстановления лесосырьевых баз. М, ВНИПИЭМ-леспром, 1988. С.7-9

28. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта: (С основами статистической обработки результатов исследований) Текст. / Б.А. Доспехов //М.: Колос, 1979.-416 с.

29. Егорова, В. А. Распределение фитомассы надземной части деревьев ели по фракциям в опытных биогруппах Текст. / В.А. Егорова // Материалы 9 научной конференции аспирантов и научных сотрудников ВНИИЛМ, Пушкино, 1-2 апр., 1986. ВНИИЛМ, М., 1986. С.49-53

30. Ефименко, О.А. Структура и география первичной продукции еловых насаждений (на примере Северной Евразии) Текст. / О.А. Ефименко // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата с/х наук. Екатеринбург, УрГЛТУ, 2004. 23 с.

31. Жигунов, А.В. Статистическая обработка материалов лесокультурных исследований Текст. / А.В. Жигунов, И.А. Маркова, А.С. Бондаренко // СПб., СПбГЛТА, 2002. 87с.

32. Жученко, А.А. Энергетический анализ в сельском хозяйстве. Методические рекомендации Текст. / А.А. Жученко, В.Н. Афанасьев // Кишинев, 1988. 128с.

33. Замолодчиков, Д.Г. Конверсионные коэффициенты фитомасса/запас в связи с дендрометрическими показателями и составом древостоев Текст. / Д.Г. Замолодчиков, А.И. Уткин, Г.Н. Коровин // Лесоведение. 2005, №6. С.73-81

34. Звирбуль, А.П. Почвоведение Текст. / А.П. Звирбуль, А.И. Тимофеев // Л, ЛТА, 1991. 48с.

35. Иваск М. Изменчивость калорийности в органах ели европейской Текст. /М. Иваск // «Стабильность и продуктивность лесных экосистем. Тез. докл. Всес. совещ., Тарту, 29-31 окт., 1985». Тарту, 1985. С. 52-53

36. Ипатов, B.C. Количественный анализ ценотических эффектов в размещении деревьев по территории Текст. / B.C. Ипатов, Т.Н. Тархова // Ботанический журнал, 1975, Т. 60, №9. С. 1237-1249

37. Казимиров, Н.И. Смена пород в еловых лесах и ее хозяйственное значение Текст. / Н.И. Казимиров // Состояние возобновления и пути формирования молодняков на концентрированных вырубках северо-запада Европейской части СССР, Архангельск, 1971. С. 139-140

38. Каплунов, В.Я. Динамика рядов распределения числа стволов по толщине Текст. / В.Я. Каплунов, В.В. Кузьмичев // Известия СО АН СССР, Сер. биологических наук, 1987, вып. 6, № 1. С.70-77

39. Кобранов, Н.П. Обследование и исследование лесных культур Текст. / Н.П. Кобранов // Л., ЛТА, 1973. 77с.

40. Колесников, В.А. Методы изучения корневой системы древесных растений Текст. / В.А. Колесников // М, Лесная промышленность, 1972. — 152с.

41. Корчагин, А.А. Строение растительных сообществ Текст. / А.А. Корчагин // Полевая геоботаника, т.У, Л., Наука, 1976. — С.5.-320

42. Кудрявцев, В.А. Динамика фитомассы и углерода в лесокультурценозах ельников кисличных в Тверской области: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата с.-х. наук Текст. / В.А. Кудрявцев // СПб, СПбНИИЛХ, 2004. 21с.

43. Курнаев, С.Ф. Лесорастительное районирование СССР Текст. / С.Ф. Курнаев. // М., 1973. 202с.

44. Лосицкий, К.Б. Хозяйственная оценка смены пород в лесу Текст. / К.Б. Лосицкий // Сборник работ по лесному хозяйству, М, 1962, Вып.45. С.75-77

45. Максимов, В.Е. Уход за лиственно-еловыми молодняками в целях ускоренного выращивания еловых насаждений Текст. / В.Е. Максимов // Лесоводственные способы формирования и оценки насаждений эксплуатационного и рекреационного назначения, Л, 1989. С.37-42

46. Малинаускас, А.А. Сравнительная оценка биопродуктивности смешанных ельников Текст. / А.А. Малинаускас, А.И. Градяцкас // Формирование эталонных насаждений. Ч. II. Тезисы докладов Всесоюзной конференции, 19-22 июня, 1979. Каунас-Гирионис, 1979. С.72-75

47. Малинаускас, А. Влияние размещения посадочных мест на рост и продуктивность хвойных пород Текст. / А. Малинаускас // Лесоведение, 2003, №6. — С.49-57

48. Маслаков, E.JI. О росте и дифференциации деревьев в сосновых молодняках Текст. / Е.Л. Маслаков // Восстановление леса на Северо-Западе

49. РСФСР. Л, ЛенНИИЛХ, 1978. - С. 13-18

50. Маслаков, Е.Л. Формирование сосновых молодняков Текст. / Е.Л. Маслаков // М, Лесная промышленность, 1984. — 168с.

51. Маслаков, Е.Л. Оценка качества лесных культур Текст. / Е.Л. Маслаков, И.А. Маркова, Т.И. Козлова // Лесное хозяйство, 1991, №4-5. — С.9-10

52. Маслаков, Е.Л. Лесные культуры. Обобщение опыта создания и ускоренного выращивания высокопродуктивных насаждений хвойных пород Текст. / Е.Л. Маслаков, И.А. Маркова, А.В. Жигунов // СПб, СПбГЛТА, 1993.-52с.

53. Маслаков, Е.Л. Социальная структура групповых культур сосны и ели Текст. / Е.Л. Маслаков, А.Н. Кузнецов, Т.А. Шестакова, С.Б. Шевляков, В.И. Шестаков // Труды СПбНИИЛХ. СПб, вып. 1, 1999. С.58-65

54. Маркова, И.А. Стандартизация качества плантационных культур ели и сосны Текст. / И.А. Маркова // Лесное хозяйство, 1991, №4-5. С.30-33

55. Маркова, И.А. Пути повышения эффективности лесокультурного производства Текст. / И.А. Маркова // Труды СПбНИИЛХ. СПб, 1999. -С.61-72

56. Маркова, И.А. Лесокультурная оценка механизированной обработки перегнойно-торфянистых почв на вырубках в таежной зоне Текст. / И.А. Маркова, Т.А. Шестакова // Лесоведение, 2001. С.33-40

57. Маркова, И.А. Сравнения эффективности технологий в таежной зоне Текст. / И.А. Маркова, А.В. Жигунов // Известия СПбГЛТА, 2003. -С.216-222

58. Маркова, И.А. Лесные культуры Текст. / И.А. Маркова // СПб, СПбГЛТА, 2007. 76с.

59. Маркова, И.А. Лесосырьевые плантации сосны и ели Текст. / И.А. Маркова, Т.А. Шестакова, О.Ю. Бутенко, Н.В. Большакова, О.П. Степанова // Труды СПбНИИЛХ (Серия «Стационарные опытные объекты»), СПб, ФГУ СПбНИИЛХ, 2008. Вып. 1(17) - 158с.

60. Мартынов, А.Н. Густота культур хвойных пород и ее значение Текст. / А.Н. Мартынов // М, ЦБНТИ, 1975. 60с.

61. Мелехов, И.С. Лесоведение и лесоводство Текст. / И.С. Мелехов // М, МЛТИ, 1972. 178с.

62. Мерзленко, М.Д. Производительность культур ели в зоне смешанных лесов Текст. / М.Д. Мерзленко // Лесохозяйственная информация (реферативный выпуск) М., 1972, №6 9с.

63. Мерзленко, М.Д. Целевой подход к решению проблемы густоты лесных культур Текст. / М.Д. Мезленко // Научные труды МЛТИ, 1988, №198. — С.23-25

64. Мерзленко, М.Д. Особенности роста культур ели при разном размещении посадочных мест Текст. / М.Д. Мезленко, А.С. Яковенко // Лесоведение, 2003, №3. С.54-61

65. Моисеев, B.C. Таксация молодняков Текст. / B.C. Моисеев // Л, ЛТА, 1971.-344с.

66. Молчанов, А.А. Продуктивность органической массы в лесах различных зон Текст. / А.А. Молчанов // М., Наука, 1971. 275с.

67. Молчанов, А.А. Продуктивность органической и биологической массы леса Текст. / А.А. Молчанов // М., 1974. 275с.

68. Огиевский, В.В. Обследование и исследование лесных культур Текст. / В.В. Огиевский, А.А. Хиров // М., Лесная промышленность, 1967. -49с.

69. Одум, Ю. Экология Текст. / Ю. Одум // М., Мир, 1986, т.1.-328 с.

70. Оя, Т.А. Горизонтальное распределение корней и ели в средневозрастном древостое Текст. / Т.А. Оя, К.Н. Лыхмус // Лесоведение, 1985, № 1. С.44-47

71. Павлюченко, Н.А. Горизонтальное распределение корней и ели в средневозрастном древостое Текст. / Н.А. Павлюченко // Известия СПбГЛТА, 2006, № 178. С.28-34

72. Петров, А.А. Надземная фитомасса древостоев ели Прикамья Удмуртской Республики: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата с.-х. наук Текст. / Петров А.А. // МарГТУ, Йошкар-Ола, 2004.-21с.

73. Писаренко, А.И. Густота культур и индекс равномерности Текст. / А.И. Писаренко, М.Д. Мерзленко // Лесное хозяйство, 1978, №1. — С.58-59

74. Писаренко, А.И. Фитомасса культур ели различной густоты Текст. / А.И. Писаренко, М.Д. Мерзленко, А.И. Гурцев // Формирование эталонных насаждений. Ч. II. Тезисы докладов Всесоюзной конференции, 1922 июня; 1979. Каунас-Гирионис, 1979. С. 190-193

75. Половников, Л.И. Особенности накопления фитомассы в карпатских еловых ценозах у верхней границы леса Текст. / Л.И. Половников // Тезисы докл. VI. Всес. Совещ. по вопр. изуч. и освоения флоры и растительности высокогорий. Ставрополь, 1974. С.219-221

76. Полубояринов, О.И. Лесохозяйственное значение плотности выращиваемой древесины. Текст. / О.И. Полубояринов // Лесное хозяйство, 1980, №12. С.20-22

77. Полунин, Л.П. Комплексная механизация лесовосстановления на нераскорчеванных вырубках Текст. / Л.П. Полунин, С.А. Маркин // Лесное хозяйство, 2000, №4. С.42-43

78. Попова, А.В. Ельники искусственного и естественного происхождения и их сравнительная характеристика Текст. / А.В. Попова // Лесной журнал, 1972, №2. С. 10-14

79. Правила лесовосстановления Текст. // Министерство природных ресурсов Российской Федерации, 16 июля 2007, №183.

80. Прохоров, Л.Н. Новые технологии и комплексы машин для выращивания лесных культур на вырубках Текст. / Л.Н. Прохоров, С.А. Родин // Лесное хозяйство, 1999, №3. С.35-38

81. Прудников, Е.А. Ценотические особенности формирования структуры ельников Текст. / Е.А. Прудников // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Л., ЛТА, 1989. -16с.

82. Прудников, Е.А. Особенности пространственного размещения и продуктивности лесных культур Текст. / Е.А. Прудников // В кН.: Посадочный материал для создания плантационных культур. Сборник научных трудов ЛенНИИЛХ. Л., ЛенНИИЛХ, 1986. С. 174-176

83. Редько, Г.И. 200 лет лесному и опытному делу в Лисинском учебно-опытном лесхозе Текст. / под ред. Г.И. Редько // СПб, СПбГЛТА, 1997.-356с.

84. Рихтер, И.Э. Биологическая продуктивность и вертикальная структура фитомассы культур ели Текст. / И.Э. Рихтер // Лесоведение и лесное хозяйство. Минск, 1979, №14. С.36-41

85. Родин, А.Р. Методические рекомендации по изучению лесных культур старших возрастов Текст. / А.Р. Родин, М.Д. Мерзленко // Пушкино, ВНИИЛМ, 1983.-36с.

86. Секретенко, О.П. Анализ пространственной структуры и эффектов взаимодействия в биологических сообществах Текст. / О.П. Секретенко // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук. Красноярск, СибГТУ, 2001. 22с.

87. Сеннов, С.Н. Итоги экспериментального изучения конкуренции в древостоях Текст. / С.Н. Сеннов // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии, 1993. С.160-172.

88. Сеннов, С.Н. Об уходе за елью в лиственно-еловых древостоях Текст. / С.Н. Сеннов // Лесное хозяйство, 1997, №1. С.25-26

89. Сеннов, С.Н. Рост хвойных пород в зависимости от их происхождения Текст. / С.Н. Сеннов // Лесоведение, 2001, №4. — С.74-76

90. Сериков, Ю.М. Новая машина для обработки почвы на вырубках Текст. / Ю.М. Сериков, В.Т. Дегтев // Лесное хозяйство, 1995, №4. С.43-45

91. Соловьев, В.М. Морфология насаждений Текст. / В.М. Соловьев //Екатеринбург, УрГЛТА, 2001. 155с.

92. Стадницкий, Г.В. Экологизация лесоводства Текст. / Г.В. Стадницкий // Лесоводство, лесные культуры и почвоведение: Рациональное использование и восстановление лесных ресурсов, 1984. — С.48-54

93. Сукачев, В.Н. Методические указания к изучению типов леса Текст. /В.Н. Сукачев, С.В. Зонн, Г.П. Мотовилов // М., АН СССР, 1957. -113с.

94. Терентьев, В.В. Структура и география годичного прироста фитомассы естественных сосняков (на примере Северной Евразии) Текст. / В.В. Терентьев // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата с/х наук. Екатеринбург, УрГЛТУ, 2006. 22с.

95. Терехов, Г.Г. Формирование, рост и биопродуктивность опытных культур ели сибирской на Урале. Исследование системы связей и закономерностей Текст. / Г.Г. Терехов, В.А. Усольцев // Екатеринбург, УрО РАН, 2008.-212с.

96. Усольцев, В.А. Моделирование структуры и динамики фитомассы древостоев Текст. / В.А. Усольцев // Красноярск, Красноярский университет, 1985, — 200с.

97. Усольцев, В.А. Рост и структура фитомассы древостоев Текст. /

98. B.А. Усольцев // Новосибирск, Наука, 1988. С.29-33

99. Усольцев, В.А. Биологическая продуктивность лесов Северной Евразии: методы, база данных и ее приложения Текст. / В.А. Усольцев // Екатеринбург, УрО РАН, 2007. 636с.

100. Уткин, А.И. Биологическая продуктивность лесов (методы изучения и результаты) Текст. / А.И. Уткин // Лесоведение и лесоводство. М, ВИНИТИ АН СССР, 1975.-Т.1-С.9-189

101. Уткин, А.И. Об энергетике лесных биогеоценозов Текст. / А.И. Уткин // М., Наука, 1980. С.51 -67

102. Уткин, А.И. Теплота сгорания как экологическая мера Текст. / А.И. Уткин //Чтения памяти академика Сукачева, III. Ml, Наука, 1986.1. C. 13-60

103. Царев, А.П. Селекция и репродукция лесных древесных пород Текст. / А.П. Царев, С.П. Погиба, В.В. Тренин // М., Логос, 2003. 520с.

104. Цинзерлинг, Ю.Д. География растительного покрова Северо-Запада европейской части СССР Текст. / Ю.Д. Цинзерлинг // Труды геоморфологического института. Л., АН СССР, 1932. 377с.

105. Чевидаев, В.А. Совершенствовать плантационное лесовыращивание Текст. / В.А. Чевидаев, В.Е Максимов, А.Д. Карцев // Лесное хозяйство, 1990, №6. — С.27-30

106. Чертов, О.Г. Изучение типов местообитания леса на Северо-Западе СССР. Методические указания Текст. / О.Г. Чертов // Л, ЛенНИИЛХ, 1974.-73с.

107. Чмыр, А.Ф. Биологические основы восстановления еловых лесов южной тайги Текст. / А.Ф. Чмыр // Л., ЛГУ, 1977. 260с.

108. Чмыр, А.Ф. Лесные культуры. Методические указания по исследованию корневых систем Текст. / А.Ф. Чмыр // Л, ЛТА, 1984. 37с.

109. Чмыр, А.Ф. Методология лесоводственных исследований Текст. / А.Ф. Чмыр, И.А. Маркова, С.В. Сеннов // СПб, ЛТА, 2001. 96с.

110. Чмыр, А.Ф. Структура и экология вторичных лиственных лесов на вырубках и их реконструкция Текст. / А.Ф. Чмыр // СПб, СПбНИИЛХ, 2002. 234с.

111. Шумаков, B.C. Современные способы подготовки почвы под лесные культуры Текст. / B.C. Шумаков, В.Н. Кураев // М, Лесная промышленность, 1973. — 160с.

112. Шутов, И.В. Лесосырьевые плантации в России: сохранение бореальных лесов, дополнительное сырье, сокращение расходов на транспорт Текст. / И.В. Шутов, Е.Л. Маслаков, И.А. Маркова // Лесное хозяйство, 1997, №6. С.4-7

113. Шутов, И.В. Значение неравномерного размещения деревьев в культурах сосны Текст. / И.В. Шутов, JI.H. Товкач, Н.М. Минакова, В.Г. Сергиенко, Р.В. Власов // Лесное хозяйство, 2001, № 4. С. 18-20

114. Шутов, И.В. Значение неравномерного размещения деревьев в культурах сосны Текст. / И.В. Шутов, Л.Н. Товкач, Н.М. Минакова, В.Г. Сергиенко, Р.В. Власов // Известия вузов. Лесной журнал, 2002, № 1. — С.47- -55

115. Шутов, И.В. Плантационное лесоводство Текст. / И.В. Шутов, И.А. Маркова, А.Я. Омельяненко, М.В. Постников, Л.Н. Товкач, Р.В. Власов, Е.В. Подшиваев, В.Г. Сергиенко, // СПб, СПбГПУ, 2007. 366с.

116. Щербакова, Л.Б. // Энергетический подход в оценки эффективности защитного лесоразведения Текст. / Л.Б. Щербакова // Агролесоландшафты: проблемы, свойства, управление, оценка. Сборник научных трудов ВНИАЛМИ, вып. 1 (106), 1995. .

117. Ярмишко, В.Т. Методы изучения лесных сообществ Текст. / В.Т. Ярмишко // СПб, НИИХимии СПбГУ, 2002. 240 с.

118. Ястребов, А.Б. О процессе дифференциации древостоя Текст. / А.Б. Ястребов // Вестник ЛГУ, Сер. 3, 1989, вып. 1, №3. С.45-53

119. Ai-guo, D. Изучение закономерностей изучения биоамассы в лесных культурах кунингамии ланцетной Текст. / D. Ai-guo, Z. Sian-guo, Н. Cai-yun, Т. Shu-zhen // Linye kexue yanjiu = Forest Res, 2005, №2 (18). P. 125132

120. Bandara, G.D. Effects of pruning and understorey vegetation on crown development, biomass increment and above-ground carbon partitioning in Pinus Radiata trees growing at a dryland agroforestry site Текст. / G.D. Bandara,

121. D. Whitehead, D.J. Mead, D.J. Moot // Forest Ecology, and Management, 1999, №2-3 (124). -P.241-254

122. Bock, M.D. Mechanical site preparation impacts on soil properties and vegetation communities in the Northwest Territories Текст. / M.D. Bock, R.K. Van CJ. // Can. J. Forest Res., 2002, № 8 (32). -P. 1381-1392

123. Bohuslav, V. Biomasa smrkoveho porostu v chiumni oblasti Текст. / V. Bohuslav, S. Antonin // Pr. VULHM, 1981, №59. P.83-99

124. Bond-Lamberty, B. Net primary production and net ecosystem production of a boreal black spruce wildfire chronosequence Текст. / В. Bond-Lamberty, С. Wang, S.T. Gower // Glob. Change Biol., 2004, №4 (21). P.473-487

125. Cao, G. Особенности пространственного размещения куннингамии ланцетной и сопряженных с нею древесных пород на горе Хутуо Текст. / G. Cao, S. Lin, Z. Cao, В. Ding // Zhejiang linxueyuan xuebao = J. Zhejiang Forest. Coll, 2002., № 2 (19). P.148-152

126. Chen, S. Ротация балансовой плантации Eucalyptus grandis x urophylla Текст. / S. Chen, G. Zsiou, Y. Lin // Linye kexue yanjiu = Forest Res., 2002. №4 (15). -P.394-398

127. Cheng, С. Исследование техники разведения бесскучковой древесины Cunninghamia lanceolata Текст. / С. Cheng // Linye kexue yanjiu = Forest. Res, 2005, №5 (18)-P.530-534

128. Chunjiang, L. Biomass distribution in a young Scots pine stand Текст. / L. Chunjiang, I. Hannu // Boreal Environ. Res. 2001, №1 (6). - C.3-8

129. Du, T.B. Effects of site management on leaf area, early biomass development, and stand growth efficientcy of a Eucalyptus grandlis plantation in South Africa Текст. / T.B. Du, S.B. Dovey // Can. J. Forest Res., 2005, №4 (35). -P.891-900

130. Flemmy, R.L. Upland black spruce stand development 17 years after cleaning and precommercial thinning Текст. / Flemmy R.L., Mossa D.S., Marek G.T. // Forest Chronics, 2005, № 1 (81). P.31-41

131. Hannu, I. Biomass distnbution in a young Scots pine stand Текст. /1. Hannu, L. Chunjiang // Boreal Environ. Res., 2001.№1 (6). P.3-8

132. Hunger, W. Zum Einflub der Bodenbehandlung auf das Wachstum einer Fichtenplantage Текст. / W. Hunger // Soz. Forstwirt., 1985, №12 (35). -P.371-372

133. Kjelvik S. Biomass, nutriet content and energy of some dwarf shrubs in a Norwegian subalpine birch forest / S. Kjelvik, F.E. Wielgolaski // Turun yliopiston julk, 1974, Sar. A 11, №55. C. 47-51

134. Lavery, J.M. The influence of red alder patches on ligth, litterfall, and soil nutrients in adjacent conifer stands Текст. / J.M. Lavery, P.G. Comeau, C.E. Prescott // Can. J. Forest Res. 2004. -34, №1, - P.56-64.

135. Leonardi S. Valeur energetique de Quercus ilex L. de la litiere dun bois / S. Leonardi, G. Maugeri, A. Linser-Bordellon // Oecol. Plant, 1977, 12, №3. C. 301-304

136. Madgwick, H.A.I. Estimating of above-ground weight of forest plots using basal ratio metod Текст. / H.A.I. Madgwick // New Zeland J. Forest Sci., V.ll, №3, 1982. P.278-286

137. Makinen, H. Effect of wide spacing on increment and branch properties of young Norway spruce Текст. / H. Makinen, S. Hein // Europe J. Forest Res, 2006, № 3 (125) p.239-248

138. Marjokorpi, A. Zum Umgang mit Biodiversitat in industriellen Baumplantagen in den Tropen Ein Fallbeispiel aus West-Kalimantan in Indonesien. Текст. / A. Marjokorpi // Holzzucht, 2000, № 1-4 (54), c. 9-10.

139. Morten, I. Above ground biomass and nutrient distribution in a limed and fertilized Norway spruce (Picea abies) plantation. Part II. Accumulation of biomass and nutrients Текст. /1. Morten, H. Leif // Forest Ecol. and Manag, 1999, №1-3(119).-P.21-38

140. Papp L.B. Caloric values of the dominant species in an oak forest / L.B. Papp // Acta bot. Acad. Sci. hung, 1975, 21, №3-4. C. 347-352

141. Reque, K.J. Prescripciones selvicolas para roble albar (Quercus petraea) en la Cordillera Cantabrica a partir de un analisis sincronico Текст. / K.J. Reque // Invest, agr. Sist. & recurs, forest, 2002, № 2 (11). P.283-297

142. Ruben, P.W. Silvopastorale Systeme: Eine forstliche. Option fur Farmaktivitaten im sudlichen Chile Текст. / P.W. Ruben // Holzzucht, 2000, №14 (54)-P.24-26

143. Sack, K. Weitverbande und wertastung in fichten bestanden Текст. / К. Sack // Osterr. Forstztg, 2003, №7 (114) P.8-9

144. Stone, E.L. Effects of species on nutrient cycles and soil change Текст. / E.L. Stone // Phil. Trans. Roy. Soc. London, 1975, №911 (B271). P.49-162

145. Tony, Q.J. Impact of initial spacing and precommercial thinning on jack pine tree growth and stem quality Текст. / Q.J. Tony, S.Y. Zhany // Forest Chronics, 2005, №3 (81)-p. 418-428

146. Vri, V. The budget of demand for nitrogen in grey alder (Alnus incana (L.) Moench) plantanion on abandoned agricultural land in Estonia Текст. / К. Lohmus, H. Tullus // Bait. Forest. 2004. - 10, №1. - P.12-18.

147. Vuokila, Y. Puuston maaran vaikutus istutuskuusikon kehitykseen, kasvuun ja tuotokseen Текст. / Y. Vuokila // Folia forestalia, 1985, №636. — 18p.

148. Wang, В. Влияние обрезки, проведённой для стимулирования прироста ствола, на динамику годичного прироста ветвей у Paulowtiia Текст. / В. Wang, J. Li, Z. Sun, R. Wen, J. Qiao, G. Ru, Z. Li // Linye kexue yanjiu = Forest. Res, 2005, №5 (18)-P.609-614

149. Wiedmer, E. Biomass and primary productivity of an Alnus viridis stand a case study from the Schachental valley Switzerland Текст. / E. Wiedmer // Senn-Irlet Bdtrice Hot. hi-lv. 2006, № 1 (116). - P.55-64

150. Yuan, Y. Изучение площади притенения дерева и расстояний между деревьями в системе временного сельскохозяйственного землепользования в междурядьях тополёвой плантации Текст. / Y. Yuan, J.

151. Wang, Т. Yan, Y. Wang, S. Zhang, B. Li // Hebei nongye daxue xuebao = J. Agr. Univ. Hebei, 2002, N92. P.32-37

152. Грозева, M. Структура и химичен състав на биомасата в смърчово насаждение от Рила планина Текст. / М. Грозева, Е.П. Дмитров, И. Джоргов // Горскостоп, Наука, 1986, №2 (23). С.52-58

Информация о работе

Бурцев, Даниил Сергеевич
кандидата сельскохозяйственных наук
Санкт-Петербург, 2009
ВАК 06.03.01

Диссертация

Лесоводственная оценка и энергетическая эффективность разных технологий создания лесных культур - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы