Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Лесоводственно-хозяйственная эффективность рубок ухода в сосновых насаждениях средней подзоны тайги Архангельской области

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Лесоводственно-хозяйственная эффективность рубок ухода в сосновых насаждениях средней подзоны тайги Архангельской области"

005537139

На правах рукописи

ЗАХАРОВ АНДРЕЙ ЮРЬЕВИЧ

ЛЕСОВОДСТВЕННО-ХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

РУБОК УХОДА В СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЯХ СРЕДНЕЙ ПОДЗОНЫ ТАЙГИ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

7 НОЯ 2013

Архангельск — 2013

005537139

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»

Научный руководитель:

Наквасииа Елена Николаевна,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Официальные оппоненты:

Третьяков Сергей Васильевич,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова», заведующий кафедрой лесной таксации и лесоустройства;

Тарханов Сергей Николаевич,

доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник, ФГБУН Институт экологических проблем Севера УРО РАН, заведующий лабораторией экологических популяций и сообществ.

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова» (194021, г. Санкт-Петербург, Институтский переулок, д. 5).

Защита состоится 03 декабря 2013 года в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.03 на базе ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» по адресу: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, главный корпус, ауд. 1220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова».

Автореферат разослан 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшей задачей современного лесоводства является повышение продуктивности лесов и рациональное использование лесных ресурсов. В Архангельской области в результате длительной и интенсивной эксплуатации лесов на месте коренных высокопроизводительных сосняков за счет смены пород сформировались менее продуктивные вторичные, антропогенные леса. Изменилась не только породная и возрастная структура, но и на 50-60% снизилась их продуктивность, на 30-40 лет увеличился оборот рубки хвойного хозяйства.

Основным путем в лесном хозяйстве для предотвращения нежелательной смены пород и породного состава, как в естественных, так и искусственных насаждениях являются рубки ухода. Рубками ухода можно оптимизировать условия восстановления и роста хвойных, организовать рациональное лесопользование и целевое формирование лесов. Однако в настоящее время отсутствует региональная нормативная база, регламентирующая их проведение. Исследования на стационарных опытных объектах, охватывающие период от молодняков до возраста приспевания, позволят уточнить организационно-технические параметры рубок ухода.

Степень изученности вопроса. Вопрос рубок ухода изучается достаточно давно, первые труды относятся к середине XVIII века. В дальнейшем интерес к данному лесохозяйственному мероприятию только рос, и остается актуальным в настоящее время. Изучение рубок ухода в таежной зоне Европейского Севера проводили М.Е. Ткаченко, П.Н. Львов, A.A. Плохов, Г.А. Чибисов, Н.С. Минин С.М. Сенкевич, С.С. Зябченко, С.Н. Сеннов, A.B. Савина, A.B. Грязькин, Н.В. Беляева и др. Комплексных исследований рубок ухода в естественных сосновых насаждениях до возраста приспевания, а также в сосняках искусственного происхождения в средней подзоне тайги проведено не достаточно.

Цель и задачи исследования. Выявить закономерности лесоводственной и хозяйственной эффективности рубок ухода в естественных и искусственных сосновых насаждениях для совершенствования региональных нормативов по уходу за лесом.

Задачи исследования: проанализировать динамику формирования и изменение таксационных характеристик естественных и искусственных сосновых насаждений черничного типа леса, пройденных рубками ухода; установить закономерности изменения макроструктуры и плотности древесины сосны под воздействием рубок ухода; выявить сортиментную структуру естественных и искусственных сосновых насаждений, пройденных рубками ухода; дать рекомендации по проведению рубок ухода в естественных сосновых насаждениях и лесных культурах сосны, созданных посевом.

Научная новизна состоит в том, что для черничного типа леса Архангельской области (подзона средней тайги Европейского Севера) выявлены региональные закономерности формирования насаждений рубками ухода в чистых и смешанных сосновых насаждениях до возраста приспевания.

Впервые оценено влияние различного числа приемов и интенсивности рубок ухода на рост и развитие 50-летних лесных культур сосны, созданных посевом. Проведены исследования макроструктуры и плотности древесины сосны, захватывающие период с возраста молодняков до IV класса возраста в естественных насаждениях, выявлена взаимосвязь данных показателей с режимами рубок ухода. Впервые определены особенности формирования сортиментно-товарной структуры разреженных сосновых насаждений к возрасту приспевания. Скорректирована система рубок ухода в сосновых насаждениях естественного и искусственного происхождения.

Практическая значимость работы. Уточнены параметры рубок ухода, позволяющие вести интенсивное лесное хозяйство с выращиванием высококачественной хвойной древесины без промежуточной смены на лиственное насаждение в черничном типе леса средней подзоны тайги. Доказано, что рубки ухода позволяют к возрасту приспевания сформировать высококачественную древесину, отвечающую самым высоким требованиям согласно ГОСТ 968-68, что позволит вести целевое лесовыращивание. Подобраны варианты рубок ухода в искусственных насаждениях, созданных посевом, дающие наилучший лесоводственно-хозяйственный эффект. Полученные данные могут быть использованы для составления региональных нормативов рубок ухода.

Апробация результатов и публикации по теме диссертации. Результаты исследования докладывались на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова (Архангельск, 2012 - 2013); на XVIII Всероссийской молодежной научной конференции «Актуальные проблемы биологии и экологии», где был отмечен дипломом за лучший доклад (г. Сыктывкар, 2011); на отчетной сессии сотрудников ФБУ «СевНИИЛХ» по итогам научно-исследовательских работ (Архангельск, 2009); на региональной научно-практической конференции «Образование и наука: ступени развития» в рамках ежегодной конференции «Ломоносова достойные потомки» (Архангельск, 2010). Результаты исследований представлены на конкурсах научных работ: Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ аспирантов в области наук о Земле, проходившем в Национальном исследовательском Томском государственном университете (диплом за II место, 2012); конкурсе научных и опытно-исследовательских проектов аспирантов, молодых ученых научно-исследовательских институтов и студентов государственных образовательных учреждений среднего профессионального образования, находящихся в ведении Рослесхоза (диплом за III место, 2012).

По теме диссертации опубликовано восемь работ, четыре из которых в изданиях из перечня ВАК, а также практическое пособие «Лесоводственная и экономическая эффективность рубок ухода» (в соавторстве).

Часть диссертационных исследований выполнены при грантовой поддержке Правительства Архангельской области в рамках областного конкурса «Молодые ученые Поморья» (№ 03-24, 2010 г., руководитель; № 07-

2013-03а, 2013 г., исполнитель) и Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова в рамках внутреннего конкурса научно-исследовательских и инновационных проектов студентов и молодых ученых по приоритетным направлениям развития университета (2012 г., руководитель). Материалы диссертационных исследований вошли в отчеты НИР ФБУ «СевНИИЛХ» (Сводный план Рослесхоза, приказ № 26-р от 13.05.2009; № 25-р от 11.05.2010; № 11-р от 29.03.2011, 2009-2011 гг.; Государственное задание, приказ Рослесхоза №564 от 27.12.2012, 2013 г., промежуточный).

Научные положения, составляющие предмет защиты:

- Закономерности динамики формирования рубками ухода естественных (чистые и смешанные) и искусственных (посев) сосновых насаждений до возраста приспевания в черничном типе леса средней подзоны тайги Архангельской области.

- Рубки ухода позволяют к возрасту приспевания получить в чистых и в смешанных сосновых насаждениях черничного типа леса высококачественную древесину, соответствующую ГОСТ 968-68 на авиационные пиломатериалы.

- Особенности хозяйственной структуры (количество древесины по категориям крупности и видам получаемых лесоматериалов) сосновых насаждений ПНУ класса возраста, сформированных рубками ухода.

- Научно-обоснованные предложения по воспроизводству хвойных пород в системе «лесопользование - лесовосстановление - лесовыращивание -лесопользование», позволяющие выращивать целевые хвойные насаждения без промежуточной смены на лиственные в среднетаежной подзоне Архангельской области.

Личный вклад автора. Проведен аналитический обзор литературных источников; поставлена научная задача; разработана методика исследования; проведены полевые работы на постоянных пробных площадях естественного (2010 г.) и искусственного (2012 г.) происхождения; проведена камеральная обработка полученных материалов, в том числе работы по изучению качества древесины (макроструктуры и плотности); обработаны и проанализированы полевые и камеральные результаты прошлых лет (из архива СевНИИЛХ), сформулированы выводы и предложения. Работа является результатом 4-летних (2009 - 2013 гг.) исследований автора.

Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечивается достаточным объемом экспериментальных материалов, использованием при обработке математических методов и современных вычислительных средств, разносторонним комплексным подходом к решению поставленных научных задач, а также проведением исследований на уникальных стационарных объектах, заложенных сотрудниками Северного научно-исследовательского института лесного хозяйства и Архангельского государственного технического университета (ныне САФУ имени М.В. Ломоносова) 35-50 лет назад.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 150 страницах и включает введение, 6 глав, заключение, список использованных

литературных источников из 207 наименований, в том числе 7 на иностранном языке. В тексте содержится 37 таблиц и 17 иллюстраций.

Благодарности. Автор чтит память доктора с.-х. наук, профессора и наставника Г.А. Чибисова] и искренне поддерживает заложенные им идеи. Выражает благодарность научному руководителю д. с.-х. наук, профессору E.H. Наквасиной за помощь на всех этапах выполнения работы и канд. с.-х. наук, доценту Н.С. Минину за организацию полевых исследований и консультации при выполнении диссертационного исследования.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Изучению рубок ухода в средней подзоне тайги Европейского Севера посвящены работы ученых Архангельского института леса и лесохимии (ныне СевНИИЛХ) и Архангельского лесотехнического института (ныне САФУ) (Чибисов, Поротов, Жариков, 1978,1979; 1988; Чибисов, 1977,1989, 1997, 2000, 2004, 2008, 2011; Нефедова, 1976, 1978, 1984; Нефедова, Чибисов, 1987; Минин, 1983, 1992; Минин, Чибисов, 1991; Портов, 1984; Чибисов, Поротов, Нефедова, Москалева, 1978, 1981; Львов, Ипатов, Плохов, 1980 и др.), в том числе работы посвященные влиянию рубок ухода на внутреннюю среду насаждений (Нефедова, 1984; Нефедова, Чибисов, 1987; Чибисов, Поротов, Нефедова, Москалева, 1981; Чибисов, Нефедова, 2003, 2007). Проблемы рубок ухода в других регионах находят отражение в работах К.Б. Лосницкого (1937), М.Е. Ткаченко (1952), A.B. Савиной (1956, 1961), Н.П. Георгиевского (1957), A.A. Молчанова (1961), H.A. Луганского, Г.П. Макаренко (1977), A.B. Савиной, М.В. Журавлевой (1978), А.И. Бузыкина, Л.С. Пшеничниковой (1980), А.И. Юодвалькиса (1981), В.Ф. Цветкова (1979, 1981), С.Н. Сеннова (1977, 1984, 1999, 2001, 2008), Б.А. Шустова (1938, 1940); В.М. Иванюты (1968), B.C. Чуенкова (1974), Л.А. Кайрюкштиса (1969), C.B. Белова (1977), В.Г. Атрохина, И.К. Иевиня (1985), В.Г. Атрохина (1977,1978,1980) и др.

Изучением организационно-технических элементов рубок ухода и биологической продуктивности сосняков искусственного происхождения на Европейском Севере занимались Н.Т. Смирнова (1960), A.M. Кожевникова (1974), A.A. Иванчиков (1984), Н.И. Казимиров и др. (1977), Г.А. Чибисов, В.Н. Портов, В.М. Жариков (1977), Н.С. Минин (1982, 1985, 1994, 1997, 2004), Н.С. Минин, Г.А. Чибисов (1997). Позднее рубки ухода в лесных культурах изучали Н.С. Минин (1999, 2002, 2003); Н.С. Минин, Л.Е. Крыжановская (2005); H.A. Бабич, В.И. Мелехов, С.А. Корчагов (2003).

2. ЕСТЕСТВЕННО-ИСТОРИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

Архангельская область - один из самых многолесных регионов Российской Федерации. По запасам древесины занимает второе место в Северо-Западном федеральном округе. В связи с этим лесопромышленный комплекс является определяющей хозяйственной отраслью, от эффективности работы которой во

многом зависит благосостояние населения, экономическая и социальная обстановка в регионе. Леса занимают 54% территории области, и их площадь составляет 29,1 млн.га. Общий запас древесины на землях лесного фонда области оценивается в 2,5 млрд. м3, в том числе хвойных - 2,1 млрд. м3.

Лесной фонд вторичных лесов в Архангельской области обладает большими ресурсами для организации рационального промежуточного пользования. Объем его может составлять в целом около 50, а в некоторых районах до 90 % от общего лесопользования. Однако необходимо совершенствовать всю систему планирования и проведения рубок ухода, начиная с нормативно-справочной информации.

3. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И ОБЪЕМ РАБОТ

Экспериментальный материал был собран в 2010 и 2012 гг. на постоянных пробных площадях, заложенных сотрудниками СевНИИЛХ (объекты естественных сосновых насаждений) и доцентом кафедры лесоводства и почвоведения С(А)ФУ Н.С. Мининым (объекты искусственных сосновых насаждений) в Обозерском лесничестве, на которых в 1959 - 1991 гг., были проведены рубки ухода, отличающиеся подходом к проведению, числом приемов и интенсивностью. Все объекты были объединены в три большие серии: чистые сосняки, смешанные сосняки со вторым ярусом ели, лесные культуры сосны. На каждой из секций были выделены контрольные пробные площади, не затронутые уходом. Для анализа динамики таксационных показателей использовались материалы предыдущих учетов из отчетов АИЛиЛХ (СевНИИЛХ) и предоставленные Г.А. Чибисовым и Н.С. Мининым. По разным секциям использовано от 6 до 8 учетов.

Обозерское лесничество согласно действующему лесному законодательству отнесено к подзоне северной тайги (Приказ Минсельхоза РФ от 04.02.2009 №37; Приказ Рослесхоза от 09.03.2011 №61). При изложении материалов исследования мы придерживались ранее принятым лесорастительным районированием (Курнаев, 1973; Мелехов, Чертовской, Моисеев, 1966), относя Обозерское лесничество к подзоне средней тайги.

При инвентаризации пробных площадей применялся метод подеревного перечета. Позднее номера деревьев были утрачены, поэтому последняя инвентаризация (2010 и 2012 года) была проведена методом сплошного перечета. Перечет деревьев проводился по двухсантиметровым ступеням толщины, с разделением по породам и группировкой на здоровые и сухие. Для построения графика высот были замерены высоты, с помощью лазерного высотомера NiconForestry 550, и диаметр на высоте 1,3 м у 10 - 15 деревьев каждой породы. Для изучения влияния рубок ухода на макроструктуру формирующейся древесины и ее физико-механические свойства у деревьев брались образцы древесины - керны. Отбор кернов из стволов производился с помощью приростного бурава на высоте груди. Керны брали у 3-4деревьев по категориям крупности: крупные, средние, мелкие (Столяров, Полубояринов,

Декартов, 1988). Для разбивки деревьев на категории крупности использовали лимиты распределения стволов по диаметру (Минин, Крыжановская, 2005).

При определении таксационных характеристик древостоев применялись общепринятые в таксации методы.

Ширину годичного слоя и ширину зоны поздней древесины от коры к центру определяли с помощью микроскопа МИР-12, снабженного микрометром с точностью до 0,01 мм (крупные и средние) и на микротомных срезах с помощью микроскопа МБД-1 со специальной окулярной насадкой МОВ-1-15х (мелкие). Образцы серии сосняков со вторым ярусом ели были обработаны на приборе Lintab-5 (с точностью до 0,01 мм).

Базисную плотность отобранных образцов древесины определяли «способом выталкивающей силы образцов, погруженных в жидкость» (Полубояринов, 1976; Использование кернов древесины. ..,1988).

При определении лесоводственной и хозяйственной эффективности проведения рубок ухода учитывались следующие показатели: изменение среднего диаметра, высоты и запаса насаждений, состава древостоя и распределение запаса по категориям крупности получаемых сортиментов (крупная, средняя, мелкая) и видам лесоматериалов (пиловочник и баланс).

При обработке данных применяли методы вариационной статистики. При установлении взаимосвязи между признаками насаждения и различными факторами - коэффициенты корреляции. Статистическая обработка проводилась стандартным статистическим пакетом, входящим в состав программы Microsoft Excel.

4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РОСТА СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ ПОД ВЛИЯНИЕМ РУБОК УХОДА

4.1. Чистые сосновые насаждения

Начало формирования серии чистых сосняков посредством рубок ухода было положено в 1959 году сотрудниками Архангельского института леса и лесохимии (ныне Северный НИИ лесного хозяйства) под руководством директора лесной опытной станции Л.А. Ершова. Начиная с 1961 года, наблюдения проводились под руководством Г.А. Чибисова.

Сосново-березовые молодняки с составом 6С4Бед.Ос пройдены первым приемом рубок ухода в возрасте 13-15 лет. При равномерном прореживании, в первую очередь, вырубались береза и осина, затем поврежденные и больные экземпляры сосны и деревья, нарушающие равномерность размещения. В результате всех уходов сформированы чистые сосняки без елового подроста с числом деревьев на один гектар 4,5 тыс. (контроль); 1,6 тыс. (ПП 15); 1,0 тыс. (ПП 16); 0,7 тыс. (ПП 17); 0,33 тыс. (ПП 18). Через 27 лет на пробной площади 15 проведен повторный уход и на 1 га осталось 800 деревьев.

Спустя 51 год после проведения рубок ухода различия таксационных показателей на пробных площадях с различной густотой и на контроле значительны (таблица 4.1). Проведение рубок ухода во всех случаях вызвало более значительное увеличение среднего диаметра, по сравнению с контролем,

причем наибольшее увеличение среднего диаметра древостоя наблюдается в вариантах с минимальной густотой после разреживаний (ПП 17 и ПП 18). Средняя высота разреженных древостоев имеет обратную зависимость от густоты: чем ниже густота насаждения, тем ниже средняя высота.

Таблица 4.1

Таксационная характеристика пробных площадей по состоянию на 2010 год

(спустя 51 год после проведения уходов)

Пробная площадь/ Густота, шт./га Состав древостоя Средние Число стволов, шт./га. Запас

по запасу по числу стволов Порода диаметр, см высота, м Относительная полнота По породам, м3/га. Доля от общего, %

ПП 15 837 100С 100С С 23,6 21,5 0,97 837 374,0 100

ПП 16 894 100С 100С С 22,1 20,8 0,89 894 328,8 100

ПП 17 596 100С 100С С 25,6 20,5 0,84 596 303,24 100

ПП 18 234 100С 100С С 30,2 19,8 0,47 234 160,6 100

ПП Зк С 16,7 18,3 0,64 1000 194,7 77,2

Конт- 77С22Б 56С44Б Б 11,3 16,1 0,35 769 57,6 22,8

роль 1000 Итого 1796 252,3 100

Средние ежегодные приросты насаждений пройденных рубками ухода выше контрольных (таблица 4.2) на 12-19% по высоте, на 33-89% по диаметру и

на 55-107% по запасу.

Таблица 4.2

Средний ежегодный прирост таксационных показателей сосны по пробным

_площадям_

Пробная площадь / Густота, шт./га Густота, % от начального Средние ежегодные приросты

По диаметру, см В высоту, м По сумме площадей сечений, м2 По запасу, м3/га

ППЗК (Контроль) / 1000 20 0,27 0,30 0,33 3,78

ПП 15/ 837 35 0,39 0,35 0,70 7,83

ПП 16 / 894 86 0,36 0,35 0,69 6,96

ПП 17/596 80 0,42 0,34 0,63 6,43

Повторные перечеты дают возможность проследить динамику распределения деревьев сосны по естественным ступеням толщины в связи с давностью рубок ухода и густотой (рисунок 4.1).На протяжении всего периода наблюдения распределение деревьев по естественным ступеням толщины насаждений, пройденных рубками ухода, значительно отличается от контрольного. В первую очередь различие наблюдается в равномерности распределения и большем количестве крупных деревьев (больше среднего).

-Контроль----- по A.B. Тюрину

Рисунок 4.1 - Распределение деревьев сосны в насаждениях по естественным ступеням толщины: а - 1972 год (13 лет после ухода);

6-2010 год (51 год после ухода).

Таким образом, рубки ухода приводят к значительному лесоводственному эффекту посредством увеличения прироста по диаметру, высоте и по запасу. Исключением безоговорочной лесоводственной эффективности рубок ухода в сосновых насаждениях служит насаждение с предельно критической густотой (ПП 18- 330 шт./га). Здесь проведенное разреживание обусловило снижение средней высоты и запаса древостоя.

4.2. Смешанные сосновые насаждения со вторым ярусом ели

В 1974 году институтом леса и лесохимии в исходном сосново-березовом насаждении, образовавшемся после пожара 30-х годов, заложено три пробные площади (ПП) с различными вариантами рубок ухода. В период с 1974 по 1991 годы на пробных площадях 5-74 и 6-74 сотрудниками института леса и лесохимии (АИЛиЛх) было проведено три приема рубок ухода. Пробная площадь 7к-74 оставалась в качестве контроля.

Первый прием рубок ухода был проведен в год закладки пробных площадей в возрасте насаждения 39-40 лет в его сосново-березовой части. Интенсивность разреживания составила 31% по запасу на ПП 5 - вырубалась в основном береза; и 21% на ПП 6 - сосна и береза подвергались выборке в равных долях. Второй прием рубок ухода был проведен в возрасте насаждения 52 года за еловым ярусом, которым сформирована густота 1600 шт./га на ПП 574 и 1500 шт./га на ПП 6-74. В возрасте насаждения 56 лет уходу подвергались оба яруса, причем в большей степени внимание было уделено сосново-березовой части насаждения. В результате сформированы насаждения различной густоты: ПП 5-74 - 679 шт./га - первый ярус; 1148 шт./га - второй ярус; ПП 6-74 - 1209 и 1000 шт./га; ПП 7к - 3153 и 3231 шт./га соответственно. Сосново-березовый ярус достиг 75-летнего возраста, но в нем до сих пор происходят процессы дифференциации и естественного отбора, что видно по количеству сухостоя. Наибольшие таксационные показатели (таблица 4.3)

отмечены на ГШ 5 с наиболее интенсивным разреживанием. По сравнению с контролем средний диаметр сосны на ПП 5-74 составляет 112%, на ПП-б-74 -102%; высота 104% и 106% соответственно. Средние таксационные показатели и запас ели на площадях с проведенными уходами значительно превышают

Таблица 4.3

Таксационная характеристика пробных площадей на 2010 год (спустя 36 лет

после первого приема)

Пробная площадь Средние Запас Средний ежегодный прирост

Состав древоста по запас) Порода Густота, шт./га диаметр, см высота, м По породам, м3/га. Доля от общего*, % по диаметру, см по высоте, м по запасу, м3/га

73С27Б С 509 23,8 22,0 236 61,20 0,36 0,31 5,08

5-74 Б 211 24,2 20,6 86,4 22,41 0,41 0,25 3,37

100Е Е 1280 10,7 9,4 63,2 16,39 0,2 0,16 1,83

66С34Б С 632 21,7 22,5 247,8 59,77 0,36 0,33 5,59

6-74 Б 466 19,5 21,7 125,4 30,25 0,29 0,33 2,98

ЮОЕ Е 1173 9,5 8,3 41,4 9,99 0,19 0,15 1,02

66С34Б С 801 21,2 21,2 286 60,98 0,34 0,29 4,53

7к-74 Б 1018 15,1 18,5 148,6 31,68 0,21 0,24 2,32

ЮОЕ Е 3129 6,2 5,8 35 7,46 0,09 0,07 0,74

* от суммы запасов первого и второго ярусов

показатели контроля. Спустя 19 лет после проведения третьего приема уходов, на контрольной пробной площади наличный запас древесины ели ниже на 6,5 -28 м3/га, по сравнению с разреженными площадями.

Средний ежегодный прирост ели по диаметру 0,19 - 0,20 см в год, что в 2 раза выше контрольного (0,09 см в год). Аналогичная закономерность наблюдается у среднего ежегодного прироста ели в высоту. Средний ежегодный прирост елового яруса разреженных насаждений по запасу на 0,28 -1,09 м3/га выше контрольного, а средние объемы хлыста составляют 0,050 м , 0,035 м3 и 0,011 м3 на ПП 5-74, ПП 6-74 и контроле соответственно. Таким образом, рубки ухода обеспечивают лучшие условия роста и развития елового яруса в смешанном насаждении.

Характер распределения деревьев сосны в контрольном насаждении через 19 лет после проведения последнего ухода говорит об интенсивных процессах дифференциации. На площадях, пройденных рубками ухода распределение деревьев сосны близко к нормальному. Распределение стволов ели по естественным ступеням толщины имеет похожую тенденцию распределения, что и сосны в 1 ярусе.

4.3. Сосновые насаждения искусственного происхождения

Объектами исследования являются стационарные пробные площади, в культурах сосны, созданных в 1961 г. механизированным посевом покровосдирателем-сеялкой ПСТ-2А по свежей исходного типа леса черничника свежего.

Первый прием рубок ухода был проведен в 1970 году для формирования целевого состава. Целью второго приема (1980 г.), проведенного в возрасте 20 лет, являлся уход за формой стволов, крон и приростом сосновой части насаждения. В результате двух уходов сформированы сосновые насаждения различного состава и густоты (таблица 4.4).

На протяжении 40 лет отличие по высоте и диаметру сосны (таблица 4.4) в вариантах с рубками ухода («механическое» увеличение) и контроля не только сохраняется, но и возрастает. Если в первые годы после уходов (через 10 лет) оно составляло по средним диаметрам 1,0-2,7 см, по высоте - 0,3-0,9 м, то через 42 года увеличилось соответственно до 1,2-4,9 см и 1,3-2,7 м за счет прироста стволов в результате рубок ухода. Наибольшие различия наблюдались в вариантах с двумя приемами рубок ухода.

Таблица 4.4

Динамика основных таксационных показателей сосны в лесных культурах,

пройденных рубками ухода по годам исследований.

Показатели Год учета Ва рианты опыта

12К-70 контроль 12К-80 12а 126 12в

Число стволов, тыс. штУга 1970 15.4« 10,0 ТА 6,5 82 6,5 82 6.6 М 6,5

1980 12.7 7,3 2Л 6,4 13 2,7 Ш 2,4 Ы 1,6

2012 Ш 1,6 ш 1,9 И 1,3 1! 1,2 12 1,1

Средний диаметр, СМ . 1970 1,3 1,4 1,4 1,3 1,4

1980 5,0 6,0 7,0 6,8 7,7

2012 12,4 13,6 15,1 15,2 17,3

Средняя высота, м 1970 2,7 2,9 2,8 2,7 2,8

1980 5,3 5,6 6,0 5,9 6,2

2012 15,2 16,5 16,6 17,1 17,9

Запас, м'/га 1970 48 66 57 52 55

1980 48 66 40 33 29

2012 150 225 189 183 230

* В числителе - общее количество деревьев, в знаменателе - сосны. Данные за предыдущие годы учета предоставлены Н.С. Мининым.

Запасы сосны в вариантах с двумя приемами рубок ухода варианты (12а,12б,12в) восстановились до уровня контрольного через 15-19 лет после разреживаний, и к возрасту 51 год различия с контролем составили 33-80 м /га. На участке с одним приемом рубок ухода вариант (12к-80) запас сосны на протяжении 40 лет оставался выше контрольного.

Спустя 32 года с момента уходов наблюдается активная дифференциация деревьев как на рубочных, так и на контрольных площадях. Кривые распределения стволов на площаях с рубками ухода имеют две вершины в

ступенях 0,7-0,8 и 1,0-1,2. Распределение деревьев контрольных насаждений не так сильно растянуто (0,4-1,7), оно имеет ярко выраженные вершины в ступенях 0,7- 0,9.

5. ВЛИЯНИЕ РУБОК УХОДА НА КАЧЕСТВО ДРЕВЕСИНЫ СОСНЫ

5.1 Качество древесины в чистых сосновых насаждениях

Образцы древесины (керны) взяты в 2010 г, спустя 51 год после начала уходов. Динамика формирования древесины изучена за период 45 лет (с 20 до 64 лет) с разделением на три пятнадцатилетия (таблица 5.1).

Существенное различие ширины годичного слоя (ш.г.с.) между вариантами рубок ухода и контролем (89 - 193 %) наблюдается уже на этапе молодняка, сразу после проведения лесохозяйственного мероприятия. В среднем по насаждению в возрасте 65 лет ширина годичного слоя в контрольном варианте ниже по сравнению с рубочными площадями на 47 -103%. Доказано различие вариантов ухода с контролем по ш.г.с., но не между вариантами с густотой 600-900 шт./га.

Процент поздней древесины колеблется от 34,8 до 38,8 % по вариантам ухода, и составляет 39,9 % на контроле, что несколько выше данных О.И. Полубояринова (1976). В пределах объекта с увеличением густоты насаждения процент поздней древесины увеличивается, но не зависит ни от ширины годичного слоя ни от количества слоев в 1 сантиметре. Достоверность различия вариантов ухода с контролем доказана на 5% уровне значимости.

На площадях с рубками ухода количество годичных слоев в 1 см древесины сосны на контроле превышает варианты рубочных площадей на 39,0 - 103,6 %, в то время как между собой варианты с рубками ухода различаются незначительно (0,3 - 1,3 годичных слоя на 1 см). Наименьшее число слоев отмечается у сосны на пробной площади с самым редким стоянием деревьев (234 шт./га). Наблюдается высокая и очень высокая связь диаметра деревьев с шириной годичного слоя и числом годичных слоев в 1 сантиметре. Статистические различия между пробными площадями с рубками ухода не доказаны, но доказано их различие с контрольным насаждением.

Количество годичных слоев и процент содержания поздней древесины соответствует ГОСТ 968-68 «Пиломатериалы авиационные...», что говорит о высоком качестве формируемой древесины сосны на контрольных и пройденных рубками ухода площадях в условиях средней подзоны тайги Архангельской области. Плотность древесины сосны после рубок ухода с возрастом увеличивается в соответствии с естественным ходом формирования древесины (таблица 5.2), установленным О.И. Полубояриновым (1976).

В среднем по древостою плотность древесины контрольного насаждения превышает варианты рубок ухода на 6,0 - 11,8 %, и достоверность различия между ними доказана на 5 % уровне значимости. Между вариантами рубок достоверность различия не доказана.

Таблица 5.1

Сводная таблица показателей макроструктуры древесины сосны вариантов рубок ухода и контроля

Вариант/ Густота на 2010 ГОД, шт./га Возраст древостоя по периодам исследований, лет (по пятнадцатилетиям)

64-50 49-35 ' 34-20 Среднее64-20

М*т М±т М±т М±т

Ширина годичного слоя, мм % поздней древесины Число годичных слоев в 1 СМ, ШТ. Ширина годичного слоя, мм % поздней древесины Число годичных слоев в 1 см, ШТ. Ширина годичного слоя, мм % поздней древесины Число годичных слоев в 1 СМ, ШТ. Ширина годичного слоя, мм % поздней древесины Число годичных слоев в 1 см, пгг.

15 837 1,02*0.050 134,2 42.1 ±1.04 94,4 10.6±1.09 62,4 1,29*0.061 141,8 37.9*0.76 94,8 9.2*0,59 76,0 2.14*0.156 189,4 36.5*1.18 1,04 4.8*0,44 52,2 1.49*0.092 158,5 38,8*0,67 97,2 7,0*0,57 61,4

16 894 0.88*0.098 115,8 43.8*1.32 98,2 17,8*4,29 104,7 1,40*0.095 153,8 36.1*0.98 90,3 7.4*0.41 61,2 2.23*0.145 197,3 32.7*1.53 93,2 4.4*0.33 47,8 1,50*0.106 159,6 37,7*1,01 94,5 73*0,63 64,0

И 596 0,72*0.043 94,7 43.2i0.78 96,9 27.3*6.87 160,6 1.03*0.087 113,2 39,4*1,14 98,5 ш±ш 97,5 2.39*0.197 211,5 33.6*1.09 95,7 4.4*0.31 47,8 138*0.130 146,8 38.7*0.83 97,0 8.2*0,74 71,9

18 234 1.10*0.044 144,7 39,0=10,88 87,4 9,3*0.84 54,7 1.77*0.142 194,5 34.3*1.01 85,8 5.7±0.41 47,1 3.32*0.157 293,8 29,2*1,24 83,2 3.1*0.19 33,7 1.91*0.153 203,2 34,8*0,84 87,2 5,6*0,63 49,1

2к 1000 0.76*0.070 100 44.6*0.96 100 17.0*3.05 100 0.91*0.068 100 40.0*0,82 100 12.1*0.95 100 1.13*0.054 100 35,1*0,90 100 9,2*0.85 100 0.94*0.043 100 39,9*0,77 100 11.4*0.72 100

Примечание: в числителе величина, в знаменателе процент от контроля.

Таблица 5.2

Средняя плотность древесины на площадях с рубками ухода и на контроле

Вариант/ густота на 2010 год, шт./га Возраст древостоя по периодам исследований, лет (по пятнадцатилетиям)

50-64 35-49 20-34 Среднее, 20-64

М±т, % М±ш, % М±ш, % М±т, %

15 837 483,7±0,01 446,6±0,01 394,2±0,01 441.5±0.01 94,4

16 894 462,8±0,01 420,1±0,01 392,0±0,01 425.0±0.01 90,9

17 596 454,1*0,01 415,4±0,01 397,0±0,02 422.2±0,01 90,3

^ loo 448,8±0,01 407,9±0,01 393,7±0,01 418,4±0,01 89,4

Зк 1000 508,б±0,01 467,3±0,01 427,4±0,01 467.8±0,01 100

5.2 Качество древесины в смешанных сосновых насаждениях со вторым ярусом ели

В целом по древостою 75-летнего возраста, различия между вариантами ухода и контролем по ширине годичного слоя и содержанию поздней древесины незначительные, и составляют от 1 до 9% и от 3,9% до 7,4%, соответственно. Содержание поздней древесины, число годичных слоев и плотность древесины соответствует средним показателям для таежной зоны Европейской части РФ (Полубояринов, 1976; Мелехов, Бабич, Корчагов, 2003) и ГОСТ 968-68 и даже превышают их.

Плотность древесины сосны между вариантами рубок ухода на всех этапах исследования различается незначительно (0,2 - 1,5%), и в среднем за весь период наблюдений (56 лет) оказалась одинаковой. В насаждениях, пройденных уходами, разница в плотности древесины в радиальном направлении (по периодам роста) составляет 6,4 - 7,6 % или 29,3 - 35,1 кг/м , что говорит о более равномерном формирования древесины по диаметру, по сравнению с контролем (таблица 5.3). В среднем, за весь период наблюдения разница в плотности древесины между объектами исследования не превышает 3,5%. Достоверность различия между вариантами не доказана.

Таблица 5.3

Плотность древесины сосны на площадях с рубками ухода и на контроле в _смешанных сосняках со вторым ярусом ели, кг/м_

Вариант/ Густота* на 2010 год, шт./га Периоды исследований

До ухода После первого ухода После второго ухода За весь период

М±ш, % М±т, % М±т, % М±т, %

5 720 422,1±12,53 436,6±11,43 451,4±13,19 436.6±7.25 96,7

6 1098 423,2±5,27 429,3±9,33 458,3±9,18 436.9±5.43 96,9

7к 1819 430,1±13,34 448,5±9,61 474,0±10,22 450.9±7,07 100

* - Общая густота первого яруса насаждения (сумма стволов сосны и березы)

6. ЛЕСОВОДСТВЕННО-ХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РУБОК УХОДА

По каждому из изученных вариантов рубок ухода и контрольным насаждениям проведена сортиментация, позволяющая проследить количество лесоматериалов по категориям крупности и видам лесоматериалов, получаемых на выходе, то есть при проведении главной рубки. Сортиментную структуру определяли с использованием сортиментных таблиц. К категории крупных сортиментов относили сортименты с диаметром 25 см и выше, к средним-1 - от 18 до 24 см, к средним-2 - от 13 до 17 см и к мелким - сортименты с диаметром от 3 до 12 см (Лесотаксационный справочник..., 2012).

Рубки ухода с формированием чистых сосновых насаждений (ПП 15, 16, 17, 18) больше подходят для выращивания пиловочника. Использование их для получения сырья для целлюлозно-бумажной промышленности нецелесообразно, так как выход мелкой древесины здесь не высокий (рисунок 6.1а). В контрольном насаждении к 65-летнему возрасту практически не сформировалось древесины крупной категории (всего 0,3 м3/га), а количество средней категории в 2-3 раза меньше, по сравнению с насаждениями, пройденных рубками ухода.

В смешанных сосняках со вторым ярусом ели, пройденных рубками ухода выход крупных сортиментов хвойных пород в 9 - 17 раз выше по сравнению с контролем, где он составляет 0,3% от общего запаса насаждения. Количество средних сортиментов по всем вариантам примерно одинаково. Мелкой хвойной древесины, не представляющей высокой хозяйственно-экономической ценности, в контрольном варианте оказалось больше, чем в разреженных. В насаждениях, пройденных рубками ухода, выход наиболее ценных сортиментов (хвойного пиловочника) на 4-7% или на 6-12 м3/га выше, по сравнению с контролем (рисунок 6.16).

Сосновым насаждениям искусственного происхождения всего 51 год, поэтому, несмотря на формирование их состава и структуры рубками ухода, древесина крупных категорий еще не сформировалась (рисунок 6 Л в). Максимальный запас древесины наблюдается на площади с одним уходом (12к-80), большая часть из которой - мелкая древесина. Больше всего крупной древесины на площади с самым интенсивным разреживанием (12в). В составе разреженных насаждений лиственные породы занимают всего от 1,5 до 10%, в то время как на контроле они составляют 35% от общего запаса древесины.

Исходя из полученных результатов и многолетнего наблюдения за опытными объектами, можно дать следующие рекомендации по проведению рубок ухода для включения в региональные нормативы. Режим рубок ухода в чистых сосняках (ПП 16 и 17) больше подходит для получения максимальной прибыли на выходе, то есть к моменту главной рубки. Получение прибыли в процессе промежуточного пользования здесь невозможно, выхода деловой древесины при уходе за лесом нет. Режимы рубок ухода, подобные нашим объектам в смешанных сосняках со вторым ярусом ели, не рекомендуются нами в качестве производственных в связи со сложной организацией и высокими затратами на проведение трех приемов не высокой интенсивности, а

Я ПИЛОВОЧНИК ХБ.

В Баланс хе.

ЕЗПиловочник листе.

В9 Баланс листв.

17/556

проёная площадь/густота, шт-/га

170,1

1НО.О £ 160,0

= 140:0

Гп

Е 12ЦО

2 1000

ОПиловочникхв.

гтпиловочник лист.

И Бала не листа.

! 7К/1819

Пробная плснцадь/гусгота 1-го яруса, шт./га

6/1098

5/720

@ Пиловочник

Ш Пиловочник листв.

Ш Баланс листв.

12Э/1700 126/1500 12В/1200 12К-80/2300 12К-70/2900

Пробная площадь/густота, сформированная рубками ухода, шт./га

Рисунок 6.1- Количество древесины по видам лесоматериалов на пробных площадях, сформированных рубками ухода, и контроля: а - чистые сосняки: б - смешанные сосняки со вторым ярусом ели; в - лесные культуры сосны, созданные посевом.

также поздним началом их проведения, что не позволяет в полной мере достичь лесоводственного, а далее и хозяйственного эффекта по улучшению качественных характеристик запаса. Однако уход за подростом ели позволил сформировать хороший еловый ярус, способный заменить сосново-березовый после главной рубки._________

В сосняках искусственного происхождения возраст проведения первого приема в 10 лет и второго в 20 лет оправдан, сформированная густота позволяет провести 1 -2 приема коммерческих рубок ухода. Интенсивность разреживания в 10 летнем возрасте с оставлением 6,5 тыс. шт./га деревьев сосны считается недостаточной, в связи с чем рекомендуется дополнительно провести 1-2 высокоинтенсивных разреживания с доведением густоты сосны до 800 шт. на га и березы 200-250 шт. на га.

выводы

1. Стационарные объекты, заложенные в сосновых древостоях различных формаций (чистые и смешанные естественного происхождения, лесные культуры, созданные посевом) позволяют с этапа "молодняков до возраста приспевания проследить динамику лесоводственно-таксационных показателей насаждений, пройденных 1-3 приемными рубками ухода различной интенсивности.

2. Во всех исследуемых формациях проведение рубок ухода способствует лучшему распределению деревьев по естественным ступеням толщины, по сравнению с контролем. Происходит сокращение рядов распределения за счет выравнивания стволов, формируется четко выраженный пул деревьев в центральных ступенях толщины, обеспечивая формирование равномерного (с точки зрения размеров деревьев) древостоя.

3. Формирование чистых сосновых насаждений черничного типа леса путем проведения рубок ухода в естественных молодняках первого класса возраста приводит к значительному увеличению прироста по диаметру, высоте и по запасу основной породы. Чем выше интенсивность разреживания, тем больше прирост по диаметру и меньше в высоту. Однако чрезмерное снижение числа деревьев (ниже 650-700 шт./га) приводит к уменьшению средней высоты и запаса древостоя, формированию деревьев с низкоопущенной кроной с толстыми сучьями.

4. В приспевающих смешанных сосново-березовых насаждениях черничного типа леса в результате трех приемов рубок ухода (спустя 36 лет после первого разреживания) средние диаметр и высота березы и ели значительно превышают аналогичный показатель контрольного насаждения. Сосна не так интенсивно отреагировала на проведение уходов и превышение среднего диаметра по сравнению с контролем составило 0,5 - 2,6 см; средней высоты на 0,5 - 0,8 м.

5. Наибольшим лесоводственным эффектом проведения трехприемных рубок ухода является активное развитие елового яруса, способного сформировать новое насаждение без промежуточной смены на лиственное после вырубки первого яруса. В еловом ярусе контрольного насаждения, наблюдается увеличение числа деревьев ниже среднего по диаметру, что связано с жесткой внутривидовой конкуренцией, обусловленной высокой густотой елового яруса, и угнетающим действием загущенного сосново-березового яруса.

6. В сосняках искусственного происхождения созданных посевом через 40 лет после рубок ухода диаметр и высота сосны выше, по сравнению с контрольным насаждением на 1,2 — 4,9 см и 1,3 - 2,7 м соответственно, а среднепериодический прирост по запасу в 1,5 - 2 раза. На контрольной пробной площади за последние годы наблюдается значительное снижение запаса, что связано с естественной дифференциацией и интенсивным отпадом угнетенных деревьев.

7. В искусственных сосновых насаждениях лучший результат дают двух приёмные рубки ухода, в результате которых выход наиболее ценных сортиментов (крупная и средняя категории) на 1 - 40 м3/га выше по сравнению

с насаждением, пройденным одним уходом, и на 25 - 60 м3/га выше, по сравнению с насаждением без ухода.

8. Под влиянием рубок ухода в исследуемых насаждениях уже после первого разреживания происходит увеличение ширины годичного слоя, снижение процента поздней древесины в годичном слое и уменьшение числа годичных слоев в одном сантиметре, а плотность древесины на протяжении всего периода остается ниже контрольной. В результате разреживаний происходит более равномерное формирование годичных слоев древесины с определенным постоянным соотношением поздней и ранней зон. Древесина, как контрольных, так и пройденных рубками ухода насаждений соответствует ГОСТу 968-68 «Пиломатериалы авиационные...» по показателям макроструктуры и средним показателям плотности для Архангельской области, Рубки ухода не приводят к снижению качества формируемой древесины сосны, как в чистых, так и в смешанных насаждениях.

9. В насаждениях всех исследуемых формаций, пройденных рубками ухода, количество крупномерной древесины (крупная и средняя-1 категории) значительно превышает количество древесины данных категорий в контрольных насаждениях, что позволяет получить больший выход наиболее ценных лесоматериалов (пиловочника), обеспечивая тем самым лесоводственно-хозяйственную эффективность.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Для формирования чистых сосновых насаждений необходимо обязательное проведение рубок ухода в возрасте сосновой части 13-17 лет. При дальнейшем ведении хозяйства без коммерческих рубок густота оставляемого насаждения должна составлять 700-900 шт. деревьев сосны на га. При ведении хозяйства, включающего проведение коммерческих рубок ухода, густота формируемого насаждения должна составлять от 1500 до 1800 цгг./га в зависимости от количества планируемых приемов коммерческих рубок.

2. Начало проведения разреживаний в сосново-березовом насаждении со вторым ярусом ели в конце второго класса возраста является запоздалым и не обеспечивает достижения максимального эффекта (значительного увеличения лесоводственно-таксационных показателей). При формировании древостоев тремя приемами рубок ухода наибольшую роль играет интенсивность первого приема разреживания. Поэтому проведение разреживаний в смешанных насаждениях необходимо начинать с 20-летнего возраста и формировать оптимальную густоту уже в первый прием. При наличии хорошего елового яруса дальнейшее формирование насаждений проводить через смену пород по схеме: сосна - ель - сосна с участием лиственных пород в пределах 20%.

3. В искусственно созданных насаждениях созданных посевом обязательно проведение первого приема рубок ухода в возрасте 10-15 лет с целью предотвратить смену пород и оптимизировать условия восстановления и роста культур. Следующие приемы рубок ухода следует проводить в возрасте 40 и 60 лет. Густоту оставляемых насаждений следует планировать с учетом целей лесовыращивания. Чем ниже густота, тем крупнее формируется древесина. Главную рубку проводить в возрасте культур 80 лет и при отсутствии

естественного возобновления в культурах следует их создавать вновь на данных площадях.

4. При использовании в системе «лесопользование - лесовосстановление -лесовыращивание - лесопользование», хотя бы одного приема рубок ухода в самом начале формирования насаждений (как естественных, так и искусственных) возможно выращивание целевых хвойных насаждений без промежуточной смены на лиственные. Если включить в эту систему 1 -2 приема коммерческих рубок ухода, то можно значительно увеличить пользование древесиной с одного гектара лесных насаждений за цикл хозяйства.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях по перечню ВАК:

t. Захаров А.Ю., Чибисов Г.А. Классификация деревьев при рубках ухода // Вестник Московского государственного университета леса - «Лесной вестник» №3.2013. С. 76-80.

2. Захаров А.Ю., Нахвасина E.H. Результаты трехприемных рубок ухода в смешанных сосняках со вторым ярусом ели // Изв. вузов. Лесной журнал. №5. 2012. С. 52-59.

3. Минин Н.С., Захаров А.Ю. Рост сосняков искусственного происхождения под влиянием рубок ухода // Ученые записки петрозаводского государственного университета. №6. 2013. С. 60-65.

4. Захаров А.Ю. Минин Н.С. Влияние рубок ухода на качество древесины сосны // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Выпуск 204.2013. С. 15-26.

Прочие:

5. Захаров А.Ю. Влияние рубок ухода на рост сосны и ели в смешанных сосняках. // Сборник трудов ФГУ «СевНИИЛХ» по итогам научно-исследовательских работ за 2005-2009 гг. Архангельск. 2011. С. 50-55.

6. Захаров А.Ю. К вопросу классификации деревьев при рубках ухода. // Материалы конференции «Образование и наука: ступени развития» в рамках ежегодной конференции «Ломоносова достойные потомки». Архангельск. 2010. С. 95-98.

7. Захаров А.Ю. О закономерностях роста сосны по диаметру при рубках ухода К Актуальные проблемы биологии и экологии: материалы докладов XVIII Всероссийской молодежной научной конференции. Сыктывкар, 2011. С 164-165.

8. Чибисов Г.А., Гущин В.А., Фомин А.П., Захаров А.Ю. Лесоводственная и экономическая эффективность рубок ухода: практ. пособие. 2-е изд., испр. и доп. Архангельск: Изд-во С(А)ФУ. 2011. 108 с.

9. Крыжановская Л.Е., Дуркина Т.М., Захаров А.Ю., Дворяшин A.B. Анатомические свойства древесины сосны скрученной // Сборник трудов ФГУ СевНИИЛХ» по итогам научно-исследовательских работ за 2005-2009 гг. Архангельск. 2011. С. 43-50.

Подписано в печать 30.10.2013. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 1981.

Издательско-полиграфический центр им. В.Н. Булатова ФГАОУ ВПО САФУ 163060, г. Архангельск, ул. Урицкого, д. 56

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Захаров, Андрей Юрьевич, Архангельск

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

На правах рукописи

04201453180

ЗАХАРОВ АНДРЕЙ ЮРЬЕВИЧ

ЛЕСОВОДСТВЕННО-ХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РУБОК УХОДА В СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЯХ СРЕДНЕЙ ПОДЗОНЫ ТАЙГИ

АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель доктор сельскохозяйственных наук, профессор Е.Н. Наквасина

Архангельск -2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................4

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА............................................................................9

1.1 История и современные проблемы рубок ухода................................................9

1.2 Повышение производительности насаждений рубками ухода........................13

1.3 Рубки ухода в искусственных насаждениях.......................................................17

1.4 Классификации для отбора деревьев при рубках ухода...................................19

1.5 Предпосылки к разработке новых нормативов рубок ухода............................21

ГЛАВА 2. ЕСТЕСТВЕННО-ИСТОРИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ.....................................................................................27

2.1. Общая характеристика.........................................................................................27

2.2. Характеристика лесного фонда..........................................................................34

ГЛАВА 3. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И ОБЪЕМ РАБОТ......................................46

3.1. Объекты исследований .......................................................................................46

3.2. Программа работ .................................................................................................47

3.3. Методика работ....................................................................................................48

3.4 Объем выполненных работ .................................................................................52

ГЛАВА 4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РОСТА СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ

ПОД ВЛИЯНИЕМ РУБОК УХОДА..............................................................................53

4.1. Чистые сосновые насаждения.............................................................................53

4.1.1. Объекты и характеристика приемов рубок ухода.....................................53

4.1.2. Влияние рубок ухода на древостой.............................................................56

4.2. Смешанные сосновые насаждения со вторым ярусом ели..............................64

4.2.1. Объекты и характеристика приемов рубок ухода ....................................65

4.2.2. Влияние рубок ухода на древостой.............................................................69

4.3. Сосновые насаждения искусственного происхождения..................................77

4.3.1. Объекты и характеристика приемов рубок ухода.....................................77

4.3.2. Влияние рубок ухода на древостой.............................................................78

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ РУБОК УХОДА НА КАЧЕСТВО

ДРЕВЕСИНЫ СОСНЫ...................................................................................................89

5.1 Качество древесины в чистых сосновых насаждениях.....................................90

5.2 Качество древесины в смешанных сосновых насаждениях

со вторым ярусом ели.................................................................................................100

ГЛАВА 6. ЛЕСОВОДСТВЕННО-ХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РУБОК УХОДА...............................................................................................................108

6.1. Апробация классификации отбора деревьев в рубку и на оставление.........108

6.2. Хозяйственная эффективность рубок ухода.....................................................114

6.3. Предложения по нормативам рубок ухода........................................................125

6.4. Предложения по воспроизводству хвойных пород системой рубок

в таежной зоне Европейского Севера.......................................................................128

ВЫВОДЫ.........................................................................................................................131

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................................................134

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Важнейшей задачей современного лесоводства является повышение продуктивности лесов и рациональное использование лесных ресурсов. В Архангельской области в результате длительной и интенсивной эксплуатации лесов на месте коренных высокопроизводительных сосняков за счет смены пород сформировались менее продуктивные вторичные, антропогенные леса. Изменилась не только породная и возрастная структура, но и на 50-60% снизилась их продуктивность, на 30-40 лет увеличился оборот рубки хвойного хозяйства, в целом снизилась биологическая устойчивость и функции лесных экосистем.

Основным путем в лесном хозяйстве для предотвращения нежелательной смены пород и породного состава, как в естественных, так и искусственных насаждениях являются рубки ухода. Рубками ухода можно оптимизировать условия восстановления и роста хвойных, организовать рациональное лесопользование и целевое формирование лесов. Однако, в настоящее время отсутствует региональная нормативная база, регламентирующая их проведение. Исследования на стационарных опытных объектах, охватывающие период от молодняков до возраста приспевания, позволят уточнить организационно-технические параметры рубок ухода.

Степень изученности вопроса. Вопрос рубок ухода изучается достаточно давно, первые труды относятся к середине XVIII века. В дальнейшем интерес к данному лесохозяйственному мероприятию только рос, и остается актуальным в настоящее время. Исследования влияния рубок ухода в таежной зоне Европейского Севера проводились М.Е. Ткаченко, П.Н. Львовым, A.A. Плоховым, Г.А. Чибисовым, Н.С. Мининым, С.М. Сенкевичем, С.С. Зябченко, С.Н. Сенновым, A.B. Савиной, A.B. Грязькиным, Н.В. Беляевой и др. Комплексных исследований рубок ухода в естественных сосновых насаждениях до возраста приспевания, а также в сосняках искусственного происхождения в средней подзоне тайги проведено не достаточно.

Целью и задачами исследования

Выявить закономерности лесоводственной и хозяйственной эффективности рубок ухода в естественных и искусственных сосновых насаждениях черничного типа леса, для совершенствования региональных нормативов по уходу за лесом.

Задачи исследования:

- проанализировать динамику формирования и изменение таксационных характеристик естественных и искусственных сосновых насаждений, пройденных рубками ухода;

- установить закономерности изменения макроструктуры и плотности древесины сосны под воздействием рубок ухода;

- выявить сортиментную структуру естественных и искусственных сосновых насаждений, пройденных рубками ухода;

- дать рекомендации по проведению рубок ухода в естественных сосновых насаждениях и лесных культурах сосны, созданных посевом.

Научная новизна состоит в том, что для Архангельской области, (подзона средней тайги Европейского Севера) выявлены региональные закономерности формирования насаждений рубками ухода в чистых и смешанных сосновых насаждениях до возраста приспевания. Впервые оценено влияние различного числа приемов и интенсивности рубок ухода на рост и развитие 50 летних лесных культур сосны, созданных посевом. Проведены исследования макроструктуры и плотности древесины сосны, захватывающие период с возраста молодняков до IV класса возраста в естественных насаждениях, выявлена взаимосвязь данных показателей с режимами рубок ухода. Впервые определены особенности формирования сортиментно-товарной структуры разреженных сосновых насаждений к возрасту приспевания. Скорректирована система рубок ухода в сосновых насаждениях естественного и искусственного происхождения.

Практическая значимость работы.

Скорректированы параметры рубок ухода, позволяющие вести интенсивное лесное хозяйство с выращиванием высококачественной хвойной древесины без промежуточной смены на лиственное насаждение в черничном типе леса средней подзоны тайги. Доказано, что рубки ухода позволяют к возрасту приспевания сформировать высококачественную древесину, отвечающую самым высоким требованиям согласно ГОСТ 968-68, что позволит вести целевое лесовыращивание. Подобраны варианты рубок ухода в искусственных насаждениях, созданных посевом, дающие наилучший лесоводственно-хозяйственный эффект. Полученные данные могут быть использованы для составления региональных нормативов рубок ухода.

Апробация результатов и публикации по теме диссертации. Результаты исследования докладывались на ежегодных конференциях профессорско-

преподавательского состава Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова (Архангельск, 2012 - 2013); на XVIII Всероссийской молодежной научной конференции «Актуальные проблемы биологии и экологии», где был отмечен дипломом за лучший доклад (г. Сыктывкар, 2011); на отчетной сессии сотрудников ФБУ «СевНИИЛХ» по итогам научно-исследовательских работ (Архангельск, 2009); на региональной научно-практической конференции «Образование и наука: ступени развития» в рамках ежегодной конференции «Ломоносова достойные потомки» (Архангельск, 2010). Результаты исследований представлены на конкурсах научных работ: Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ аспирантов в области наук о Земле, проходившем в Национальном исследовательском Томском государственном университете (диплом за II место, 2012); конкурсе научных и опытно-исследовательских проектов аспирантов, молодых ученых научно-исследовательских институтов и студентов государственных образовательных учреждений среднего профессионального образования, находящихся в ведении Рослесхоза (диплом за III место, 2012).

По теме диссертации опубликовано шесть работ, две из которых в изданиях из перечня ВАК, а также практическое пособие «Лесоводственная и экономическая эффективность рубок ухода» (в соавторстве).

Часть диссертационных исследований выполнены при грантовой поддержке Правительства Архангельской области в рамках областного конкурса «Молодые ученые Поморья» по теме «Лесоводственно-экономическая эффективность рубок ухода в сосняках в средней подзоне Европейской тайги» (№ 03-24, 2010, руководитель); ); по теме «Лесоводственные приемы формирования древесины заданного качества» (№ 07-2013-03а, 2013, исполнитель) и Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова в рамках внутреннего конкурса научно-исследовательских и инновационных проектов студентов и молодых ученых по приоритетным направлениям развития университета (направление - комплексное использование биоресурсов) по теме «Выращивание древесины сосны и ели с заданными качествами» (2012, Руководитель). Материалы диссертационных исследований вошли в отчеты НИР ФБУ «СевНИИЛХ»: «Создание и восстановление в лесах естественного и искусственного происхождения многофакторных стационарных (постоянных) опытных объектов» (2009-2011 гг. Сводный план Рослесхоза, приказ № 26-р от 13.05.2009; № 25-р от

11.05.2010; № 11-р от 29.03.2011) и «Разработать рекомендации по повышению лесоводственно-экономической эффективности лесного хозяйства и лесопользования на основе оценки и внедрения системы лесохозяйственных мероприятий в лесах Европейского Севера», промежуточный (2013 г., Государственное задание, приказ Рослесхоза №564 от 27.12.2012).

Научные положения, составляющие предмет защиты:

- Закономерности динамики формирования рубками ухода естественных (чистые и смешанные) и искусственных (посев) сосновых насаждений до возраста приспевания в черничном типе леса средней подзоны тайги Архангельской области.

- Рубки ухода позволяют к возрасту приспевания получить в чистых и в смешанных сосновых насаждениях черничного типа леса высококачественную древесину, соответствующую ГОСТу 968-68 на авиационные пиломатериалы.

- Особенности хозяйственной структуры (количество древесины по категориям крупности и видам получаемых лесоматериалов) сосновых насаждений Ш-1У класса возраста, сформированных рубками ухода.

- Научно-обоснованные предложения по воспроизводству хвойных пород в системе «лесопользование - лесовосстановление - лесовыращивание - лесопользование», позволяющие выращивать целевые хвойные насаждения без промежуточной смены на лиственные в среднетаежной подзоне Архангельской области.

Личный вклад автора. Проведен аналитический обзор литературных источников; поставлена научная задача; разработана методика исследования; проведены полевые работы на постоянных пробных площадях естественного (2010 г.) и искусственного (2012 г.) происхождения; проведена камеральная обработка полученных материалов, в том числе работы по изучению качества древесины (макроструктуры и плотности); обработаны и проанализированы полевые и камеральные результаты прошлых лет (из архива СевНИИЛХ), сформулированы выводы и предложения. Работа является результатом 4-летних (2009 - 2013 гг.) исследований автора.

Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечивается достаточным объемом экспериментальных материалов, использованием при обработке математических способов и современных вычислительных средств, разносторонним комплексным подходом к решению поставленных научных задач, а также проведением исследований на уникальных стационарных объектах, заложенных сотрудниками

Северного научно-исследовательского института лесного хозяйства и Архангельского государственного технического университета (ныне САФУ имени М.В. Ломоносова) 3550 лет назад.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 151 странице и включает введение, 6 глав, заключение, список использованных литературных источников из 187 наименований. В тексте содержится 37 таблиц и 17 иллюстраций.

Благодарности. Автор чтит память доктора с.-х. наук, профессора и наставника

Г.А. Чибисова| и искренне поддерживает заложенные им идеи. Выражает благодарность научному руководителю д. с.-х. наук, профессору E.H. Наквасиной за помощь на всех этапах выполнения работы и канд. с.-х. наук, доценту Н.С. Минину за организацию полевых исследований и консультации при выполнении диссертационного исследования.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. История и современные проблемы рубок ухода

Рубки ухода представляют собой систему лесохозяйственных мероприятий, направленных на выращивание высокопродуктивных древостоев, наиболее полно отвечающих запросам народного хозяйства и промышленности. При осуществлении мер ухода за лесом основываются на единстве среды и организмов, биологии и экологии древесных пород, закономерностях строения и хода роста древостоев. В каждом частном случае меры ухода направляются на достижение определённой хозяйственной цели. Если цели хозяйственных мероприятий не согласуются с направлениями естественных процессов, они не увенчиваются успехом из-за противодействия механизма саморегуляции лесных экосистем.

Общая задача рубок ухода - повышение продуктивности лесов путём формирования хозяйственно-ценных древостоев. Проведение разреживаний позволяет улучшить санитарное состояние насаждений, повысить усойчивость древостоя против неблагоприятных факторов (метеорологические и биологические), предупредить естественный отпад, регулировать форму и состав древостоев, увеличить объем пользования с единицы площади, а также ускорить рост деревьев и тем самым сократить сроки выращивания технически спелой древесины.

Главной экономической предпосылкой по ведению рубок ухода является создание высокопродуктивного древостоя и получения большего количества продукции с единицы площади, как в результате главного, так и промежуточного пользования.

Рубки ухода как самостоятельное лесохозяйственное мероприятие в России проводятся с конца 18 - начала 19 века. Еще раньше появились первые рекомендации по регулированию густоты, породного состава и качества деревьев в зависимости от назначения и возраста насаждения. Истории известны зачатки лесохозяйственных мероприятий, напоминающих современные рубки ухода, которые применялись еще в античности (Тихонов 2007).

В Х1-ХП веках на Руси возникли идеи низового метода рубок ухода. Заключались они в уборке больных и отстающих деревьев в монастырских имениях и феодальных лесопарках. Целенаправленное проведение рубок ухода относится к началу века и связано с именем Петра I. В то время, по его указу, разреживания проводились в

корабельных дубовых лесах Казанской губернии (Луганский, 1993). Сами принципы низового метода рубок ухода сформированы в XIII веке. A.A. Нартовым в 1765 году высказано положение о том, что для выращивания высококачественной корабельной сосны нужно ее сначала выращивать в густоте, а за тем вырубить мелкие малоценные деревья. В литературу этот метод вошел как старонемецкий с трудами Г. Гартига (Гуман, 1931).

Теоретические основы рубок ухода были заложены А.Т. Болотовым, которые он разработал на опыте работ в своем имении в Тульской губернии. В 1766 году им впервые высказаны идеи о возможности целевого выращивания леса и возможностях применения верхового метода рубок ухода. Взгляды Болотова, о необходимости проведения сильных разреживаний с целью скорейшего выращивания крупномерного леса, поддерживал и развивал А. Теплоухов.

На опыте дубовых лесов Саратовской губернии свои рекомендации по режиму рубок ухода и густоте оставляемых деревьев дав�