Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Лесоводственные основы теории и практики комплексного ухода за лесом

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

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Мельников, Евгений Сергеевич, Санкт-Петербург

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ им. С.М. КИРОВА

На правах рукописи МЕЛЬНИКОВ Евгений Сергеевич

ЛЕСОВОДСТВЕННЫЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ КОМПЛЕКСНОГО УХОДА ЗА ЛЕСОМ

06.03.03 - "Лесоведение и лесоводство; лесные пожары и борьба с ними"

Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

f Щ) 99

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ .....................................................................................................5

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ..............................................................18

1.1. Причины появления комплексного ухода как высокоэффективной меры ухода за лесом.....................................................18

1.2. Современные аспекты развития теории и практики рубок

ухода за лесом ...............................................................................21

1.3. Применение удобрений как фактор повышения продуктивности леса ................................................................................32

1.4. Комплексный уход за лесом как средство повышения эффективности рубок ухода и применения удобрений.

Его регламентация, экономическая оценка.................................48

1.5. Системные исследования и теория систем как методологическая основа теории комплексного ухода за лесом ...............62

Глава 2. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Программа исследования ..............................................................73

2.2. Методика исследования.................................................................74

2.3. Объекты..........................................................................................88

2.4. Объем выполненных работ............................................................97

Глава 3. ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНОГО УХОДА В СОСНОВЫХ,

ЕЛОВЫХ И ЛИСТВЕННО-ЕЛОВЫХ ДРЕВОСТОЯХ НА ПОЧВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ

3.1. Масса подстилки............................................................................99

3.2. Особенности разложения почвенной органики - целлю-лозоразрушающая способность почвы.......................................104

3.3. Содержание валового азота в подстилке и горизонте

А1А2...............................................................................................110

3.4. Содержание подвижного азота, кислотность почв....................... .114

3.5. Поглощение азота удобрений древесными растениями..............121

Глава 4. ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНОГО УХОДА НА РОСТ ДРЕВОСТОЕВ

4.1. Величина дополнительного прироста древостоев

Сроки эффективного действия удобрений в древостоях ...........131

4.2. Динамика дополнительного прироста деревьев разных рангов. Основные факторы, определяющие динамику прироста древостоя.....................................................................157

4.3. Влияние рубок ухода, удобрений и комплексного ухода на общую производительность, продуктивность и запас древостоев ...................................................................................179

4.4. Влияние комплексного ухода на структуру древостоя ..............185

4.5. Изменение соотношения отдельных фракций надземной фитомассы древостоя под влиянием рубок ухода и комплексного ухода.................................................................................194

4.6. Зависимость прироста деревьев от их горизонтального взаиморасположения .......................................................... 203

4.7. Влияние рубок ухода и комплексного ухода на пространственный характер эндогенных колебаний (автоколебаний) радиального прироста в лиственно-еловом двухъярусном древостое. Конкуренция и компромиссное распределение ресурсов в древостое ..........................................207

4.8. Влияние неравномерности внесения удобрений при механизированном комплексном уходе на прирост деревьев в пасеках..............................................................................217

Глава 5. ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНОГО УХОДА НА РАСТИТЕЛЬНОСТЬ НИЖНИХ ЯРУСОВ

5.1. Влияние комплексного ухода на видовой состав и

структуру живого напочвенного покрова .................................. 227

5.2. Влияние удобрений и комплексного ухода на подлесок

и подрост.......................................................................................239

Глава 6. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ В СИСТЕМЕ КОМПЛЕКСНОГО УХОДА ЗА ЛЕСОМ

6.1. Проблематика и общеметодологические положения ................249

6.2. Удобрение как фактор усиления основной функции

системы........................................................................................252

6.3. Повышение продуктивности фитоценоза ..................................254

6.4. Ускорение сукцессии, изменение последовательности

этапов развития фитоценозов ....................................................255

6.5. Восстановительная функция. Оценка влияния удобрений. Компенсация негативных реакций ..................................... 258

6.6. Реализация эффекта от комплексного ухода через

свойства лесной экосистемы.......................................................261

6.7. Эффективность комплексного ухода в зависимости

от уровня продуктивности лесных фитоценозов ........................274

Глава 7. ЦЕЛЕВЫЕ ПРОГРАММЫ КОМПЛЕКСНОГО УХОДА ЗА

ЛЕСОМ: ИХ РАСЧЕТ, ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ НА ПРАКТИКЕ 7.1. Обоснование программ, основные принципы их соста-

вления .......................................................................................... 276

7.2. Методика составления целевых программ .................................279

7.3. Экономическая эффективность целевых программ.................... 284

7.4. Применение программ................................................................. 289

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................293

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.............................................315

ВВЕДЕНИЕ

1. Повышение продуктивности леса - важнейшая задача лесоводства. Необходимость решения этой задачи определяется не только все возрастающими объемами пользования лесной продукцией, но и многогранными аспектами экологического плана. Лес - один из главных факторов поддержания стабильности биосферы и обеспечения жизнедеятельности человека. Путем повышения продуктивности леса, в числе прочих мер природоохранного порядка, можно попытаться компенсировать то негативное воздействие, которое природная среда испытывает в результате хозяйственной деятельности человека.

2. Одной из наиболее эффективных мер повышения продуктивности леса является применение минеральных удобрений в лесном хозяйстве. При этом наилучший эффект достигается тогда, когда удобрения применяются в комплексе с другими лесохозяйственными мероприятиями, прежде всего, рубками ухода и гидромелиорацией лесных почв.

Многочисленные и достаточно длительные эксперименты с удобрениями доказали высокую эффективность их применения в лесу. При правильном, регламентированном использовании удобрений существенно повышается прирост древостоев, их биологическая устойчивость, товарность, улучшается приживаемость лесных культур, ускоряются восстановительные процессы в нарушенных природными факторами или деятельностью человека фитоценозах.

Выявилось, что эффективность ухода обусловлена четкостью его регламентации и систематичностью. Такое наблюдение послужило основанием для разработки программ комплексного ухода за лесом и первым попыткам внедрения их в производство, используя при этом более современные формы организации ухода за лесом, в частности, блочный метод. Наметился подход к формированию хозсекций ускоренного лесовыращива-ния.

3, К концу 1980-х годов интерес к научно-исследовательской тематике, связанной с использованием удобрений в лесном хозяйстве, стал ослабевать и уже в начале 90-х годов можно было говорить о наметившемся кризисе данного направления в лесной науке и производстве. В науке это связано, прежде всего, с исчерпанием основных направлений исследований и накоплением большого объема экспериментальных данных, подтверждающих достаточно высокую эффективность применения удобрений в лесу. Разработаны практические рекомендации, утилитарные аспекты проблемы кажутся решенными, интерес производства ослабевает. Дальнейшие исследования в этой области требуют более углубленного и детального изучения реакции лесных экосистем на удобрения, надежды же на быструю отдачу и внедрение в производство новых находок уже не так велики, как ранее.

В свою очередь, низкая интенсивность ведения лесного хозяйства стала препятствием для внедрения в производство высокоинтенсивных систем формирования и ускоренного выращивания высокопродуктивных насаждений. Нереализация более первоочередных мер по повышению продуктивности леса, в частности, предотвращения нежелательной смены пород на вырубках и формирования целесообразного состава молодняков, а также качественных жердняков, вполне естественно отодвигала применение удобрений в системах ухода за лесом на дальний план. Положение еще более усугубляется слабым сбытом тонкомера и низкокачественной древесины от рубок ухода, отсутствием мощностей и технологий для их переработки, нерациональным использованием заготовленной древесины.

Все это наложилось на общий кризис экономического и юридического плана в лесном хозяйстве. Таковы объективные предпосылки снижения интереса, к данному направлению исследований в науке и на производстве.

4. Вместе с тем, при более пристальном взгляде, нельзя не заметить, что исследования остановились как-бы на полпути, а точнее - на подходе к новому, более высокому уровню - уровню теоретических обобщений с по-

пыткой прогнозирования развития лесных биогеоценозов. Используя накопленную информацию, на этом этапе появляется возможность получить представление не только о "ближнем", но и о "дальнем" эффекте действия удобрений. Чисто утилитарные результаты могут найти подтверждение и обоснование через познание механизмов поддержания целостности и устойчивости лесных ценозов, структурно-функциональных связей, обеспечивающих равновесие этих систем, динамику их развития. Появляется возможность глубже познать природу лесных биогеоценозов, а затем, используя эти знания, более корректно и обоснованно воздействовать на эти природные объекты с определенными хозяйственными целями.

Рубки ухода являются тем фактором, который выводит систему -биогеоценоз из состояния устойчивого подвижного равновесия и вызывает в ней ответные восстановительные реакции. Изучение этих реакций позволяет нам лучше познать те структурно-функниональные связи в ценозе, посредством которых обеспечивается его устойчивость. Удобрение же является дополнительным ресурсом и своего рода "реагентом", который, попадая в систему, стимулирует биокруговорот и тем самым позволяет выявить связи в его звеньях, пути и последовательность реализации дополнительных ресурсов и энергии в биогеоценозе, их роль в восстановительных процессах.

Таким образом, появляется возможность проверить и на практике применить многие положения теории систем, а также прояснить некоторые "смутные" вопросы современного лесоведения. Комплексный характер исследований, затрагивающих практически все основные компоненты лесных фитоценозов, а также некоторые почвенные характеристики, дает более основательно базу для аналитической работы и теоретических обобщений.

5. Продолжение исследований в данном направлении требует обобщения и осмысления ранее накопленной информации, длительных экспериментов в лесу и наличия достаточного количества объектов с рубками ухода, удобрениями и комплексным уходом. Все это имеется на экспери-

ментальных объектах - постоянных пробных площадях СПбНИИЛХа, где сотрудниками института и ЛТА проводятся исследования с начала 70-х годов. Что же касается изучения эффективности рубок ухода, то эти исследования осуществляются на опытных объектах с более чем 60-летним сроком наблюдений. Накоплен богатый экспериментальный материал, сделаны обобщения и выводы, положенные в основу нескольких кандидатских диссертаций, подготовленных под руководством проф. С.Н.Сеннова. Таким образом, база для дальнейших исследований, разработок и теоретических обобщений существует, что во многом облегчило выбор тематики и направления наших исследований.

6. Данная работа имеет целью обобщить накопленный материал, подвести итоги четвертьвековых исследований в области комплексного ухода за лесом, дать практические рекомендации для производства и, что наиболее важно, разработать теоретические основы комплексного ухода, опирающиеся на познание структурно-функциональных связей и свойств лесных экосистем. Особое внимание здесь уделяется практически неизученному этапу затухания действия (последействия) удобрений. Длительные сроки наблюдений повышают объективность и ценность получаемой информации. Это позволяет не только выявить новые аспекты проблемы комплексного ухода, но и дает возможность переосмыслить некоторые прежние положения и представления, нашедшие отражение в ранее написанных диссертационной работе и статьях.

7. Изучение эффективности комплексного ухода затрудняется, с одной стороны, сложностью объекта, и вытекающей отсюда многоуровнево-стью исследований, а с другой стороны, необходимостью изучения не только комплексного эффекта разреживаний и удобрений, но и их действия в отдельности. При таких условиях приходится выделять главные направления в исследовании, стремиться к более четкой структуре и обобщениям, хотя бы и в ущерб полноты воспроизведения всей имеющейся информации по конкретному вопросу. Тем более, и это приходится иметь ввиду, что при

большом объеме информации существует опасность вовлечения в "боковые" направления, уводящие от главного, магистрального направления поисков.

До настоящего момента речь шла о научно-методических аспектах изучения проблемы комплексного ухода за лесом. Однако, существует и ряд моментов технико-технологического и юридического плана, которые практически не принимаются во внимание, но сами по себе являются аргументами в пользу более широкого внедрения в практику систем комплексного ухода за лесом.

8. В современных условиях интенсивность рубок ухода возрастает, повышается уровень их механизации в связи с переходом к многооперационным машинам, получают преобладание узкопасечные технологии. Под технологические коридоры используется более 20% площади делянок, что невольно заменяет селективный способ рубки схематическим. Почти повсеместно стараются переходить к поздним проходным рубкам, минуя этапы прореживаний и ранних проходных. Такие рубки не только снижают прирост, запасы и товарность древостоев, но и их устойчивость. Применение же удобрений в комплексе с проходными рубками позволяет компенсировать потери прироста и избежать негативных последствий возрастающей интенсивности механизированных рубок, правда, при условии достаточно высокого качества работ.

Удобрения несомненно стимулируют восстановительные процессы в фитоценозах нарушенных воздействием извне. Выявить спектр, особенности и границы этого стимулирующего воздействия удобрений является вполне актуальным направлением исследований.

9. Современные условия лесовладения создают более благоприятные предпосылки для внедрения систем комплексного ухода в лесном хозяйстве. Наиболее предпочтительной в этом отношении представляется долгосрочная аренда лесного фонда, стимулирующая более рациональное и бережное пользование лесными ресурсами. По меньшей мере, быструю

отдачу от удобрений можно получить при их внесении в древостой за 10 лет до главной рубки. Такая практика давно применяется в некоторых европейских странах, особенно в Скандинавии, и она вполне может рассматриваться как первый шаг в переходе к более сложным и совершенным системам ускоренного лесовыращивания. Тотальный отказ от проходных рубок, регулярно декларируемый в связи с их низким качеством, оказывается совершенно неприемлемым для интенсивных хозяйств, однако эта неприемлемость должна найти надежную опору в повышении качества ухода за лесом и применении более современной техники и технологии. Низкое качество проходных рубок абсолютно несовместимо с системами комплексного ухода, поскольку изначально обесценивают эффект ухода за лесом. Зато верно и обратное утверждение - возврат вложенных средств будет осуществляться с тем большей прибылью, чем выше качество работ и тщательнее соблюдается режим ухода и технология. Это необходимое условие для внедрения современных систем комплексного ухода за лесом.

10. Таким образом, актуальность данной работы определяется необходимостью подведения итогов четвертьвековых экспериментов с комплексным уходом, обобщения и теоретического осмысления накопленной информации с дальнейшим использованием ее для разработки и совершенствования систем ухода за лесом, прогнозирования лесоводственного эффекта как на ближнее время, так и более отдаленные сроки. Базой для реализации рекомендаций по комплексному уходу являются чистые и смешанные хвойные одноярусные и лиственно-еловые двухъярусные насаждения высокой и средней продуктивности, произрастающие в условиях средней и южной тайги Северо-Запада РФ. Современное состояние данного направления лесоводства и сложившаяся на данный момент конъюнктура не могут быть определяющими при выборе тематики исследований такого рода. Предпочтительнее принимать во внимание тот факт, что задача по�