Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ ХВОЙНЫХ НАСАЖДЕНИЙ ПРИ ВЫБОРОЧНОЙ ФОРМЕ ХОЗЯЙСТВА

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ ХВОЙНЫХ НАСАЖДЕНИЙ ПРИ ВЫБОРОЧНОЙ ФОРМЕ ХОЗЯЙСТВА"

-ЗЯ23

На правах рукописи

Гахрамани Логман

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ ХВОЙНЫХ НАСАЖДЕНИЙ ПРИ ВЫБОРОЧНОЙ ФОРМЕ ХОЗЯЙСТВА

06.03.02 - Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва-2005

Работа выполнена в Московском государственном университете леса

Официальные оппоненты: - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Хлюстов Виталий Константинович

Ведущая организация * - Центрлеспроект

Защита диссертации состоится « 27 » апреля 2005 г. в 10ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д.212.146.02 при Московском государственном университете леса ло адресу: 141005, Московская область, г.Мытищи-5, ул. 1 -я Институтская, Московский государственный университет леса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета леса

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Харин Олег Александрович.

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Ломов Виктор Дмитриевич

Автореферат разослан « 25 » марта 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Ф.А.Ннкитин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В настоящее время актуальными вопросами являются рациональное н комплексное использование лесных ресурсов, повышение их продуктивности н воспроизводства и средообразующих функций.

Для создания устойчивого влияния леса на окружающую среду целесообразно сохранение лесной среды, т.е. применение несплошных рубок. Придавая большое значение полезным свойствам леса, было бы неправильным противопоставлять их разумной хозяйственной деятельности и считать, что лес сохраняет указанные свойства лишь в том случае, когда в нем не проводятся рубки. Рубка — эпо форма активного воздействия на лес. Она не только обеспечивает получение древесины, но и формирует лесорастнтельную среду, оказывает влияние на возобновление и рост леса, преобразует природу. Развивая эту мысль, хотелось бы отметить, что в любых условиях утратившие свой жизненный потенциал и вступающие в стадию отмирания деревья должны быть изъяты и заменены следующей биологически сильной генерацией. Древесина деревьев, потерявших или теряющих жизненный потенциал, с экономической точки зрения представляет собой материальную и техническую ценность и должна быть своевременно и рационально использована. Нельзя ее оставлять в лесу, к какой бы защитной или особо защитной категории он не относился, так как это приводит к отрицательным экологическим последствиям. Таким образом, при ведении лесного хозяйства в соответствии с правилами лесной науки хозяйственная деятельность, включающая все виды рубок, не только не противоречит сохранению прочих полезных функций древостоя, а, наоборот, ведет к их усилению. Современное санитарно-экологаческое состояние лесов Подмосковья говорит о необходимости правильного проведения хозяйства в них. Указанные леса наряду с производством древесины должны выполнять социально-экологические функции. Поэтому в них следует проводить ту форму хозяйства, которая обеспечивает производство древесины, предупреждает потери древесины и одновременно позволяет лесу сохранять и улучшать свои социально-экологические функции. Исходя из этого, в лесах Московской области предлагается проведение выборочной формы хозяйства. Такой переход обеспечит формирование экологически устойчивых разновозрастных чистых хвойных насаждений или с примесью лиственных пород. По данным ВНИИЛМА, выборочные рубки обеспечивают экономию средств на лесовыращивание и заготовку древесины в сравнении со сплошно-лесосечными.

Анализ имеющегося опыта выборочных рубок показывает, что исследования и сама практика были направлены, главным образом, на изучение условий возобновления. Вместе с тем задача повышения производительности лесов требует Обратить иристат-нп^ ввицаня!» и

ЦНБ МСХА фонд научной литературы

возможности повышения производительности материнского насаждения в процессе рубок.

Актуальность темы исследований следует из того, что данные, описывающие структуру древостоев, позволяющие определить оптимальное лесопользование, являются основой лесоустроительного проектирования и ведения лесохозяЁственной деятельности. Исследования моделирования и оптимизации структуры хвойных насаждений при выборочной форме хозяйства предлагает целесообразную схему перехода на эту форму хозяйства в хвойных насаждениях.

Цель и задачи исследовании

Изучение закономерностей структуры хвойных насаждений по диаметру и по ступеням прироста, моделирование процесса естественного изреживания с целью составления таблицы отпада хвойных насаждений, а также возможностей повышения прироста насаждений в процессе изреживания и предложение по оптимальной схеме ведения хозяйства в защитных лесах Московской области.

В соответствии с целью были поставлены следующие основные задачи исследования:

• исследование закономерностей структуры хвойных насаждений по диаметру и математическое моделирование строения насаждений по величине прироста в пределах естественных ступеней толщины;

• изучение процесса естественного изреживания в хвойных насаждениях и составление таблицы отпада в зависимости от ступеней толщины;

• обоснование организационно-технических форм и оптимального режима ведения выборочной формы хозяйства в хвойных насаждениях.

Научная новизна работы

На основе закономерностей строения хвойных насаждений и процесса естественного изреживания в данной диссертации предлагается метод составления таблицы древесного отпада по естественным ступеням толщины для указанных насаждений. На основе выявленных закономерностей предлагаются организационно-технические формы ведения выборочной формы хозяйства и расчёта лесопользования.

Достоверность выводов н результатов исследования

Обеспечивается использованием большого по объёму экспериментального материала и применением современных статистических методов анализа данных.

Практическая значимость результатов исследования

Разработаны таблицы деревьев отпада по ступеням толщины для хвойных насаждений, которые можно использовать при определении размера лесопользования. Предложен метод расчёта размера пользования при выборочной форме хозяйства.

Личное участие автора

Работа выполнена в лесхозах Московской области, в том числе учебно-опытном Щ€лковском, Сергиево-Посадском опытном лесхозах, и лесной дачи Тимирязевской сельскохозяйственной академии. Экспериментальные данные собраны на временных и восстановленных постоянных пробных площадях с участием автора за период с 2002 по 2004 гг. Автором изучена литература, составлена программа и методика исследования, собран, обработан и проанализирован большой экспериментальный материал. Апробация работы

Результаты диссертации были доложены в докладах и обсуждены на Научно-технической конференции аспирантов и преподавателей МГУЛ в 2003,2004 и 2005 гг. (Москва). По материалам диссертации сделан доклад иа 4-ой Международной Иранско-Российской конференции (Иран, г. Шахрекорд, 2004) и 12-ой Конференции иранских исследователей в Европе, (Великобритания, г. Манчестер, 2004 г).

Работа выполнена на кафедре лесоустройства и охраны леса Московского государственного университета леса под руководством доктора сельскохозяйственных наук, профессора O.A. Харина. Структура и объ£м работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов. Общий объём работы 199 страниц машинописного текста, в том числе 44 таблиц и 25 рисунков. Список литературы включает 240 наименований, из них 10 на английском языке.

Автором выносятся на зашнту следующие основные положения диссертационной работы:

• исследование закономерностей строения хвойных насаждений по ЕСТ и ступеням прироста;

• структура и таблицы древесного отпада в хвойных насаждениях;

• методика расчёта пользования и эффективность выборочной формы хозяйства.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. В краткой форме обосновывается актуальность темы диссертации, изложены цель и задачи исследований, сформулированы научные положения, выносимые на защиту, и их новизна, отражена практическая значимость работы.

Состояние вопроса. Рассматриваются особенности ведения рубок ухода за лесом, опыт ведения выборочной формы хозяйства и методы определения древесного прироста.

Рубки ухода за лесом являются одним из важнейших л есохозяйст венных мероприятий, направленных на выращивание хозяйственно ценных высокопродуктивных насаждений и формирование лесов целевого назначения. Первые работы по рубкам ухода за лесом в СССР

на значительных площадях были начаты в 1929 г., после чего теория и практика промежуточного лесопользования получила дальнейшее развитие в трудах М.Е. Ткачеико, Г.Р. Эйтингена, В.Г. Нестерова, Н.П. Георгиевского, Н.С. Нестерова, A.B. Давыдова, И.С.Мелехова, Н.М. Набатова и др.

Сочетанию лесоводственных, природо-защитных и

лесоэксплуатационных требований к рубке наиболее полно удовлетворяют выборочные формы хозяйства. Несмотря на то, что эти рубки известны лесоводам в течение многих десятилетий, единого мнения об их эффективности нет до настоящего времени. В России выборочные рубки зародились и долгое время проводились в сосновых лесах севера европейской части, а также в некоторых дубравах юга. Сначала они применялись при заготовке корабельного леса. Выборочные рубки в СССР имели в одяих случаях промышленные цели, в других предназначены для максимального сохранения почвозащитных и водоохранных функций леса, его эстетического и бальнеологического значения и др. В зависимости от этого различается характер выборочных рубок. Выборочные рубки позволяют формировать наиболее устойчивые разновозрастные насаждения. Они находят применение в зелёных зонах и в горных лесах, расположенных на крутых склонах. Выборочные рубки ведутся также в одно возрастных древостоях в лесах определённого целевого назначения, в том числе ОЗУ, где применение других систем рубок ограничено.

Определение прироста может производиться или за один год {годичный текущий прирост) или за определенный промежуток времени, обычно 5-Ю лет — (периодический годичный прирост).

Прирост насаждений является процессом более сложным, чем прирост древесины на отдельных стволах. Наряду с увеличением объема живых деревьев происходит одновременное отмирание стволов, что вызывает уменьшение возможного запаса древостоя. Дня получения общего прироста (обшей производительности) насаждения необходимо учитывать запас деревьев отпада. В диссертации приведены основные формулы вычисления прироста деревьев и насаждений.

Программа, методика, объекты исследований* объем выполненных работ 2.1. Программа исследования

Согласно целевой направленности были рассмотрены следующие программные вопросы:

1. анализ опубликованных лесохозяйственных источников по особенностям ведения рубок ухода, опытам ведения выборочного хозяйства в хвойных насаждениях и по способам определения прироста деревьев и насаждений;

2. изучение и моделирование особенностей строения чистых хвойных насаждений по диаметру и по величине радиального прироста под влиянием изреживания разной интенсивности;

3. исследование и моделирование структуры чистых хвойных

насаждений по диаметру и по величине радиального прироста и нахождение закономерностей строения хвойных насаждений по диаметру и по величине радиального прироста;

4, изучение процесса естественного изреживания и составление таблицы отпада для хвойных насаждений;

5.разработка методики расчёта лесопользования при выборочной форме хозяйства и обоснование эффективности их ведения в хвойных насаждениях.

2.2. Методика исследования

Основным методом сбора экспериментальных материалов явился лесоводстаенно-таксацнонный, который заключался в биометрических измерениях и описаниях компонентов хвойных насаждений. Детальное изучение особенностей структуры и строения хвойных насаждений, оценки влияния изреживания, и изучения процесса естественного изреживания выполнено на пробных площадях размером 0,15-0,25 га, заложенных в хвойных насаждениях, произрастающих в условиях Московской области в 2002-2004 гг. В еловых насаждениях было заложено 14 временных пробных площадей, а также были использованы материалы б постоянных пробных площадей, заложенных коллегами кафедры лесоустройства и охраны леса. Были проведены биометрические измерения на 14 восстановленных постоянных пробных площадях, заложенных Н.М. Набатовым в сосновых насаждениях в квартале 83/66 Гребневского лесничества в 1972 г. Также были использованы материалы 7 постоянных пробных площадей, заложенных в лесной даче Тимирязевской сельскохозяйственной академии.

Закладка пробных площадей осуществлялась по принятым в лесной таксации стандартным методикам.

Достоверное установление любого таксационного признака древостоя регламентируется представительством деревьев на пробной площади в определенном возрасте. В наших исследованиях в качестве опытного материала использовались пробные площади с числом стволов, отвечающим требованиям, установленным лесоустроительной инструкцией.

Данные постоянных пробных площадей позволяют определить изменение количества живых деревьев с возрастом и общий отпад. Распределение отпада по ступеням толщины затруднено, т.к. на ппп нет надёжных данных по структуре отпада. Поэтому для нахождения параметров отпада использовали способы, представленные в главе 3 диссертации.

Для выравнивания эмпирических данных использованы следующие законы распределения: нормальный, логнормальный, экспоненциальный, равномерный, гамма, бета, Вейбулла. Соответствие теоретических распределений эмпирическим оценивалось по критерию Л1 - Пирсона на 5%-ом и 1%-ом уровнях значимости при соответствующей степени свободы. В случае, если А* (рте™*) < А* (*ритмч«ю1й). то нулевая гипотеза подтверждается - теоретическая кривая описывает эмпирический ряд. Если же Л4 (ркчйныщ >

А* («ркгтееийу, то нулевая гипотеза отвергается - теоретическая кривая не описывает эмпирический ряд. Функции нормального и бета распределения и формулы для расчета статистических параметров рядов распределения приведены в главе 2 диссертации.

Математическая обработка экспериментальных данных была проведена на персональном компьютере по стандартным программам, обеспечивающим современные методы статистического анализа: корреляционному и регрессионному анализу, оценке моделей распределения, в том числе SPSS, Statistica, Statgraphics plus и Excel.

Моделирование строения хвойных насаждений по диаметру к структура древесного отпада.

Результаты статистического анализа свидетельствуют о том, что в еловых насаждениях в возрасте от 40 до 100 лет наилучшим образом выравнивание экспериментальных данных происходит по закону бета распределения. В сосновых насаждениях проведённый анализ позволяет сделать вывод о пригодности использования кривого бета распределения (4050 лет) и кривого нормального распределения (60-90 лет). Поэтому эмпирические данные выравнивали по вышеуказанным функциям распределения и таким образом получили теоретическое распределение числа деревьев в % по ЕСТ в изученных насаждениях (табл.1 и 2).

Табл.1. Распределение числа деревьев (в %) по ЕСТ в еловых насаждениях.

Возраст насаждений, лет

ЕСТ 40 50 60 70 80 90 100

Число деревьев, %

0.5 7,24 4.42 3,60 2,70 1.72 2.80 2,51

0,6 9.90 9,24 8,40 7.75 6,64 7,81 7,54

0,7 10,87 11,87 11.33 11,34 10,91 11,29 11,23

0.8 11,12 13,02 12,83 13,37 13,68 13,24 13,36

0.9 10,91 13,07 13.17 13,98 14.79 13.82 14,05

1,0 10,37 12,28 12,59 13,41 14,38 13,26 13.5

1,1 9.57 10,88 11,3 11,92 12,74 11,82 11,99

1,2 8.55 9,05 9,50 9,80 10.27 9,77 9,83

1,3 7,35 6,99 7,39 7,35 7,43 7,38 7,33

1.4 5,98 4,87 5,17 4,87 4,64 4,94 4.81

1,5 4.46 2.89 3,07 2,66 2,30 2,74 2,59

1.6 2,79 1,25 1,32 0,99 0,73 1,05 0,94

1.7 0,98 0,19 0,19 0,10 0,05 0,12 0,09

Итого 100 100 100 100 100 100 100

Х^р 0.53 2,40 1,17 1,08 1,03 1.17 0,91

Х30,05 15,51 12,59 14,07 12,59 12.59 12.59 12,59

Табл. 2. Распределение числа деревьев (в %) по ЕСТ в сосновых насаждениях.

ЕСТ Возраст насаждения, лет

40 | 50 | 60 70 80 90

Число де ревьев,%

0.6 9,50 6,91 4.77 2,48 2.00 1,07

0.7 12,40 11,20 9.57 9.32 8,34 6,97

0.8 13,90 14,07 13,59 14,60 13,90 13,51

0,9 14,30 15,30 15,94 17,23 17,26 18,05

1 13,70 14,96 16,27 17,23 18,00 19.42

1,1 12,30 13,28 14,69 15,10 16,28 17,53

1,2 10,30 10,64 11,66 11,57 12.64 13,12

1,3 7.60 7,49 7,89 7,52 7,94 7,59

1,4 4,60 4,35 4,20 3,80 3,33 2,67

1,5 1,40 1,78 1,44 1,14 0,28 0,06

Итого 100 100 100 100 100 100

Х*Р 2,31 0,89 0,72 1,28 3,29 6,55

Хг0,05 12,59 12,59 11,07 11,07 9,49 9,49

В еловых насаждениях деревья естественных ступеней толщины 0,5-0,9 составляют 62,2% от общего количества деревьев, а деревья ЕСТ выше 1,0 -37,8%.

В сосновых насаждениях в возрасте от 40 до 90 лет деревья естественных ступеней толщины 0,6-0,9 составляют 61% от общего количества деревьев, а деревья ЕСТ выше 1,0-39%.

В изученных насаждениях с возрастом происходит перераспределение деревьев в пределах ЕСТ. В результате число деревьев центральных ЕСТ 0,81,2 в еловых и 0,9-1,2 в сосновых насаждениях увеличивается. В еловых насаждениях деревья центральных ЕСТ (0,8-1 Л) составляют 60,2% от общего числа деревьев, а деревья крайних ЕСТ — 39,8%.

В исследуемых сосновых насаждениях в возрасте 40-90 лет деревья центральных ЕСТ (0,9-1 Д) составляют 59,5 % от общего числа деревьев, а деревья крайних ЕСТ — 40,5 %.

В соответствии с целями и методикой исследования перейдём к характеристике деревьев в насаждении, формирующих отпад.

Статистические характеристики распределения деревьев отпада ( в %) по ЕСТ в еловых и сосновых насаждениях (приведены в главе 3 диссертации) показывают, что в одном и том же возрасте средний диаметр деревьев, формирующих отпад, в сосновых насаждениях превышает средний диаметр деревьев отпада в еловых насаждениях. Результаты выравнивания эмпирических данных деревьев отпада (в %) в изученных хвойных насаждениях свидетельствуют о пригодности бета распределения для этой цели. После аппроксимации эмпирических данных по функции бета

распределения было получено теоретическое распределение деревьев отпада (в %) по ЕСТ (рис. 1 и 2).

# «0-30 шг —ш— 60-ТС ли —Л— М-100 *г-

Рис. 1, Распределение деревьев отпада (в %) по ЕСТ в еловых насаждениях.

1СТ

¡_ ; "» «ИОпгг ■* *0-Т0лп —*-90-1»[)лп I

Рис.2. Распределение деревьев отпада (в %) по ЕСТ в сосновых насаждениях.

В хвойных насаждениях, с возрастом средний диаметр деревьев, формирующих отпад, увеличивается. Это показание на участие деревьев, относящихся к крупным ступеням толщины в составе отпада. Среднеквадратическое отклонение и коэффициент вариации, которые характеризуют степень отклонения диаметра деревьев, переходящих в отпад, от среднего диаметра насаждения в изученных насаждениях с возрастом имеет тенденцию к увеличению. Это подтверждение того, что с увеличением возраста насаждений размах распределения деревьев отпада расширяется.

Кривые распределения деревьев отпада (в %) по ЕСТ в изученных хвойных насаждениях характеризуются положительной асимметрией.

Наличие положительной асимметрии свидетельствует о том, что крупные деревья также подвергаются процессу естественного изреживания.

В еловых насаждениях в возрасте от 40 до 100 лет деревья естественных ступеней толщины ниже 1,0 составляют 91% от общего отпада по числу деревьев, а деревья выше 1,0— 9%.

В сосновых насаждениях в возрасте от 40 до 90 лет деревья ступеней толщины ниже 1,0 составляют 63,6% от общего отпада по числу деревьев, а деревья выше 1,0 — 36,4% -

Поэтому можно сделать вывод о том, что хотя процессу естественного изреживания подвергаются как мелкие, так и крупные деревья, указанный процесс происходит интенсивнее в ступенях толщины ниже среднего диаметра насаждений. Это особенно характерно для еловых насаждений. В сосновых насаждениях доля участия крупных деревьев в составе отпада выше, чем в еловых.

После составления таблицы древесного отпада в процентах были составлены таблицы отпада по количеству деревьев(табл3 и 4).

Табл. 3. Распределения деревьев отпада по ЕСТ в еловых насаждениях.

ЕСТ Возраст насаждений, лет

40-50 I 50-60 I 60-70 70-80 | 80-90 90-100

Отпад, экз7га

0,5 55,3 40,1 24,9 16,4 7,9 1,6

0,6 72,2 523 38,1 24.8 12,8 3,8

0,7 64,9 50,3 40,7 27,3 15,5 5,7

0,8 44,8 38,6 33,1 23,3 14,7 5,9

0,9 25,9 25,1 21,9 16.6 11,4 4,6

1 13,8 14,6 12,6 10,4 7,7 2,8

1,1 7,7 8,3 6,7 6,0 4,6 1,5

1,2 4,9 5,2 3,6 3,5 2,6 0,7

Р 23 3,6 2,3 2,1 1,5 0,3

М - 1,0 1,5 1,5 0,9 0,2

1,5 - - 0,7 1,2 0,5 0,1

Итого 292 239 186 133 80 27

Табл. 4, Распределения деревьев отпада по ЕСТ в сосновых насаждениях.

ЕСТ Возраст насаждений, лет

40-50 | 50-60 | 60-70 | 70-80 | 80-90

Отпад, э кз У га

0,6 48,9 30,5 19,3 5,3 4,5

0,7 51,2 38,7 20,9 17,4 12,1

0,8 42,2 39,4 24,1 24,7 15,2

0,9 36,6 36,0 27,9 26,6 15,6

1,0 32,6 31,2 29,9 24,4 14,7

1,1 30,5 26,3 28,9 19,8 133

U 29,5 21,7 24,6 14,7 11,6

1,3 24.8 17,1 17,9 10,4 9,0

1,4 16,5 12,2 10,4 7,3 5,1

1,5 1,3 6,6 4,2 4,4 0,9

Итого 314 260 208 155 102

Моделирование структуры хвойных насаждений по приросту

В данной главе изложены результаты исследования рядов распределения, учитывающие особенностей распределения деревьев по величине прироста в чистых и изреженных хвойных насаждениях.

Для сопоставления результатов исследования в насаждениях с разной таксационной характеристикой, т.е. разного бонитета, возраста, среднего диаметра и т.д., составили сводные совокупности по одноименным ступеням толщины разных проб, выразив частные значения прироста в ступени в процентах от среднеарифметического значения радиального прироста. Это позволило произвести совместную аналитическую обработку сведенных в общий ряд вариантов. Таким образом, была составлена таблица эмпирического распределения деревьев по относительным ступеням прироста.

Эмпирические данные были выравнены по функции нормального распределения. В результате получили теоретическое распределение деревьев по величине радиального прироста в пределах естественных ступеней толщины в чистых н изреженных еловых и сосновых насаждениях (рис. 3 и 4).

Результаты показывают, что деревья, относящиеся к одноимённым ступеням толщины, различаются величиной радиального прироста. Это значит, что в каждой ступени толщины имеются возможности для отбора перспективных деревьев с целью увеличения прироста.

Проведенный математический анализ распределения деревьев по величине прироста позволяет подойти к решению практической задачи по увеличению производительности насаждений.

Результаты показывают, что хотя в результате проведения рубки характер распределения деревьев по величине прироста изменяется, спустя 710 лет характер распределения стремится к нормальному, что характерно для чистых еловых и сосновых насаждений. Следовательно, важно изреживанием стремиться сохранить или создать нормальность распределения как в пределах ступеней толщины, так и в насаждении в целом.

; Ступени приросте, %

—ЕСТ-0.4~-*— ЕСТ-О.У-*— ЬСгТ,8~

Рис. 3. Распределение деревьев (в %} по ступеням прироста (в %) в чистых еловых насаждениях.

18

1Л

14

% 12

к 10

у 8

5 6

4 ■

3" 2

О -----

I 0 0.2 0,4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 :

Ступень прироста, мм

Нормальное распределение;

Рис.4. Распределение числа деревьев (в %) по ступеням прироста (в мм) в чистых сосновых насаждениях.

Обоснование организационно-хозяйственных форм, расчета размера пользования н эффективности выборочной формы хозяйства

]. Обоснование организационно-хозяйственных форм выборочного хозяйства и расчёта пользования.

Оценивая современное состояние лесопользования в Московской области, прежде всего, необходимо отметить, что около 60% лесов

исключено из главного пользования. В этой категории лесов переход на выборочное хозяйство в хвойных насаждениях наиболее целесообразен с точки зрения как лесоводственно-экологическ их, так и экономических требований.

Оборот рубки можно принять равным возрасту спелости, утвержденным приказом Гослесхоза СССР от 17.08.78 № 114 и 14.04.86 № 53. В современных условиях при расчете лесопользования наряду с технической спелостью необходимо учитывать другие виды спелости и, прежде всего, хозяйственную спелость, которая позволяет установить рациональные сроки выращивания леса, поскольку сочетает в себе изменение с возрастом качества и количества произрастаемой древесины и обеспечивает наибольший экономический эффект. Хозяйственная спелость зависит от рыночной стоимости производимой продукции нз различные виды сортиментов. Не задаваясь точным методом ее определения, можно принять сложившееся в лесоустройстве соотношение, что хозяйственная спелость равна двойному возрасту количественной спелости. Для отдельных категорий защити ости при установлении оборота рубки следует учитывать возраст естественной спелости.

Низший предел оборота рубки зависит от экономических условий и при возможности ведения интенсивного хозяйства при выборочной форме совпадает с рубками ухода. Если брать только экономическую составляющую, то этот предел определяется возрастом минимального размера деревьев, начиная с которого они имеют сбыт.

Поскольку к данной категории насаждений предъявляются требования выполнения защитных функций, при назначении низшего оборота хозяйства необходимо установить тот минимальный возраст, после которого происходит их понижение. Таким возрастом, по нашему мнению, должен быть определен возраст количественной спелости, на который приходится максимум прироста древесной массы. По данным ряда исследований депонирование углерода и наибольшее выделение кислорода происходит у мололпяков и средневозрастных насаждений. Такое соотношение позволит обеспечить средний возраст насаждений аыборочного хозяйства равным возрасту количественной спелости, обеспечивающим максимальные защитные функции.

С учётом проведенного анализа перейдем к обоснованию оборота хозяйства в категориях защитности лесов, исключенных из расчёта пользования: это леса санитарной охраны источников водоснабжения и лесопарковая часть защитных зон.

С целью улучшения роста деревьев, распределения их по ступеням толщины и установления постоянства лесопользования вводится понятие периода повторяемости.

Для данной категории защитности лесов 1-11 бонитета, по нашему мнению, оборот хозяйства следует принять равным 70-130 лет с периодом повторяемости 10 лет, т.е. равным рекомендованному периоду при

лесоустройстве, которое и может дать оценку ведения выборочного хозяйства.

В насаждениях ниже возраста количественной спелости проводятся рубки ухода в соответствии с существующим наставлением по рубкам ухода. Если при рубках ухода в первую очередь выбираются отстающие в росте растения, формирующие отпад, то для определения интенсивности изреживания возможно пользоваться таблицами отпада, предлагаемыми нами (приведены в главе 3 диссертации).

Поскольку в выборочном хозяйстве пользование проводится отбором отдельных деревьев в рубку, то основанием для расчёта является количество стволов, назначенных в рубку в один год или за период повторяемости.

Проф. Орловым М.М. дан расчёт пользования лесом в выборочном хозяйстве по следующей формуле (Хуфнагеля):

П4 П3-П4 П2-П3 п(-П2

п := — +-+-+--

«3 «3 «2 «1 ())

где П], Пг, п3 и гц - количество деревьев в классах толщины и а - время перехода в верхний класс.

При равномерности прироста стволов по диаметру па высоте груди для перехода деревьев из одного класса в другой потребуется одно и тоже количество лет, тогда;

114 + (п3 - гц) + (п2 - п3) + (п2 - П1) п ;=-

« (2)

Числитель данной формулы состоит из количества деревьев тодных к рубке по отпускному диаметру и деревьев отпада, т.е. сумма главного и промежуточного пользования:

пглав ппром п :=--н-

а « (3)

Знаменатель формулы показывает время перехода деревьев низшей ступени толщины в вышестоящую. Полностью деревья данного насаждения будут вырублены через период равный времени перехода низшей ступени толщины в высшую, т.е. Зха, что будет характеризовать оборот хозяйства. Данная схема предлагается для разновозрастных древостоев при ведении выборочного хозяйства.

Применительно к одновозрастным и условно-разновозрастным насаждения данная схема требует корректировки. Во-первых, при проведении рубки в защитных лесах необходимо вырубать деревья с ослабленным приростом и формирующие отпад. Эту часть промежуточного пользования с распределением деревьев по ступеням толщины находим по таблицам отпада, приведенным в главе 3 диссертации. Например, проводим первый прием рубки в еловом насаждении в возрасте 70 лет. При среднем диаметре насаждения 29,1 см распределение деревьев отпада будет следующее (табл. 5).

По нашим данным, общее количество деревьев отпада за оборот рубки составит 450-500 деревьев в зависимости от полноты насаждения, поступающего в рубку. Вместе с тем необходима уборка деревьев главной части насаждения с тем, чтобы сформировать к концу оборота рубки новое поколение леса

Табл. 5.

Ступень толщины, см Кол-во деревьев отпада, % Кол-во деревьев отпада, экз./га

8 13,4 24,9

12 4232 78,8

16 29,59 55

20 10,38 19,3

24 3,17 5,9

28 1,18 2,2

Итого 100 186

Главное пользование при выборочном хозяйстве лимитируется величиной прироста. Выбираемый запас по массе в этом случае можно определить по величине среднего прироста насаждения, поступающего в рубку: Мвыр^срХ а (4) где а — период повторяемости, а по количеству стволов следующим образом: Пи^= М1Ыр. / Уср (5),

При пользовании по среднему приросту следует исходить из стремления к тому, чтобы действительный запас со временем сравнялся с нормальным. Нормальный запас определяется по таблицам хода роста в соответствующем возрасте. Корректировка осуществляется по следующей формуле:

—:-

а (6)

где:

Ъ* — средний прирост насаждения, поступающего в рубку, равный V«/ А;

У\у —действительный запас насаждения;

V,,-нормальный запас насаждения по таблицам хода роста;

а — срок повторяемости рубки.

Бели в насаждении древесный запас меньше нормального, то размер пользования следует установить меньше прироста, что позволит приблизить действительный запас к нормальному. Проф. Орлов М.М. рекомендует эту поправку определять как среднее между Ъу, и 7„. В этом случае интенсивность рубки будет меньше величины прироста.

Па практике расчёт пользования по количеству деревьев можно проводить следующим образом:

В первую очередь необходимо определить действительное количество деревьев конкретного насаждения, используя формулу:

Вер (7)

После этого определяем количество деревьев, соответствующих величине среднего прироста, т.е пвыр=№ А (8), таким образом, К/А=-2ср /

(9).

Размер пользования но количеству деревьев исходя из стремления к нормальному количеству деревьев в насаждении редуцируем на полноту насаждения поступающего в рубку.

К ~ «выр * (' + полнотаДей)

Ниже приводится расчёт общего размера пользования еловых насаждений:

Согласно нашим данным в 70-летнем елового насаждения с полнотой 0,7 сумма площади сечения составляет 31,1 м2/го, а площадь сечспия среднего дерева - 0,03 мг/га. Следовательно, число деревьев данного насаждения равно 31,1/0,03=1037 экз7га. Количество деревьев, пригодных к вырубке, составляет 1037/70" 14,8 экз./га в год, с учётом период повторяемости - 148 деревьев.

Поскольку полнота насаждения, поступающего в рубку, равна 0,7, при корректировке на полноту мы должны выбрать не 148 деревьев, а уменьшить их согласно формуле (10) на среднее значение полноты насаждения, поступающего в рубку, и нормального насаждения (1,0), что составляет 0,85, т.е. 126 деревьев. Сумма общего пользования по количеству деревьев будет складываться из суммы главного и промежуточного пользования, которое определяется по таблице отпада, т.е. общее пользование составляет 312 (126+186) деревьев.

2. Отбор деревьев в рубку.

Увеличение производительности деревьев после изреживання в основном зависит от способности оставшихся стволов увеличивать прирост, т.е. искусства ухода за приростом, что во многом зависит от исполнителя этих работ, опыта и квалификации лесовода. Проводить выборку только с учётом тенденции изменения средних показателей прироста было бы нецелесообразно. Очевидно, необходимо связать увеличение прироста деревьев одной ступени с каким-то надежным определенным признаком и, если обнаружится тесная корреляция зависимости, проводить отбор деревьев и по этому признаку.

К условиям выборочного хозяйства, по мнению проф. И.Мзйера, наиболее подходит классификация проф. Лейбендгута, которая построена на основе требования растений к свету, по степени освещенности каждою дерева, но ее тяжело использовать технически. Предлагая свою комби-

пиро ванную классификацию, Н. Майер делит деревья по основным признакам:

а) степени освещенности кроны;

б) длине и форме кроны;

в) ассимиляционной массе.

Проф. O.A. Харин отмечает, что степень освсщснности кроны влияет на величину прироста деревьев, но, поскольку определение этого признака приближенное, связывать его с величиной прироста н давать математическое выражение згой связи нецелесообразно, но при прочих равных условиях лучше отзываются на прирост наиболее освещенные деревья.

Развитие классификаций деревьев для рубок ухода и выборочных рубок должно идти по пути совершенствования их для различных условий произрастания, форм хозяйства, а также по обоснованию точности их применения, гарантирующей повышение прироста оставшихся деревьев на определенную величину.

Следовательно, необходимы дальнейшие исследования, которые, по нашему мнению, в первую очередь затрагивают физиологическое состояние деревьев.

3. Эффективность выборочной формы хозяйства.

В лесохозянственной литературе по вопросу увеличения прироста насаждениями, пройденными рубками ухода, выборочными и постепенными рубками, имеется много данных. В отношении рубок ухода данные довольно противоречивы. А.В.Савннова, В.А.Шустов В.ПВоропанов, К.Б. Лосицкий. Ф.М. Моисеенко считают, что насаждения, прореженные до определенной полноты, обеспечивают повышенный прирост. Имеется противоположное мнение (А.В.Давыдов, Н.П.Георгисвский), что одними рубками ухода поднять прирост насаждения нельзя.

Академик ВАСХНИЛ проф. Н.П. Анучнн на основании детального теоретического расчета показывает, что применением трехприемных рубок в чистых ельниках можно повысить производительность материнского насаждения в хозяйстве по сравнению со сплошно-лесоссчными на 15 %.

Проф. O.A. Харин отмечает, 41x1 происходит увеличение объемного прироста на оставшихся стволах за счет осветления. Поэтому это увеличение необходимо учесть при сравнительной оценке.

В дальнейшем проф. Н.П.Анучин дает детальный расчет производительности древостоев условного хозяйства с повторяемостью рубки через 7 лет. Изложенный метод определения текущего прироста при постепенных и сплошно-лесосечных рубках обобщен им в следующей формуле:

2 ■ - Zn + m ■ ZT + m ■ ZH - ЮО •

P. ^ ^

где:

P — процент увеличения прироста материнского насаждения при

постепенных рубках по сравнению со сплошно-лссосечными;

К - коэффициент, зависящий от периода повторяемости рубок;

Zn - текущий прирост насаждений до рубки (в %);

М — срок повторяемости постепенных рубок;

Z) — текущий прирост насаждения, пройденного первым приемом рубки (в % от Z полн.);

Z|( — текущий прирост насаждения, пройденного вторым приемом рубки (в % от Z полн.);

п - число участков в условном хозяйстве.

Анализ вышеприведенной формулы И показывает, что увеличение прироста при выборочных рубках зависит в основном от значения показателей Zn, '/.¡, Zn и т, т.е. от прироста насаждений в условиях постепенных рубок и периода повторяемости рубок.

Проф. O.A. Харин в своём исследовании после детального расчёта производительности елового насаждения при постепенно-выборочных рубках и интенсивности выборки в t-ый и 2-оЙ прием, равной 35%, отмечает, что прирост оставшихся столов в процентах от прироста до рубки, принятого за 100%, соответственно: ZE - 96,5% и Z„ - 52,6%.

Согласно результатам исследования проф, O.A. Харин а, увеличение производительности насаждений в еловых насаждениях составляет 34% по сравнению со сплошно-лесосечной формой хозяйства.

После постепенных рубок на вырубке имеется сформированное за счет подроста молодое насаждение. Чтобы иметь такое же новое насаждение при сплошных рубках, необходимо в самом лучшем случае срубить материнский древостой на столько лет раньше по сравнению с возрастом последнего приема, сколько лет потребуется для формирования названного молодняка.

Весь период формирования молодняка при постепенных рубках происходит при одновременном продуцировании древесины оставшейся части материнского полога. Это дополнительное продуцирование и создает в основном увеличение производительности насаждений при постепенных рубках. Если же сравнить производительность при выборочных рубках с производительностью при сплошных в возрасте 100 лет, то увеличения не будет, Но не будет и вновь сформированного молодняка на сплошной лесосеке. Это положение можно подтвердить расчетами по материалам имеющихся таблиц хода роста и полученными нами данными об относительной величине прироста оставляемой части.

Наиболее целесообразная продолжительность между приемами рекомендуется 10-15 лет. Величина годичного кольца в насаждениях, пройденных рубкой, в течение этого периода удерживается на повышенном уровне, а затем начинает падать. Для условий Московской области наиболее целесообразен период между приемами рубки Юлет.

Такой вид рубок с продолжительностью рубки спелого насаждения в 30-40 лет и отпуском по массе в рамках лесосечного хозяйства был классифицирован проф. М.М. Орловым как постепенно-выборочные рубки.

Проф. М.М. Орлов указывает, что сильные проходные рубки по количеству извлекаемой ими древесины почти вдвое превышают слабые; при сильных проходных рубках извлекается от 10 до 20% наличного запаса, при слабых же от 5 до 10%, но это не отражается сколько-нибудь заметно ни на общей производительности, почти одинаковой в обоих случаях, ни на ходе среднего прироста, кульминирующего в 80 лет. Гораздо большие изменения замечаются в качественных цифрах, которые в насаждении с сильными проходными рубками превышают аналогичные данные при слабых рубках от 14 до 50%, что находится в связи с увеличением среднего диаметра выбираемых стволов, а равно и деревьев, остающихся вследствие усиленного прироста в толщину.

Тот качественный прирост, который вызывается поднятием цен на более крупные сортименты сосновой древесины и который наблюдается в насаждениях со слабой проходной рубкой в период от 80 до 110 лет, при сильной рубке отмечается на двадцать лет раньше, а именно в возрасте от 60 до 100 лет; поэтому прирост по ценности в насаждении с сильными проходными рубками в среднем примерно на 30% выше, чем прирост по ценности в насаждении со слабыми проходными рубками.

Следствием указанного изменения хода нарастания ценности насаждения является то, что насаждение при сильной проходной рубке дает на 21% большую валовую доходность. Доходы от промежуточных пользований при сильных рубках в окончательном итоге на 138% больше, чем при слабых проходных рубках, это различие наблюдается с самого начала и последовательно возрастает. Так, в 60 лет разница в ценности главного пользования насаждений со слабыми и сильными проходными рубками равняется 8%, а к 100 годам она достигает 31%. В ценности же материалов, полученных от промежуточных пользований в 60-летнем возрасте, разница в пользу сильных рубок 63%, а в 100 лет — 121%.

Таким образом, система выборочного хозяйства наряду с получением древесины, имеющей большую доходность, позволяет формировать разновозрастные насаждения, которые обладают большей устойчивостью и средообразующими функциями.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

На основании проведённых исследований, изложенных в отдельных главах диссертации, можно сделать следующие обобщающие выводы:

1. В исследовании строения хвойных насаждений по диаметру целесообразно использовать кривые бета распределения и нормального распределения. В изученных хвойных насаждениях с возрастом происходит перераспределение деревьев в пределах ступеней толщины.

2. Процесс естественного изреживания в хвойных насаждениях происходит во всех ступенях полтины, но интенсивнее в ступенях толщины ниже среднего диаметра. В хвойных насаждениях с возрастом средний диаметр деревьев, формирующих отпад, увеличивается. Строение древесного отпада по диаметру в хвойных насаждениях наилучшим образом характеризуется законом бета распределения.

3. При составлении таблиц отпада целесообразно использовать закономерности распределения деревьев по ЕСТ, а после этого находить изменение числа деревьев с возрастом в пределах каждой ступени толщины.

4. При определении величины отпада и размера промежуточного пользования целесообразно использовать составленные нами таблицы отпада.

5. Строение чистых и изреженных хвойных насаждений по величине радиального прироста характеризуется законом нормального распределения. Результаты показывают, что деревья, относящиеся к одноимённым ступеням толщины, различаются величиной радиального прироста. Коэффициент варьирования находится в пределах 25-40%. В строении изреженных хвойных насаждений спустя 7-10 лет наблюдается стремление к нормальному распределению.

6. Возможности повышения прироста обусловливаются закономерностями структуры насаждений по величине радиального прироста как в пределах ступеней толщины, так и для насаждения в целом и, кроме того, увеличением ширины годичного слоя оставшихся после рубки деревьев вследствие изменения условий роста.

7. В лесах, исключенных из расчёта пользования, целесообразно перейти на выборочные формы хозяйства с установлением оборота хозяйства 60-70 лет и периодом повторяемости рубок 10 лет.

8. Низший предел оборота хозяйства целесообразно установить равным возрасту количественной спелости, а высший равным обороту рубки.

9. Оборот рубки рекомендуется определить по экономической или естественной спелости, которые при значительном антропогенном воздействии практически совпадают, и равняются двойному возрасту количественной спелости.

Ю.Расчет пользования рекомендуется проводить по количеству деревьев с учётом отпада и прироста насаждения.

11 .Количество вырубленных деревьев растущей части древостоя определяется через средний прирост, редуцируемый на полноту насаждения, поступающего в рубку, и нормального насаждения.

12.Ведение выборочных рубок в данной категории лесов позволит создать разновозрастные насаждения, что будет способствовать выполнению ими защитных функций.

Основное содержание диссертации опубликовано в сборниках научных трудов и других издан них:

1. Гахрамани JI. Закономерности текущего прироста по диаметру в еловых древостоях Щелковского лесхоза. // Вестник Московского государственного университета леса, 2004, №2(33). С. 62-65.

2. Гахрамани JI. Динамика древесного отпада в еловых древостоях. // Вестник Московского государственного университета леса, 2004, № 4(35). С. 43-48.

3. Ghahramany L., ShabanianN. Dynamics of tree attrition of spruce stands in Moscow region. It Abst. 4* Int. Iran and Russia Conf. "Agriculture and Natural Resources". Shahrekord-Iran. Pupl.,2004. P.180-181.

4. Ghahramany L., Kharin. O.A. Dynamics, Structural diameter patterns of Norway spruce (Picea excetsa) stands in Moscow Region.// Abst. 12й1 Iranian Researchers Conference in Europe. Great Britain, Manchester, 2004. P. 15.

Отпечатано с готового оригинала Лицензия ПД № 00326 от 14.02.2000 г.

Подписано к печати JACi.Cs Формат 60x88/16

Бумага 80 г/м2 "Снегурочка" Ризография

Объем /л/л _Тираж УШэкз_Заказ N° <¿¿6

Издательство Московского государственного университета леса. 141005, Мытищи-5, Московская обл., 1-я Институтская, I, МГУЛ. Телефоны: (095) 588-57-62, 588-53-48, 588-54-15. Факс: 588-51-09. Е-таЛ: izdat@mgul.ac.ni

ft-55 S «