Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ПРИ СОЗДАНИИ КУЛЬТУР ЕЛИ НА ВЫРУБКАХ ЕЛЬНИКОВ СЛОЖНЫХ

ВАК РФ 06.03.01, Лесные культуры, селекция, семеноводство

Автореферат диссертации по теме "СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ПРИ СОЗДАНИИ КУЛЬТУР ЕЛИ НА ВЫРУБКАХ ЕЛЬНИКОВ СЛОЖНЫХ"

А-3 Ъ&в

На правах рукописи

Проказин Николай Евгеньевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ПРИ СОЗДАНИИ КУЛЬТУР ЕЛИ НА ВЫРУБКАХ ЕЛЬНИКОВ СЛОЖНЫХ

06.03.01 - Лесные культуры, селекция, семеноводство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Воронеж -2004

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте лесоводства и механизации лесного хозяйства

Научный руководитель: кандидат сельскохозяйственных наук,

члеи-корр. РАЕН Родин Сергей Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Чернодубов Алексей Иванович,

доктор сельскохозяйственных наук Казаков Владимир Иванович

Ведущая организация: Российский государственный проектно-

изыскательский институт «Росгипрояес» (г. Москва)

Защита диссертации состоится 12 марта 2004 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.034,03 при Воронежской государственной лесотехнической академии по адресу: 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, д. " ВГЛТА, ауд. 118 (зал заседаний).

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверение. -ми гербовой печатью, просим направлять по адресу: 394613, г. Воронеж, уі Тимирязева, д. К, Воронежская государственная лесотехническая академии Ученому секретарю диссертационного совета. Факс: 8 (0732) 53-84-61

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежской государ ственной лесотехнической академии.

Автореферат разослан 3 февраля 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных

наук, профессор

Панков Я.В.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В соответствии с Концепцией устойчивого управления лесами Российской Федерации, стратегические цели управления лесным хозяйством должны достигаться, в том числе, за счет совершенствования нормативной базы и применение наиболее эффективных технологий и методов при лесовосстановленин. Применение современных методов оценки технологических операций позволит своевременно корректировать их результаты и повысить эффективность технологий создания культур ели.

Диссертационная работа выполнена в рамках научно-технической проблемы 0.53.01 «Создать и освоить новые технологические процессы и системы машин для механизации и автоматизации л есо хозяйствен«ых работ» на 19811985 годы; научно-технической программы «Создать и освоить перспективные технологические процессы н системы машин для комплекса лесохозяйственных работ» на 1986-1990 год; Государственной комплексной программы «Лес» на 1991-1995 годы: «Разработать интегрированные системы ведения лесного хозяйства, обеспечивающие неистощительность многоцелевого лесопользования и воспроизводства лесов, повышение их устойчивости, продуктивности и эко-лого-защитной роли; Федеральной целевой программы «Леса России» на 19972000 годы; Подпрограммы (06) «Российский лес» на 1996-2000 годы.

Цель исследований. Повышение качества культур ели путем совершенствования способов оценки и контроля технологических операций при их создании на вырубках ельников сложных.

Задачи исследований:

1. Обосновать способ оценки минерализации почвы при полосной раскорчевке вырубок.

2. Оценить лесорастительные свойства почвы посадочных мест, создаваемых при раскорчевке вырубок и обработке почвы и их влияние на рост и развитие культур ели.

3. Разработать способ оценки периода и контроля процесса физиологической адаптации саженцев ели к пересадке на лесокультурную плошаць.

4. Разработать способы и методы контроля светового режима роста культур ели на вырубках, возобновляющихся лиственными породами.

5. Оценить юменение производительности различных технологий создания лесных культур ели в зависимости от состава технологических операций и площадей вырубок.

Научная новизна. На основании многолетних (1982...2003 гг.) исследований научно обоснованы показатели и разработаны новые методы и способы оценки и контроля технологических операций при создании культур ели на вырубках ельников сложных: раскорчевки вырубок, обработки почвы, проведения уходов. Более совершетгые новые способы оценки почвенных и световых условий роста культур ели, физиологической адаптации саженцев к пересадке позволили ВЫЯВИТЬ перспективные способы обработки почвы, уточнить сроки и способы проведения агротехнического и лесоводственного уходов. Установлено, что проведение рпмнпдппп[Г>Гп пгрггп"гптгтптггаг0 ухода позволяет обеспечить необходимую ретнерацикдо£рде£од систем < ли. Дана оценка производительности перспектив! ы^^хш^дгаЙ /риуи^даур» лава операций и плошадей вырубок. Показано, чт»улравлё(^*ге жюцее«ш соз^ ания лесных культур на ос-

иове оценки результатов выполнения технологических операций позволяет своевременно корректировать их, обеспечивает достижение благоприятного режима роста для культур ели и возможность перевола их в покрытые лесной растительностью земли на 1 ...2 года раньше установленного срока. I{овые способы оценки и создания лесных культур эацшшены 5-ю авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.

Достоверность результатов исследований подтверждена достаточным объемом экспериментального материала, обработанного с применением ЭВМ, Научные вы под и основываются на закономерностях и выявленных особенностях процессов восстановления лесной растительности на вырубках, с учетом уел о пи (I алаггтацнн саженцев ели к пересадке, и подтверждены объектами высококачественных лесных культур, созданных в производственных условиях.

Личный вклад соискателя состоит б проведении работ по сбору, анализу и обобщению экспериментального материала; закладке опытных н опытно-производственных участков; разработке новых способов оценки и создания лесных культур ели.

Практической ценность. По результатам исследований разработаны усовершенствованные новые способы оценки технологических операций, позволяющие снизить затраты на проведение исследований при разработке новых технологий и обосновании лесотехнических требований для лесокультурных машин и орудий. Использование этих способов в практике лесокультурного производства позволяет управлять технологическим процессом создания лесных культур, повысить их качество и сократить срок перевода в покрытые лесной растительностью земли на 1...2 года. Результаты исследований включены в «Рекомендации для определения нормативов полосной раскорчевки и проведения осветлений при создан и н культур ели на свежих вырубках».

Ли роба ни я работы. Результаты работы докладывались на научно-технических и практических конференциях: МГУЛ (1990, 1994, 1997, 2000, 2003), ВНИШ1М (1988,1989,1990,1999,2000), БТИ им. С.М. Кирова (г. Минск - 1988); представлены на ВДНХ СССР (1989); Всесоюзных и Всероссийских совещаниях (г. Сыктывкар - 1989; г. Красноярск - 1991; г. Москва - 1995; г. Пушкино- 1997; г. Петрозаводск- 1999). Они использованы при разработке «Рекомендаций...» и внедрены в Сергиево-Посадском опытном лесхозе и ОЛХ «Русский лес».

Публикации. Всего но теме диссертации опубликовано 26 работ. Основные положения диссертации изложены в 15 печатных работах, в т.ч. 5-ти авторских свидетельствах и патентах на изобретения.

Объем, Диссертация состоит из введения, 8-ми глав, заключения и 4-х приложений; изложена на 133 страницах; содержит 23 таблицы и 27 рисунков. Синеок использованных источников включает 160 наименований, в т.ч. б на иностранных языках.

На защиту выносится обоснование способов оценки технологических операций при создании культур ели: 1) раскорчевки вырубок;

2) обработки почвы;

3) проведения уходов.

Автор выражает благодарность руководителям и сотрудникам отдела лесоводства и лесных культур за оказанную помощь в работе над диссертацией.

ГЛАВА 1. РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИИ СОЗДАНИЯ КУЛЬТУР ЕЛИ И СПОСОБОВ ИХ ОЦЕНКИ

Ретроспективный анализ историк развития технологических операции показал, что основные теоретические и практические установки но созданию культур ели, сформулированные в начале прошлого века Г.Ф. Морозовим, не претерпел» принципиальных изменений, что говорит об их правильности и обоснованности. Многочисленные литературные источники к патентная информация свидетельствует, 'по на современном этапе преобладает стремление реализовать их путем системы механизированных, в т.ч. совмещенных операций, заменяющих ручной труд. Механизированные операции привносят в процесс создания лесных культур свои особенности, которые необходимо учитывать при его осуществлении. Разработка и применение способов для опенки технологических операций позволит своевременно корректировать их последствия, дополнить существующую систему оценок процесса лесокультур його производства, в которой преобладает оценка но конечному результату, и повысить качество лесных культур (Калнииченко Н.П., Писаренко А.И., Смігрнов H.A., Суворов B.R, Родин С.А.).

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ ЕЛЬНИКОВ СЛОЖНЫХ И РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Соответствие природных условий района исследований и еяышков сложных установлено па основании описаний, имеющихся в научно-методической литературе (Побединекий и др., 1982), проектных материалов и наблюдений в Ссргиево-Посадском опытном лесхозе ВПИИЛМ.

Объекты исследований — вирубки ельников сложных Сергиево-Посадского опытного лесхоза ІШИІІЛМ, территориально расположенного в Московской области, в пределах Клннско-Дміпровской возвышенности. Участки опытных и опыпю-протводствснных культур ели расположены в Васильевском, Хом я ко веком, Хотьковском и Краснозаводском лесничествах.

Все леса лесхоза отнесены к лесам I группы. Самая распространенная группа типов леса с наиболее продуктивными насаждениями - группа ельников сложных. Почвы — дерново-подзолистмс свежие, суглинистые. Лесные культуры, с учетом сомкнувшихся, составляют окаю 20% общей площади.

Вырубки ельников представлены в основном вей пиково-крупнотрав-нымн, веКн и ково-мал и пни ковы ми типами. Имеются вырубки, тип которых не успевает сформироваться из-за интенсивного корнеогпрыскового возобновления осины.

После пожаров, массового ветровала и интенсивных рубок происходит естественная смена коренных ельников производными, чаще всего мел кол Herne иными дрепостоями — осинниками, березняками. Наиболее эффективным средством для борьбы с этим процессом является создание культур ели.

ГЛАВА 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Дія решения поставленных задач разработаны программа и методика исследований, предусматривающие изучение влияния физико-химических свойств почвы, светового режима на рост и развитие культур ели.

3.1. Программа исследований

1. Изучить изменение лесораетительных свойств почв после механического воздействия машин и орудий н их влияние на рост и развитие ели при создании лесных культур на свежих вирубках по различным технологиям.

2. Изучить физиологические особенности процессов адоптации саженцев ели к пересалке на л есо культурную площадь.

3. Исследовать особенности светового режима роста культур ели на вырубках.

4. Проанализировать изменение производительности различных технологий о зависимости от состава операций и пл ошалей за культивируемых вырубок.

3.2. Методика исследований

Закладку участков опытных культур осуществляли на свежих вырубках. Натурные работы проводили в 1...6 летних культурах ели, созданных по четырем вариаіггам стандартными сажен нам и 4(2+2) и 5(3+2) лет. Были изучены культуры, созданные по полосам, раскорчеванным корчевателем Д-513А, посадкой машиной МЛУ-1 и вручную без обработки почвы; посадкой сажалкой СЛГ-1 по грядам плуга ПЛМ-1,3 и с применением экснери метального образца і шуга-сажалки саженцев ПСС-1, созданного на базе плуга ПЛ-1. Эта машина осуществляет посадку саженцев одновременно с обработкой почпы микропо-пышеннямн. Изучена также тсхтіолопія создания культур без раскорчевки полос но прерывистым пластам. Для обработки почвы применялся экспериментальный образец почвообрабатывающего орудия, рабочий орган которого представлял собой специальный бульдозерный нож. Посадочные места, аналогичные образуемым орудием ОРМ-1,5, нарезали между пнями. Размеры прерывистых пластов составляли: по ширине - 1,0... 1,2 м, по длине-0,8...1,1 м, но высоте - до 30 см. Прерывистые пласты подготавливали также несколько меньших размеров лопатой. Посадку саженцев осуществляли вручную.

Изучен не почвенных условий посадочных мест осуществляли, руководствуясь ОСТом 56-81-84. Образцы почвы на агрохимический анализ отбирали в корнеобігтаемом слое. В них определяли содержание основных элементов минерального питания - азота, фосфора, калня. Температуру почвы измеряли термометрами Савинова на глубинах 10,15,20 и 25 см. Твердость почвы определяли с использованием динамического плотномера. Объемную массу и влажность — термовесопым способом.

Рост и развитие корневых систем ели в культурах изучали, используя соответствующие методические указания (ЧмырД984), одновременно с отбором почвенных образцов. В процессе раскопок корневых систем (всего 360 шт.) корин, по мере их удаления от ствола, освобождали от земли. Обнаженные

корми измеряли, зарисовывали в масиггабе, фотографировали. Затем отделяли от ствола, отмывали, высушивали до воздушно-сухого состояния и взвешивали. Возраст определяли на торцевых срезах.

Физиологические показатели ели определяли в процессе роста культур с использованием методики растительной диагностики (Попова, 1983). В хвое с двукратной повторностью определяли содержание азота, фосфора, калия, водорастворимых углеводов, крахмала. Образцы хвои отбирали в конце вегетационного периода с 4-й мутовки не менее чем у 15 модельных растений (всего 720 игг.), типичных для каждого варианта опыта.

Лабораторные химические анализы выполнены аналитической группой под руководством СЛ. Родина.

Приживаемость и рост лесных культур определяли с использованием методики полевых работ (Огиевский, Хиров, 1974; Смирнов, 2000), У растений измеряли высоту и текущий прирост по высоте с точностью до 0,5 см. Приживаемость культур определяли в конце вегетационного периода путем вычисления отношения числа учтенных растений к числу высаженных, выраженного в процентах. Причину гибели растений определяли визуально.

Световой режим роста культур гоучали и использованием рекомендаций (Алексеев, 1975; Росс, 1975; Лархср, 1978). Замеры освещенности (всего около 3-х тыс.) проводили люксметром Ю-Пб в период роста ели в течение дня. Точки замеров располагались снизу вверх по вертикали с градацией 10 см до достижения 100% освещенности открытого места.

Характеристики нежелательной травянистой и древесной растительности: массу, высоту и густоту определяли на пробных площадях (более тысячи) 1 и 10 м . Растительность срезали по горизонталям через 10 см, в лабораторных условиях высушивали и взвешивали (Лархер, 1978).

Опенку производительности различных технологий проводили на основе нормативных материхтов, а также с использованием теории массового обслуживания (Вентцсль, 1988).

Достоверность полученных результатов достигалась за счет использования соответствующих методик натурных работ и обработки данных с применением прикладных программ на ЭВМ ЕС-1033 и ПЭВМ. Уравнения с высокой теснотой связи между показателями получены путем использования шагового регрессионного анализа, позволяющего методом исключения отобрать факторы, все коэффициенты при которых в уравнении значимы (Боярский, 1985).

Разработка изобретений, способов оценки технологических операций создания лесных культур ели проведена на основе полученных результатов, с учетом исследований: A.B. Веретенникова, Л.А. Кайрюкштиса, Н.П. Калини-ченко, А.Б. Калякина, В.Н. Кураєва, И.А, Марковой, М.Д. Мерзленко, Л.И. Писаренко, А.Р. Родина, С. А. Родина, H.A. Смирнова, В.И. Суворова, А.Ф. Чмыра.

s

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СПОСОБОВ РАСКОРЧЕВКИ ПОЛОС НА ЛНСОРДСТИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ ПОСАДОЧНЫХ МЕСТ

Оценка проведена на основе показателей влияния степени минерализации поверхности почвы при расчиспсс полос с корчевкой пней на результаты обработки почвы, на примере работы корчевателя-собирателя Д-513А. Были изучены 3 варианта полосной раскорчевки: 1) расчистка прямолинейных полос с корчевкой пней и вычесыванием корней; 2) с корчевкой пней без вычесывания корней; 3) с корчевкой не всех (крупных) пней без вычесывания корней.

Для оценки минерализации при проведении натурных робот разработали шкалу. В соответствии с ней, к сильной степени минерализации - основного негативного последствия расчистки с корчевкой иней, относят участки полос с обнаженными горизонтами AjB и В.

Для прогнозных оценок сильной минерализации полос предложена (A.C. СССР №1766329,1992) формула:

M-iJ>^if}00, (1)

где: М - минерализация почвы сильной (3-й) степени, % от протяженности полос;

- средняя протяженность участка, минерализуемого при корчевке пня, м;

Ьщ — ширина агрегата (расчищаемой n корчуемой полосы), м;

п — среднее число пней на вырубке, шт^га.

Основными путями снижения сильных повреждений почвы при раскорчевке вырубок является уменьшение ширины полос и протяженности участков, сильно минерализуемых при корчевке одного пня. Эти показатели зависят err орудия для раскорчевки и способа се осуществления. Зная величины показателей I« и Ьщ, для конкретных условий работ можно рассчитать величину минерализации почвы полос сильной степени.

При работе корчевателя Д-513А ширина полос составила около 2,5 м. Уменьшение сильной минерализации почвы при корчевке одного пня в этом случае возможно до определенной степени. В рассматриваемых условиях, при количестве пней около 700 шт./га, величину 1и удалось снизить до 2,0 м (вариант 2). Сильная минерализация почвы полос при этом сократилась более, чем в 2 раза по сравнению с первым вариантом (90%) и составила около 40%. Дальнейшее уменьшение протяженности участков, сильно минерализуемых при корчевке одного пня, до 1,0 м возможно путем сокращения числа корчуемых крупных пней. В этом случае удалось сократить сильную минерализацию полос до минимума (13%), по криволинейные полосы и оставшиеся корни препятствовали нормальной работе почвообрабатывающих орудий (вариант 3).

С уменьшением минерализации почвы повышается запас элементов минерального питания, однако содержание фосфора и калия во всех вариантах оставалось в пределах допустимых значений (1,5 и 2,3 мг/100 г, соответственно).

Запасы основного элемента питания — азота в первом варианте не превысили 0,3 кг/м1, что означает низкую обеспеченность (Кураев, 1983). Обработка

почвы не повысила ее обеспеченность азотом до допустимых пределов, что означает непригодность посадочных мест для нормального роста ели при таком варианте раскорчевки.

В третьем варианте, при наибольшей сохранности почвенного покрова, запасы азота превысили 0,4 кг/га, что соответствует повышенной обеспеченности почвы азотом, но в этом случае оставшиеся пни препятствовали работе плугов.

Во втором варианте почва по обеспеченности азотом находится па пределе допустимых значений (0,3 кг/м2). В этом случае, при сильной минерализации полос до 50% их протяженности, обработка почвы микроповышениями позволила повысить запасы азота в посадочных местах до средней (достаточной) обеспеченности (0,35.„0,37 кг/м1).

Таким образом, го рассмотренных вариантов расчистки паюс с корчевкой пней наиболее приемлемым является второй, на фоне которого более детально изучены почвенные условия посадочных мест.

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ПОСАДОЧНЫХ МЕСТ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ КУЛЬТУР ЕЛИ

При оценке влияния почвенных факторов на рост и развитие ели рассматриваемых вариантов посадочных мест изучены их температура, влажность и физико-химические свойства почвы.

5.1.Оценка температурного режима почвы посадочных мест

Почва посадочных мест на раскорчеванных полосах прогревается быстрее и сильнее, чем почва междурядий, при этом микроповышения в целом прогреваются лучше, т.е. способствуют лучшему росту н развитию корневых систем саженцев, чем необработанная почва раскорчеванной полосы. Однако, в конце вегетационного периода микроповышення, созданные по раскорчеванным паюсам (варианты с обработкой почвы ПЛМ-1,3 и ПСС-1 минерализованных участков полос) могут иметь наиболее низкую из всех вариантов температуру (ниже на 1...2°С). Это обусловлено, в том числе и тем, что в период осадков в прилегающих бороздах скапливается вода, которая не успевает прогреваться за день, и оказывает охлаждающее действие на почву.

5.2.Физико-механические свойства и режим влажности почвы

посадочных мест

В течение вегетационных периодов 1982.. .1986 гг., метеорологические условия — режим осадков и температуры воздуха были в целом благоприятны, и плажностъ почвы посолочных .мест находилась в допустимых пределах. Значения, близкие к влажности устойчивого завяланкя (13. ..15%), были отмечены только в засушливом мае 1983 г. в верхнем (0...5 см) относительно рыхлом (объемная масса около 1,2 г/см1) слое почвы микроповышений, образованных ГО1М-1,3 и приваленного пласта ПСС-1.

Из отрицательных моментов следует отметить сезонное застаивание волы в бороздах ПСС-1 и ПЛМ-1,3, в понижениях от корчевки пней на полосах Д-5] ЗА п в местах выемки почвы для образования прерывистых пластов.

Твердость и объемная масса почвы. Твердость почвы раскорчеванных полос после ее обработки вначале существенно уменьшается с 3.„4-хударов до 1-го и менее, а затем, примерно через 3 года восстанавливается. Наиболее рыхлое состояние почвы наблюдалось у прерывистых пластов и микроповышений, образованных на раскорчеванных полосах, непосредственно в местах посадки саженцев.

Из рассмотренных вариантов посадочных мест худшие условия отмечены на сильно минерализованных участках раскорчеванных паюс (в местах корчевки пней), где объемная масса почвы превышала 1,4 г/см1. В остальных вариантах она находилась в пределах нормы. Наименьшей объемной массой в первый год после посадки культур обладали приваленный пласт ПСС-1 и гряда ПЛМ-1,3, Однако со временем почва уплотняется, н корневые системы ели начинают осваивать наиболее рыхлые поверхностные слон. Быстрее всего (на 3...4 год) этот процесс начинается в посадках но прерывистым пластам и пластам ГТСС-1, тогда как в вариантах посадок но ПЛМ-1,3 и по раскорчеванным полосам Д-513А без обработки почвы он более растянут.

5.3. Рост и развитие корневых систем саженцев ели

Основным фактором, определяющим развитие корневых систем саженцев ели является характер минерализации почвы при раскорчевке полос. Главным образом это касается культур созданных без обработки почвы. В этом варианте развитие корней целиком зависит оттого, попаян или нет высаженные растения в подпневые ямы. В первом случае корневые системы саженцев практически не развиваются и не только вследствие высокой плотности почвы, но и вследствие подтопления в дождливые периоды весной и осенью. Это приводит к гибели растений в течение двух-трех лет. На участках без минерализации растения имеют равномерно развитую корневую систему, достигающую в 10-летием возрасте массы в воздушно-сухом состоянии 100 г и более, но их количество составляет только около 10 % отобшего.

Препятствием для развития корневых систем саженцев поперек обработанных раскорчеванных полос являются плужные борозды, имеющие наиболее высокую плотность почвы и низкую обеспеченность азотом. В весенний период после задержки снеготаяния и в период дождей в бороздах скапливается застойная вода, что приводит к загниванию корней и отмиранию корневых окончании. В местах отмирания образуются опробковевшие утолщения с множеством ответтений мелких восстанавливающихся корней.

Гряды ПЛМ-1,3, сформированные в центре раскорчеванной полосы, имеют в основании почву, разрыхляемую сошником лесопосадочной машины лишь в месте размещения корневых систем. Это приводит к тому, что корневая система не может нормально развиваться в глубину и имеет вид скрученных жгутов диаметром до 10 мм и длиной 10...25 см. Первоначальная корневая система оказывается н условиях сильно ограничивающих рост.

После посадки из заглубленной части столика начинают развиваться придаточные корнн выше первичной корневой системы. Поверхностные корни развиваются на глубине окаю 5 см — в наиболее рыхлом слое почвы вдоль гряды, и на3...4 год достигает 0,5 ми более, а на б-ой год — 1,0 м и более,

В отличие от посадок по грядам плута ПЛМ-1,3, культуры, созданные машиной ПСС-1, могут беспрепятственно развивать корневую систему в сторону более рыхлой, структурной почвы междурядья, верхние слои которой ПОЛНОСТЬЮ обеспечены основными элементами минерального питания, при этом рост корней в меньшей степени зависит от первоначальных условий раскорчеванной паюсы. Корни располагаются поверхностно, их число в 1,5 раза, а длина и диаметр на 20% больше, чем у елей, растущих по грядам. На 3...4 год поверхностные корнн основного количества елей выходят за пределы отваленного пласта.

Лучшие физико-химические свойства почвы и отсутствие борозд способствуют тому, что из рассмотренных вариантов наиболее равномерно развитую корневую систему имеют ели, посаженные по прерывистым пластам. Наиболее крупные 10-летние растения имеют до 7-ми скелетных корней длиной более 1,5 м, что в 1,5.. .2 раза больше, чем й других вариантах посадок.

Проведенный опыт показал, что негативное слияние открытого дренажа в виде борозд на рост и разните корневых систем может быть устранено при проведении агротехнического ухода предлагаемым способом (Пат. РФ № 1561903, 1990). Его проводят на 3...4 год роста культур путем засыпки борозд почвой, взятой с наружной стороны. При этом, напочвенный сток переводится во внутрипочвенный: вода, не задерживаясь разрыхленной почвой, смешанной с растительными остатками, протекает ко дну первоначальной борозды. Этот способ ухода, в отличие от посадок без него, обеспечивает корням елн быструю регенерацию и благоприятное равномерное развитие.

5.4. Рост и приживаемость культур ели в зависимости от почнениых условий посадочных мест

Результаты почвенных исследований и обмеров лесных культур были подвергнуты математическому анализу, что позволило отобрать из изученных показатели, имеющие наибольшее влияние на рост культур и установить зависимость от них прироста и высоты. Было получено уравнение вида:

у».к = а0+а1х1х2+а^хрх1, (2)

где: унь - высота н прирос* культур, см; а«, эг — коэффициенты;

XI - концентрация азота в корнеобитаемом слое почвы, %; Х2 — объемная масса корнеобнтасмого слоя почвы, г/см'; х5 - возраст культур, лет.

Для всех вариантов посадок множественный коэффициент корреляции показал иысокую тесноту связи (И^0,89...0,98).

Таким образом, установлено, что ю почвенных условий на рост культур ели в высоту наибольшее влияние оказывают динамика концентрации азота к обьемной массы в корнеобитаемом слое почвы посааочных мест.

Лучшие почвенные условия позволяют культурам по пластом ПСС-1 и по прерывистым пластам вступать в период интенсивного роста на 4 год после посадки, достигая прироста в высоту 30 см и более, а культуры по (рядом ПЛМ-1,3 и по раскорчеванным Д-513Л полосам достигают его на 1...2 года позже. В возрасте 5...6 лет опытные культуры, созданные по пластам, по ростовым показателям и приживаемости можно переводить в покрытые леской растительностью земли.

В опытных культурах, при соблюдении всех правил посадки, удалось достичь высокой приживаемости. Она составила около 95%, за исключением отдельных участков, главным образом у культур по раскорчеванным полосам без обработки почвы, где приживаемость составляла около 80% за счет гибели саженцев, попавших в места пневых ям, в результате вымокания.

ГЛАВА б. ОЦЕНКА ПЕРИОДА АДАПТАЦИИ

САЖЕНЦЕВ ЕЛИ К ПЕРЕСАДКЕ НА ОСНОВЕ РАСТИТЕЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ

Растительная диагностика позволила уточнить почвенную и определить период физиологической адаптации саженцев к пересадке.

Концентрация минеральных элементов в хвое спи зависит от тех горизонтов почвенного профиля, где размешаются корневые системы. Когда в ризосфере елей имеется почва кз перепюйно-аккумупятивного горизонта Аь а хвое наблюдается высокое содержание азота (1,7...1,8%). Такое физиологическое состояние благоприятно для быстрого роста и характерно для участков культур, созданных по прерывистым пластам без раскорчевки и в условиях обработки почвы при средней и слабой мннерализаннн почвы. Последнее относится к посадкам по пластам ПСС-1, когда саженцы быстрее получают возможность осваивать плодородную почву междурядья. На сильно минерализованных участках корин саженцев размещаются в подзолистом (Ai) и иллювиальном (В) го-р}(ЗОНтах, и в их хвое отмечается пониженное содержание азота (до 1>2 %) и повышенное содержание углеводов (22...24 %).

Таким образом, при недостатке азота в ризосфере, у слей, по сравнению с нормой, содержание в хвое азота (N), необходимого для синтеза белков, уменьшается в 1,5 раза и ш 10„,20% возрастает количество углеводов; Цритом, что различий в концентрациях фосфора (Р) и калия (К) не наблюдается, обусловливается сдвиг соотношения N:P:K в сторону Р и К (табл. 1). Это негативно отражается на процессе адзггтацин саженцев ели к пересадке.

В результате изучения и апробации различных способов растительной диагностики предложен способ (A.C. СССР №1729335, 1992), позволяющий более точно, чем швестные, оценить период адаптации саженцев к пересадке

Таблица 1

Изменение содержания и соотношения основных метаболитов в 2-летисй хвое культур ели в зависимости от вариантов обработки почвы

Шрвзит обработки почвы (марка орудия) Возраст культур, лет Содержание метаболитов, % от массы в абсолютно сухом состоянии Соопюте-иие №Р:К к,- и/ы

тот (Ю фосфор (Р> калий ОС) углеводы <и>

Раскорчеванная полоса (Д-513Д) 3 1,07 0,39 0,66 24,0 51:18:31 22,4

4 1,15 0,32 0,71 24,2 53:14:33 21.0

Гряда (ПЛМ-1,3) 3 1,13 0,35 0,65 24,1 53:16:31 213

4 1,18 0,32 0.79 22,2 52:14:34 18,8

Пласт (ПСС-1) 2 1,50 озз 0,66 20Д 60:13:27 13,5

3 1,60 037 0,71 233 60:14:26 14,5

4 1,71 038 0,82 22,9 59:13:28 13,4

Прерывистый пласт 3 1,82 039 0,71 22,6 62:13:25 12,4

4 1,87 036 0,63 20,0 65:13:22 10,7

на лесокультурную площадь по динамике соотношения в их хвое углеводов (сахара + крахмал) и азота:

(3)

где: К«- коэффициент адатации;

и - содержание утл сводов, %;

N - содержание азота, %-

Коэффициент К» рассчитывают иа основании анализов 2-лстней хвои, отбираемой в конце вегетационного периода. О начале периода адаптации судят по устойчивому снижению величины этого коэффициента.

Снижение величины К, наступает во всех вариантах на 4-й год. К атому сроку саженцы начинают адаптироваться к условиям, в которые они попали ирн пересадке и у культур начинает прогрессировать прирост. Величина коэффициента К« увеличивается с ухудшением условий роста: у посадок с обработкой почвы прерывистыми пластами, когда корни саженцев с самого начала развиваются в плодородном слое почвы микролоаышения, она на 4-й год составила 10,7, у посадок по пластом ПСС-1 - 13,4, по грядам ПЛМ-1,3 - 18,8, а по раскорчеванным полосам без обработки почвы - 21,0 (табл.1).

Применение предлагаемого способа позволило уточнить результаты оценки по почвенным показателям и установить, что быстрее и лучше всего адаптируются ели, посаженные по прерывистым пластам, дхчее в порядке убывания следуют культуры по пластом ПСС-1, грядам ПЛМ-1,3 и по раскорчеванным паюсам без обработки почвы.

ГЛЛВЛ 7. ОЦЕНКА СВЕТОВОГО РЕЖИМА РОСТА И НЕОБХОДИМОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ УХОДОВ ЗА КУЛЬТУРАМИ ЕЛИ

На участках обработанной почвы в первые 1...2 тола масса травянистой растительности составляет 150...250 г/м2. Наибольшегоразшггия в межлуряльях культур всйник и малина получают на 3...4 год, когда' нх высота достигает 1,5 м, а масса в воздушно сухом состоянии 800...900 г/м1, Однако, даже такое их интенсивное развитие не может оказать губительного отекающего влияния на культуры, созданные по раскорчеванным полосам: относительной освещенность верхней трети слей достигала допустимой величины — 60%.

Анализ вертикального распределение биомассы и изменения освещенности возобновляющейся растительностью {рис. 1) показал, что в этом возрасте наиболее существенное отеняющее влияние оказывает естественное возобновление листвен них пород, главным образом корнеотпрысковой осины, достигающей высоты 2,5 м.

Полученные результаты позволили установить, что при проведении агротехнического ухода засыпкой борозд нужно одновременно уничтожать возобновление лиственных пород по обеим сторонам рядов культур.

Рисунок 1 —. Вертикальное распределение биомассы (г/мг) и изменение освещенности растительностью на 4-х летней вырубке ельника сложного: а — вейник, б — малинник, в — осинник

л

с

о

X X в 3

о «

и О

1 2 Зоны освещенности:

А,---В,

С.

Рисунок 2 - Изменение освещенности кулисами лиственных пород: 1 — березы, высотой 3,5 м; 2 — осины, высотой 4,5 м различной густоты: а- 100, б - 50 тыс.игг^га

Изучение изменения освещенности кулисами лиственных пород показало, что можно выделить три горизонтальных зоны: А — верхняя, где освещенность близка к открытому месту; С — нижняя, прилегающая к земной поверхности и В — средняя, где освещенность быстро нарастает от нижней зоны С к верхней зоне А (рис. 2).

Для расчета средней освещенности (Р) лесных культур (высотой Ь) предложена система уравнений:

оРа+ЬГъ + сЕс

(4)

{

Ь-а+Ь+с

(5)

где; а, Ь, с — вертик&чьные протяженности зон, попадающие в пределы Ь, м; Р., Рь Рс - средние величины освещенности зон А, В, С, % от полной.

На основании расчетов и результатов изучения освещенности на вырубках получены (A.C. СССР № 1486105,1989) формулы для определения критических параметров кулне - высоты Н' и расстояния до культур L:

L™(4+H)f-ah-s, (6)

«■-iT+oA+^i, (7)

где: Н н h - высоты кулис и культур, м; 1 - расстояние между ними, м; а, с, f, ¡j — коэффициенты, отражающие изменение освещенности в зависимости от породного состава кулис, их высоты и густоты.

Проведение осветления потребуется, когда освещенность культур высотой h будет ниже допустимой, т.е. в тех случаях, когда действительное расстояние между кулисой и культурами 1 меньше критического L или, если средняя высота кулисы Н больше, чем критическая Н\

Для упрощения расчетов и более обобщенной оценки необходимости проведения осветления культур можно ростовые характеристики естественного возобновления березы и осины задать их возрастом. В данном случае получено (Пат. РФ № 1754015,1992) уравнение:

, (8)

где: yL — критическое расстояние от ряда культур до края кулисы, м; ао, а], aj — коэффициенты зависящие от породного состава кулисы, рассчитанные для березы (R=0,81) и осины (R=0,86); Xt - средняя высота культур, м;

хI - возраст лидирующих деревьев в кулисах (или вырубки), лет.

Расчеты позволили определить нормативную ширину коридоров и сроки осветления культур, в соответствии с их средней высотой, высотой и составом возобновления лиственных пород и возрастом вырубки (табл. 2).

Таблица2

Нормативы для определения необходимости проведения осветления культур ели на вырубках, возобновляющихся лиственными породами

Средняя высота культур ели, м Нормап от культур ло к- шюерассто« утшеы ПО ВОТ| ше(м) зэстам вырубки

3 гола 4 юза 5 лег 6 лет 7 лет

0,2 0,8 U 1,7 2,1 2.3

0,4 0,6 1Л 1,6 2.0 2,2

0,6 0J 1,1 1.5 1,9 2.1

0,8 0,4 0.9 1,4 1.7 2.0

1,0 0.3 0,8 1J 1,6 1,9

1.2 0,2 0,7 1,2 1,5 1,8

1,4 0,0 0,6 1.1 1.4 1,7

1,6 0,0 0,5 1,0 1.3 1,6

1,8 0,0 0.4 0.8 1.2 1.5

ГЛАВА В. ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ, КОМПЛЕКСОВ МАШИН И ОРУДИЙ

Для оценки производительности технологий определили, на скольких гектарах вырубок и год можно провести лесокулыурные работы, если используется одно тяговое средство (трактор).

Нижнюю границу производительности лесокультурных агрегатов при выполнении технологических операций \У (мг/сезон) рассчитали по формуле:

где: ї - годовая загрузка трактора на операции, смен/сезон; $ — площддь вырубки, м1;

v — сменная производительность трактора на операции, м/смену; Ь - ширина междурядий, м;

ІЯ, - время переездов с одной вырубки на другую, смен.

В результате расчетов установили, что на вырубках площадью менее 5 га, за счет переездов, производительность снижается в 1,5... 2,0 раза (рис. 3).

Рисунок 3 - Зависимость производительности агрегата от площади ВЫ' рубок при осуществлении технологических операций:

1 - осветление культур;

2 - агротехничсский уход за слженнами; 3 - агротехнический уход зассянцздж; 4 - обработка лочаы;

5—н&.юсная раскорчевка вырубки; 6 - посадка культур

(9)

350т

0) [-1-1- I 1 І I 1 ■ І I 1 1 1 2 г 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13 14 15

Площадь вырубки, га

Для учета случайных факторов, которые сказываются на производительности, использовали теорию массового обслуживания.

Процесс выполнения операции рассматривали как одноканальную систему массового обслуживания (СМО) с неограниченной очередью. Дія одно канальной СМО использовали формулу М.Л. Файнберга (Вектцель, 1988). На основании расчетов оценили среднюю длину очереди (Ьо) - количество вырубок, переходящих на следующий сезон, в зависимости от годового объема выполняемых работ и производительности операций — коэффициента загрузки трактора (р).

В результате установили, что при р=0,8 на следующий сезон переходят 3 вырубки, а при дальнейшем увеличении загрузки их количество резко возрастает (рис, 4), т.е. для обеспечения высокой загрузки трактора всегда должен быть запас переходящих вырубок.

О 0,1 02 0,3 0,4 0.5 0,6 0,7 0,8 0,9

Коэффициент загрузки трактора

Рисунок 4 - Зависимость количества вырубок, переходящих на следующий сезон, Ьо от коэффициента загрузки трактора, р

Проведенные расчеты позволили определить объемы работ, которые можно выполнить в течение лесокультурного сезона при осуществлении технологий и необходимые для этого трудозатраты.

Оценка результатов показала, что производительность технологии с применением орудия типа ПСС-1 повышается в два раза за счет совмещения операций обработки почвы и посадки саженцев, по сравнению с технологией, предусматривающей раздельные операции по обработке почвы и посадке культур; при совмещении операций обработки почвы и посадки по прерывистым пластам без раскорчевки полос непроизводительные затраты времени сокращаются в 1,5...2 раза.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Главными факторами, определяющими рост культур ели на вырубках елышков сложных, являются сохранность гумусового горизонта почвы и освещенность, обусловленная естественным возобновлением раститслыюсти.

2. Уменьшение ширины полос и протяженности участков, сильно минерализуемых ирн корчевке пней, является основным путем снижения негативных последствий раскорчевки вырубок под лссные культуры. При сильной минерализации, не превышающей после раскорчевки паюс 50% их протяженности, обработка почвм микроповышениями позволяет обеспечить необходимые лесорастшсльные свойства почвы посадочных мест.

3. Оценочными показателями почвенных условий яазяются объемная масса (ОМ) и концентрация азота (14) и корнеобнтаемом слое почвы посадочных мест. Лучшими лесораспггел ьными свойствами обладают микроповыше-ння, включающие почвенные горизонты Ас и Аь когда ОМ£1,3 г/см3, а N¿0,3%. При посадке саженцев в микроповышения одновременно с обработкой почвы обеспечивается высокая приживаемость и быстрый рост культур, возможность перевода их в покрытые лесной растительностью земли на 1...2 года раньше установленного срока.

4. Негативное влияние на рост и развитие корней ели открытого дренажа в виде плужных борозд устраняется при проведении агротехнического ухода путем засыпки их почвой, взятой с наружной стороны, с одновременным уничтожением нежелательной растительности. Этот способ обеспечивает корням необходимую регенерацию, благоприятное равномерное развитие и понюляет быстрее осваивать почву междурядья с сохраненным гумусовым горизонтом.

5. Для растительной диагностики физиологического состояния саженцев ели, и оценки периода их адаптации х пересадке может служить величина соотношения углеводов и азота (К,=и/Ы) в 2-лстней хвое: чем лучше почвенные условия для роста культур, тем она меньше. Из рассмотренных вариантов, лучше всех адаптируются культуры ели, созданные без раскорчевки вырубок но прерывистым пластам (К,=Ю,7), далее в порядке ухудшения: посадки но пластам ПСС-1 (13,4), грядам ПЛМ-1,3 (18,8) и по раскорчеванным паюсам без обработки почвы (21,0).

6. Травянистая растительность не оказывает существенного отсняюшего влияния на культуры ели на фоне интенсивного естественного возобновления лиственных пород. Нормативные параметры и сроки проведения осветлении могут бить установлены для конкретных участков на основе предложенных способов оценки допустимой освещенности, в зависимости от высоты культур, с учетом характеристик естественного возобновления: породного состава; высоты и густоты или возраста, а также расстояния от культур до кулие лиственных пород.

7. Высокая пронзволигельность лссокультурных тракторных агрегатов достигается на вырубках площадью 5 га и более. Для обеспечения их высокой загрузки, необходимо иметь запас вырубок, переходящих на следующий сезон. Совмещение операций обработки почвы и посадки саженцев, позволяет в 2 раза повысить производительность работ, и соответственно снизить затраты на производство лесных культур, по сравнению с технологиями, предусматривающими проведение этих операций раздельно.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Для того чтобы управлять технологическим процессом и добиться выращивания лесных культур высокого качества и сократить срок перевода их в покрытые лесной растительностью земли на 1...2 года необходимо оценивать результаты последовательных этапов технологий, учитывать их особенности, контролировать и своевременно корректировать их результаты при выполнении последующих операций.

2. Для принятия решения о проведении полосной расчистки вырубок с корчевкой пней целесообразно оценить возможные негативные последствия этой операции п результате сильной минерализации почвы на основании средних данных о числе пней на вырубке, протяженности участков сильно минерализуемых при корчевке одного пня и ширине корчуемой полосы.

3. При проведении полосной раскорчевки вырубок необходимо контролировать качество проводимых работ и не превышать заданной допустимой величины сильной минерализации. Учитывая, что применение зубовых корчевателей не всегда позволяет в достаточной степени сохранить почвенный покров, для улучшения лесорастительных условий посадочных мест следует принять во внимание необходимость применения обработки почвы мнкроповышениямн, причем наилучший эффект достигается при проведении обработки почвы одновременно с посадкой саженцев.

4. При интенсивном зарастании вырубок нежелательной растительностью нужно достаточно рано проводить осветление культур, включающее в себя агротехнический уход, который становится его составной частью. Агротехническим уходом, осуществляемым (на 3...4 год) засыпкой борозд почвой, взятой с наружной стороны, с одновременным уничтожением нежелательной растительности, можно устранить негативное влияние открытого дренажа в виде плужных борозд на рост и развитие корней елн в культурах, созданных посадкой по микроповышениям после раскорчевки паюс.

5. Сроки проведения осветлений и нормативную ширину коридоров можно конкретизировать, используя предложенные способы оценки, учитывая высоту культур и характеристики естественного возобновления нежелательной растительности, что особенно важно для культур, созданных без раскорчевки вырубок.

6. При планировании следует учитывать рать переездов техники и случайных факторов, снижающих пронзвод1гтсльность лесокультурных работ.

Результаты диссертационных исследований включены о предложенные производству «Рекомендации для определения нормативов паюсной раскорчевки и проведения осветлений при создании культур ели на свежих вырубках», 2002 г. Они также легли в основу последующих лесоволствениых исследований и разработок, запатентованных изобретений по оценке тсхнаюгиче-ских комплексов машин; использованы при разработке РД 56-308.45.12-95 «Рубки главного пользования. Л есоводственно-экологическая оценка машин и технологий. Номенклатура показателей. Основные наложения», ОСТ 56-102-98 «Техника лссохозяйственная. Машины для трелевки древесины от рубок ухода за лесом. Типовая программа и методика испытаний» и Методики лссово-лстоснно-экаюгнчсской оценки технологий и машин для рубок главного пользования (для равнинных лесов Российской Федерации), 2000 г.

ОСНОВНЫЕ ПЕЧАТНЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Почвенные условия, определяющие рост культур ели на вырубках в условиях ельника сложного. / ЦБНТИлесхоз,1988. Nt 1(199)деп. 5 с.

2. Пути создания оптимальных условий роста культур ели на вырубках ельников сложных. Я Новые технолога» в лесокультур ном производстве. М.: ВНИИЛМ, 1988, С. 7!).. .91 (соавтор A.A. Пряжников).

3. После посадочная адаптация саженцев ели в культурах // Совершенствование научного обеспечения л есохозя й ственного производства. М.: ВНИИЛМ, 1990. С. 95 (соавтор С.А. Родин).

4. Способ создания культур ели на равнинных вырубках, возобновляю-щнхея лиственными породами. A.C. СССР № i486105, 1989. Бюл. № 22 (соавтор A.A. Пряжников).

5. Системный подход к расчету светового режима при выращивайнн культур елн // Лесное хозяйство 1991. Л*?3. С. 38...39 (соавтор A.A. Пряжников).

6. Способ опенки адаптации древесных растений. A.C. СССР, №1729335, 1992. Бюл. Л"г 16 (соавтор СЛ. Родин).

7. Способ создания рядовых лесных культур. Пат. РФ Na 1561903, 1992. Бюл. № 17 (соавтор О.Г. Климов).

8. Способ определения потребности в рубках ухода культур ели на вырубках, Пат. РФ №1754015, 1992. Бюл. JÜ 30 (соавторы О.В. Миронов, В.П. Закутан А А. Пряжников).

9. Способ определения пригодности почв под посадку лесных культур. A.C. СССР, №1766329,1992. Бюл. № 37 (соавтор Л.И. Филин).

10. Определение сроков проведения осветлений в культурах ели на вырубках // Научно-исследовательские работы на базе Сергиево-Посадского опытного лесхоза. Пушкино: ВНИИЛМ, 1999. С. 86.-88.

11. Эколого-лесоводственный мониторинг лесокультур! 1ых технологий II Экологический мониторинг лесных экосистем. Петрозаводск: ИЛ КНЦ РАН, 1999. С. 95 (соавтор С.А. Родни).

12.0цснка сохранности почвенного покрова при полосной расчистке вырубок. // Научно- исследовательские работы из базе Сергиево-Посадского опытного лесхоза. Пушкино: ВНИИЛМ, 1999. С. 78...80 (соавтор И.Г. Трушина).

13. Рекомендации для определения нормативов полосной раскорчевки и проведения осветлений при создании культур ели на свежих вырубках. Пушкино: ВНИИЛМ, 2002.7 с.

14. Применение технологий создания лесных культур на вырубках в лесной зоне европейской части России // Лесное хозяйство. 2003. №5. С. 37,..40 (соавтор А.Ф. Алябьев).

15. Рост и развитие корневых систем в культурах ели на вырубках И Ле-сохозяйственная информация. 2003. №7. С- 1S...22.

ВНИИЛМ ЛР Хв 021297 от 18.06.98 г.

Формат 60x90'/] 6 Тираж 100 экз. Объем 1.3 п.л._Подписано в печать 29.01.04

Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства 141200, г. Пушкино Московской обл.» ул. Институтская, 15 тел.: (8-253)2-46-71 факс: 993-41-91

* - 285 а