Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ДРЕВОСТОЕВ СОСНЫ И ЕЛИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОЧВЕННО-ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ В СРЕДНЕМ ПРЕДУРАЛЬЕ

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

Автореферат диссертации по теме "СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ДРЕВОСТОЕВ СОСНЫ И ЕЛИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОЧВЕННО-ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ В СРЕДНЕМ ПРЕДУРАЛЬЕ"

На правах рукописи

Итешина Наталья Михаиловна

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ДРЕВОСТОЕВ СОСНЫ И ЕЛИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОЧВЕННО-ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ В СРЕДНЕМ ПРЕДУРАЛЬЕ

/

СЬециальностъ 06.03.03 - Лесоведение и лесоводство;

лесные пожары и борьба с ними

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученої! степени кандидата сельскохозяйственных наук

№

Екатеринбург, 2004

Работа выполнена на кафедре лесоводства Уральского государственного лесотехнического университета Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ H.A. Луганский; доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный лесовод РФ С.В, Залесов; Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

А.К. Махнев.

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Б.С. Фимушин.

Ведущая организация: Главное управление природных ресурсов и

охраны окружающей среды Министерства природных ресурсов РФ по Удмуртской Республике

Защита диссертации состоится 25 марта 2004 г. в 10 — часов на заседании диссертационного совета Д 212.281.01 Уральского государственного лесотехнического университета по адресу: 620100, Россия, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 36.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного лесотехнического университета.

Автореферат разослан "19" февраля 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д-р с.-х. наук, профессор, заслуженный лесовод России

С.В. Залесов

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. На рубеже ХХ-ХХ1 вв. в условиях урбанизации территорий и усиления антропогенного прессинга на лесные экосистемы перед лесным хозяйством страны с особой остротой встают проблемы многоцелевого ненстощитель-ного лесопользования, сохранения и усиления экологических функций леса, улучшения его породного состава и качества, повышения устойчивости и продуктивности. Повышение продуктивности существующих лесных насаждений - многосторонняя комплексная проблема. Для ее успешного решения должна быть разработана и планомерно осуществлена система мероприятий, направленная, прежде всего на рациональное использование земель, более эффективное их продуцирование благодаря естественному почвенному плодородию.

Задача выявления закономерностей количественных связей между параметрами лесных насаждений, с одной стороны, и почвенно-гидрологическими признаками и свойствами - с другой, является сложной, трудоемкой, но вместе с тем необходимой и перспективной. Проведение таких исследований позволяет научно обосновать выбор главных, наиболее продуктивных древесных пород, разработать дифференцированный комплекс лесоводстве иных мероприятий, направленных на повышение продуктивности и устойчивости лесных экосистем соответственно лесорастительным условиям конкретного региона.

Цель и задачи исследований. Целью работы было изучение сравнительной производительности сосновых и еловых древостоев в различных лесорастительных условиях и научное обоснование рекомендаций по выбору перспективных древесных пород на принципах биоэкоса,

В процессе работы для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

-оценка лесорастительных свойств дерново-подзол истых почв; -анализ закономерностей роста древостоев сосны и ели в связи с почвенно-гидрологическими условиями местопроизрастания;

-выявление количественных связей и зависимостей между таксационными показателями древостоев и почвенно-гидрологическими факторами;

-разработка рекомендаций производству по повышению эффективности лесо-образователыюго процесса в условиях Удмуртской Республики.

Научная новизна. Проведен анализ количественных к качественных характеристик сосновых и еловых насаждений в преобладающих почвенно-гидрологических условиях их произрастания в Удмуртской Республике. Впервые в региональном аспекте изучены и выявлены зависимости между таксационными показателями древостоев сосны и ели и широким спектром признаков и свойств лес ных почв; изучен ход роста сосновых и еловых древостоев на почвах с различным гранулометрическим составом и разной глубиной залегания покровных суглинков; дана их лесорасштельная оценка; выявлен ряд почв, наиболее полно отвечающих биологическим н экологическим требованиям сосны и ели.

Практическая значимость работы. Результаты исследований могут служить основой при разработке к составлении проектов организации и развития лесных хозяйств (лесхозов) Удмуртской Республики, при проектировании лесных культур, производстве и внедрении лесоводственных мероприятий по более эффективному использованию естественного плодородия лесных почв, повышению продуктивности и устойчивости сосновых и еловых насаждений.

Основные положения, выносимые на защиту:

- лесорастительная оценка свойств дерново-подзолистых почв;

- влияние почвенно-гидрологическнх условий на производительность древостоев сосны и ели;

- обоснование выбора древесных пород для лесохозяйственной практики С учетом лесорастительных условий.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на международной конференции «Экология - 2000. Эстафета поколений» (Москва, 2000), региональной научно-практической конференции «Аграрная наука - состояние и проблемы» (Ижевск, 2002), на межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Перспективы развития регионов России в XXI веке» (Ижевск, 2002), на всероссийской научно-практической конференции «Адаптивные технологии в растениеводстве. Итоги и перспективы» (Ижевск, 2003) и внутривузовских научных конференциях Ижевской государственной сельскохо-

зяйственной академии (1998, 1999, 2000). Материалы диссертации используются в учебном процессе при проведении занятий по дисциплинам «Лесоведение», «Лесоводство» и «Программные леса».

Достоверность результатов исследований подтверждается достаточным объемом экспериментальных данных, применением научно-обоснованных методик, использованием современных методов обработки, анализа и оценки полученного материала.

Публикации. Основные положения исследований изложены в 9 печатных работах.

Личный вклад автора состоит в постановке проблемы, разработке программы н методики исследований, закладке пробных площадей, в получении конкретных экспериментальных материалов, их статистической обработке н анализе, формулировании выводов и рекомендаций.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, общих выводов и предложений производству, библиографического списка из 217 наименований, в том числе17 - на иностранных языках. Основной материал изложен на 162 страницах, иллюстрирован 13 рисунками, содержит 49 таблиц.

1 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ СОСНЫ И ЕЛИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ЛЕСОВ

В природе лесов широко распространен процесс вытеснения сосны елью. Это явление закономерное и может наблюдаться как под пологом насаждений, так и на вырубках (Львов, 1973; Львов, Ипатов, Плохое, 1980; Кирсанов, 1983; Зябченко, 1984; Колесников, 1985). Изучению смены пород в европейской тайге посвятили свои работы М.Е. Ткзченко (1955), В Я. Колдзнов (1966), И.С. Мелехов (1980), С.А. Дыренков (1984) и др.

Направленность смены пород зависит от их биологических свойств и экологических условий среды. В определенных климатических условиях ведущими факторами, влияющими на производительность древостоев различных пород, выступают почвенно-гидропогические особенности мест их произрастания. Почва обладает комплексом показателей, определяющих характерные особенности роста древесных пород. К настоящему времени достаточно хорошо изучены вопросы зависимости формирования породного-состава древостоев, их производительности от гранулометри-

ческой структуры почв, глубины залегания в почвенном профиле суглинка (Зайцев, 1931, I960; Воробьев, 1953; Нестеров, 1954; Ремезов, 1955, 1958; Погребняк, 1963; Петров, 1965; Утенкова, 1968, 1970; Зеликов, 1971, 1972, 1991; Орлов, Кошельков, 1971; Бородин, 1972; Вайчис 1972, 1975; Климачева, 1975, 1977, 1983; Чертов, 1981; Карпачевский, 1981; Прокопьев, 1983; Рябинин, 1985; Костин, 1991;Мерзленко, 1991, Шарафутдннов, 1997; Гилаев, 1997,1998).

Выявлена с применением методов математического моделирования зависимость между производительностью древосгоев и почвенно-гидрологическими условиями в работах шведских ученых (Troedsson, 1964). Существенный вклад в разработку теоретических основ оценки лесных земель и исследования количественных связей производительности древосгоев с отдельными показателями почвенного плодородия внесли финские, американские и канадские почвоведы (Viro, 1961,1962; Ralston, 1964; Wídle е.а^ 1965; Lowiy, 1975; Westman, 1975; Page, 1976). С привлечением к анализу ряда признаков и свойств почв, татке на базе математических методов обработки материалов, выявлены закономерности производительности древосгоев в работах отечественных исследователей В .Д. Зеликова (1971,1991), МД. Мерзленко (1974), К.Б. Ло-сицкого, B.C. Чуенкова (1980), О.Г. Чертова (1981), Р.Н. Шарафутдннова (1997) и др.

Научных данных о взаимосвязи лочвенно-гидрологических условий и производительности лесных насаждений дня террнтории Удмуртской Республики сравнительно мало (Ковриго; 1964; Пермяков, 1972; Рожнова, 1975). Эпизодические исследования в региональном аспекте проведены Т.В. КлимачевоЙ (1975, 1977, 1983). Вместе с тем влияние почвенных факторов на производительность древосгоев изучено недостаточно. Это послужило основой для проведения нами комплексных исследований по данной проблеме.

2 ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Удмуртская Республика расположена в восточной части Русской равнины, в междуречье Камы и Вятки. По географическому положению, особенностям геологического строения и природным условиям территория ее относится к Среднему Преду рал ью (Широбоков, 1969).

Согласно лесорастителъному районированию (Курнаев, 1973), северная часть республики расположена в подзоне южной тайга, южная часть - в северной подзоне зоны смешанных лесов с преобладанием хвойных. Основным« лесообразующими породами в подзоне южной тайги являются сосна, ель, пихта, береза, осина; в северной подзоне зоны смешанных лесов с преобладанием хвойных на незначительных площадях встречаются смешанные насаждения с дубом, кленом, ильмом, вязом. Средний состав лесного фонда по республике (по данным учета последнего лесоустройства 1998 г.) соответствует 34Е17С1Пх36БбОс5ЛпЮл (по площади).

На основании литературных данных в главе приводится описание географического положения, климата, рельефа, почвенных условий и лесного фонда района исследований.

3 ПРОГРАММА, МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБЪЕМ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ

Разработка программы исследований и ее выполнение проведены согласно поставленным целям и задачам.

Программа работ предусматривала:

¡.Изучение и анализ состояния проблемы по литературным, архивным и фондовым материалам.

2. Анализ природных условий и лесного фонда района исследований.

3. Выбор типичных по природным и лесорастительным условиям объектов для закладки постоянных пробных площадей (ППП).

4. Закладка ППП в естественных насаждениях с преобладанием сосны и ели, изучение их лесоводственно - таксационных характеристик.

5. Проведение почвенного обследования на ППП.

6. Оценка лесорасгительных свойств дерново-подзолистых почв.

7. Выявление зависимости производительности сосновых н еловых древосгоев от почвенно-гидрологических условий их местопроизрастания.

8. Изучение хода роста сосны и ели в принятых к исследованию почвах,

9. Лесоводствеиное обоснование выбора целевых пород прн лесовосстановленин на территории Удмуртской Республики.

В основу исследований положен метод постоянных пробных площадей (ППП), заложенных в соответствии с ОСТ 56 - 69 - 83 «Пробные площади лесоустроительные. Методы закладки». В процессе выполнения работы проведено натурное обследование насаждений с преобладанием в их составе сосны и ели, заложено 15 постоянных и 37 временных пробных площадей в сосновых и еловых насаждениях, относящихся к одному естественному ряду. Исследованиями давалась характеристика древостоя, почвы, живого напочвенного покрова (ЖНП) и лесной подстилки.

Типологическое описание пробных площадей производилось согласно методическим указаниям В.Н. Сукачева и С.В. Зонна (1961). ЖНП (обилие, проективное покрытие, видовой состав) описывался на учетных площадках размером 1,0 х 1,0 м в количестве по 20 шт. на каждой ППП. Было заложено 1040 учетных площадок. Изучение запасов лесной подстилки на ППП проведено методом шаблонов (Карпачев-ский, 1977). Мощность лесной подстилки определялась замерами металлической линейкой с точностью до 0,5 см в 30 точках на каждой ППП.

В ходе почвенных исследований было заложено 15 полных почвенных разрезов, 27 полу ям и прикопок. Описано морфологическое строение профиля почв по генетическим горизонтам по общепринятой методике (Иванова, 1976), взяты образцы для изучения физико-химических свойств почв в лабораторных условиях по общепринятым в почвоведении методикам (Лринушкина, 1970; Зонн, 1974; ОСТ 56 — 81 - 84). Проанализировано более 150 образцов из генетических горизонтов почв.

В ходе проведения лабораторных анализов определены: гранулометрический состав почв методом пипетки (с пнрофосфатом натрия), рН солевой вытяжки - по-тенинометрически; ионы кальция и магния и их сумма - трилонометрнчески, обработкой №С1; гидролитическая кислотность - по Каппену; гумус - по Тюрину; легкоподвижный фосфор и обменный калий - по Кирсанову, фотометрически. В камеральных условиях рассчитывались: емкость поглощения, насыщенность почв основаниями, запасы элементов питания, ила и гумуса по почвенным слоям, см: 0 — 40, 0 - 80,0 - 120.

Для изучения закономерностей хода роста древостоев в зависимости от поч-венно-гидро логических условий на ППП производились отбор и рубка модельных

деревьев. Анализ древесных стволов моделей проводился с учетом предложений Н.П. Анучина(1977).

Камеральная обработка экспериментальных данных реализована в соответствии с общепризнанными методиками, действующими ГОСТ и инструкциями. Статисти ко-математическаїя обработка материалов произведена с использованием методик ряда авторов (Плохинский, 1970; Дворецкий, 1971; Доспехов, 1985; Лакин, 1990). Корреляционно-регрессионный анализ проводился с использованием стандартного пакета прикладных программ Statgraf, Windows Excel, Statistica 6.0.

При оценке зависимости производительности древостоев от признаков и свойств почв составлены многофакторные регрессионные уравнения. Анализируемым величинам были присвоены значения переменных: xl - возраст древостоев, лет; х2 — содержание физической глины в горизонте Ai (A]Aj), %; хЗ — содержание физической глины в залегающих под верхними отложениями почвообразующих породах, %; х4 - сумма разностей содержания физической глины между почвенными горизонтами до глубины горизонта В (50 - 70 см), %; х5 - содержание в верхних горизонтах почв гумуса, %; хб - содержание подвижного фосфора, мг-экв /100 г почвы; х7-содержание обменного калия, мг-экв /100 г почвы; х8-емкость катноиного обмена (ЕКО), мг-экв / 100 г почвы; х9 — сумма поглощенных оснований, мг-экв / 100 г почвы; х 10 - степень насыщенности основаниями, %; xll - содержание физической глины в слое 0-40 см, %; х!2 - содержание ила в слое 0-40 см, %; х13 -мощность лесной подстилки, см; х!4 - мощность А<> + АсА|, см; х15 - отношение Аі/Ао; хіб - глубина залегания суглинка, см. Признаки и свойства, наиболее стабильные в насаждениях (х2, хЗ, х4, xll, х12, хіб) и тесно связанные с литологиче-ской характеристикой почвы, обозначены символом SL. Показатели х5 - хЮ, х13 -х15, связанные с биологической составляющей лесных насаждений, обозначены символом SB. Такая символизация переменных позволяет выявить дифференцированное факторное влияние на производительность древостоев.

Использовались многофакторные регрессионные уравнения с оценкой их адекватности по величине критерия Фишера (F), значимости коэффициентов регрессии по t-критерию (Стьюдента), а информационной ценности • по коэффициенту детермина-

ции Я3. Теснота и характер связи между признаками оценивались по коэффициентам корреляции и корреляционным отношениям.

4 ХАРАКТЕРИСТИКА ОПЫТНЫХ ОБЪЕКТОВ

Экспедиционные исследования сосновых и еловых насаждений проводились в северной подзоне зоны смешанных лесов с преобладанием хвойных с примесью липы, клена. В качестве главного объекта исследований был выбран Яганский лесхоз, как типичное хозяйство для этой подзоны на юге Удмуртской Республики. В почвенном покрове района исследований преобладают дерново-подзолистые почвы, которые характеризуются различным гранулометрическим составом верхних горизонтов, разной глубиной подстилания покровным суглинком, наличием суглинистых и супесчаных прослоек в профиле песчаных почв.

Часть почв района исследований сформировалась на двух- или трехслойных наносах: древ неаллювиальные пески и супеси подстилаются на различной глубине суглинками и глинами или элювием коренных пород, в отдельных случаях повторно переходящих в песок или супесь. Супесчаные почвы на многослойных наносах занимают преимущественно верхние и средние части дренированных склонов. Песчаные почвы представлены на различных элементах рельефа, преимущественно в нижней части склонов. Супесчаные, песчаные почвы при залегании суглинка на глубине более 1,0 м занимают ровные повышенные участки.

С целью изучения состояния и производительности древостоев в зависимости от почвенно-гидрологических условий в Я ганском лесхозе по наиболее характерным геоморфологическим элементам поверхностей, охватывающих все разновидности дерново-подзолистых почв, были проложены профили. В качестве экспериментальных объектов для натурных исследований вдоль профилей были выбраны ключевые участки, на которых заложено 15 ППП. Участки для закладки ППП подобраны в спелых сосковых (8 ППП) и еловых (7 ППП) древостоях различной производительности. ППП заложены в преобладающих типах леса. Происхождение древостоев на всех ППП естественное. Возраст древостоев в пределах 84 - 90 лет. Участие сосны и ели в составе древостоев различных участков представлено от 40 до 100%.

Исходная их полнота варьирует от 0,62 до 0,65. Краткая лесоводственно-таксационная характеристика ППП приведена в таблицах I и 2.

5 ПРАКТИКА РАЗМЕЩЕНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ПОРОД ПО ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫМ УСЛОВИЯМ ПРИ СОЗДАНИИ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР В УДМУРТСКОЙ РЕСПУБЛИКЕ

Создание лесных культур в Удмуртской Республике основывается на богатом предшествующем опыте в области лесовосстановления. В практике лесовосстанов-ления применяются методы, ориентированные как на использование естественной возобновительной способности леса, так и на искусственное их восстановление. При этом лесные культуры составляют 48% от общего объема л eco восстановительных работ. За последние 30 лет доля лесных культур в лесном фонде увеличилась в 2,9 раза. В настоящее время они занимают 398,3 тыс. га, или 26,7% покрытых лесом земель. Наиболее представлены культуры сосны (39,0%) и ели (59,6%).

В республике при создании культур предпочтение в прошлом отдавалось сосне. Это подтверждается тем, что на долю культур сосны старших возрастов приходится 50,8% площади, а культуры ели занимают 47,8%. В последние 20 лет наблюдается тенденция повсеместного сокращения объемов создания культур сосны и превалирования культур ели, причем без учета приемлемости такого подхода по л оч вен но-гидрологическим условиям. По данным последнего лесоустройства (1998) из общей площади лесных культур ревизионного периода на долю сосновых приходится лишь 13,9%, вто время как на долю еловых-85,1%.

Лесные культуры в лесном фонде республики по данным фитопатологических и рекогносцировочных обследований в цепом оцениваются как удовлетворительные. На долю культур погибших, а также неудовлетворительного состояния приходится не более 10% от их первоначальной общей площади. Следует отметить, что сосновые культуры хорошего качества встречаются чаще (39%), чем еловые (23%). По нашему мнению, типологическая структура лесов Удмуртской Республики позволяет увеличить объемы создания культур сосны не менее чем в 2 раза.

Таблица 1

Таксационная характеристика сосновых древостоев и почвенных условий ППП

ппп | Возраст, пет Состав Тип леса ТЛУ Сред г 3 г я ние 1« І Сумма площадей сечений, м'/га 2 ■.. а с « р> Полнота Класс бонитета Почвы

10 85 7С2Е1ПХ С.кис. Сі 30,7 35,3 32,8 432,8 0,64 1« Дерново-среднеподзо-лнстая супесчаная на глубине 40 см покровный суглинок

30 86 9С1Б С. кис. 28,6 32,0 31,4 393,0 0,65 1 Дерново-сильноподзолистая песчаная на глубине 90 см покровный суглинок

21 86 8С2Е+ЛП С.лп, Сі 27,2 30,0 28,6 348,7 0,64 ■ Дерново-сильноподзолистая супесчаная на древнеаллювиальных песках, на глу бине 125 см покровный суглинок

26 86 9С1Е+ЛП Сдп Сі 25,2 28,0 25,3 277,5 0,63 II Дерново-сильноподзо листая песчаная на глубине 130 см опес-чаненный покровный суглинок

6 88 9С1Б С.бр. Аі 25,5 30,0 25,7 280,2 0,64 II-1 Дерново-сильноподзолистая песчаная на древнеаллювиал ьн ых песках

19 87 10С+Е ш Аг 25,2 28,0 25,0 269,3 0,63 II Дерново-сильноподзолистая песчаная на древнеаллювиальнык лесках

29 86 7С2Е1Б От Вз 23,0 24,2 24,4 259,2 0,64 и Дерново-сильноподзолистая супесчаная грунтово-глееватая на древнеаллювмапьи ых супесях

23 88 6С4Б С.чер. Аз 20,5 24,0 23,8 227,6 0,64 111 Дерново-сильноподзолистая супесчаная грунтово-глеевая

Таблица 2

Таксационная характеристика еловых древостоев и почвенных условий ППП

Средние Сумма Запас, «V га 1

ппп є І 1 Состав Тип леса ТЛУ высота, м дна- мет р, см площадей сечений, м2/ га Полнота І н Почвы

Дерновосильнопод-

22 86 8Е2Пх Е.кнс Сі 28,0 32,0 36,7 425,2 0,64 1' золистая легкосуглинистая на покровном суглинке

Дерново-среднепод-

золистая супесчаная

25 85 7Е2Пх1Лп Е.лп. с2 26.5 28,0 32,6 387,7 0,65 1 на древнеаллювиаль-ных отложениях, на глубине 76-185 см суглинистая прослойка

Дерново-сильнопол-

золистая супесчаная

34 85 7Е2Пх1С+Б ВІ 25,3 28,0 28,9 322,8 0,63 11 на древнеаллювиаль-ных отложениях, на

глубине 65-103 см супесчано-суглини-стая прослойка

Дерново-скл ьнопод-

золистая супесчаная

33 87 7Е2Пх1Б Е.чер. в2 23,0 28,0 28,5 286,4 0,63 II на древнеаллювиаль-ных отложениях, на глубине 126 см опес-чаненный суглинок

Дерново-сильнопод-

золистая связноиес-

Е.чер. В} чаная на аллювиаль-

37 89 6Е1ГШБ10С 21,5 24,0 24,8 232,8 0,64 III ных отложениях, на глубине 130 см су-песчано-суглиннстая прослойка

Дериово-сил ьноиод-

золистая связиопес-

чаная на аллювиаль-

36 84 5ЕЗБ20С Е.чер. в5 20,3 20,0 22,5 217,5 0,63 III ных песчаных отложениях, на глубине 136 см прослойка еильноопесчанен ного суглинка

38 84 4ЕЗБЗОс Е.чер, в4 17,4 20,0 21,8 197,0 0,62 1У Дсрново-сильнопод-эолиегая песчаная

грунтово-глеевая

6 ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ДРЕВОСТОЕВ СОСНЫ И ЕЛИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОЧВЕННО-ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

6.1 Лесорастительные свойства дерново-подзолистых лесных почв

В районе исследований преобладают дерново-подзол истые почвы. По гранулометрическому составу они варьируют от легкосуглинистых до песчаных, что связано с природой верхнепермских и четвертичных отложений. Как показали результаты анализа, профиль изученных почв отчетливо дифференцируется на элювиальный и иллювиальный горизонты. При этом отмечается, что если в легкосуглинистых почвах максимум илистой фракции присущ лишь верхней части иллювиального горизонта, то в разновидностях почв супесчаного и песчаного гранулометрического состава содержание ила и физической глины имеет уже два максимума - один в гумусовом горизонте, а другой - в иллювиальном. В почвах, сформировавшихся на древ неаллювиальных отложениях содержание ила и физической глины низкое, причем наименьших значений оно достигает в горизонте С.

Анализ физико-химических показателей показывает, что профиль изучаемых почв имеет кислую реакцию среды по солевой вытяжке (рН 3,9 - 4,7). Дерново-сильноподзолистые почвы по всему профилю характеризуются сильнокислой реакцией (рН 3,8 — 4,2), у дерново-среднеподзолистых почв реакция среды по солевой вытяжке изменяется от слабокислой (рН 4,6 - 4,8) в верхних горизонтах до кислой (рН 4,1 - 4,4) в нижележащих. Выше кислотность (рН 3,8 — 4,2) легкосуглинистых почв. На почвах легкого гранулометрического состава рН порядка 4,2 - 4,9. Нижние горизонты песчаных почв без прослойки суглинка имеют реакцию среды близкую к нейтральной (рН 4,9 - 5,1). Показатели гидролитической кислотности имеют значительные колебания и достигают наибольших значений (8,6 мг-экв/100 г почвы) в гумусовом горизонте. Наименьшие показатели (менее 4,7 мг-экв/ 100 г почвы) характерны для дерново-подзолистых супесчаных и песчаных почв. Высоким содержанием гумуса (4,77%) в пере гнойно-аккумулятивном горизонте отличаются суглинистые почвы. Минимальное же его содержание (0,76 -2,38%) отмечено в дерново-подзолистых песчаных почвах.

Содержание обменных оснований в гумусовом горизонте колеблется от 2,7 до 12,3 мг-экв/ 100 г почвы. На фоне явного преобладания катионов кальция над магни-

ем наблюдается их биологическая аккумуляция в гумусовом горизонте, при очевидном выносе из горизонтов А]А2 и А;В. Наибольшим содержанием суммы поглощенных оснований отличаются дерново-среднеподзолистые легкосуглинистые и супесчаные почвы, имеющие подстилание суглинком на глубине до 1,0 м. Об этом свидетельствуют высокие показатели степени насыщенности основаниями, В дерново-подзолистых супесчаных и суглинистых почвах степень насыщенности основаниями составляет соответственно 53,4 и 67,3%, а в дерново-подзолистых песчаных - снижается до 44,7%.

В рассматриваемых почвах наблюдается высокое содержание обменного калия в верхних аккумулятивных горизонтах. Содержание доступного фосфора в почвах не высокое и составляет 4,6 - 17,4 мг/100 г.

Выявлены определенные зависимости между отдельными почвенными показателями в исследованных почвах. Так, тесная связь прослеживается между гранулометрическим составом и содержанием гумуса (г = 0,779...0,929). Содержание гумуса в почвах также зависит от глубины залегания суглинка, причем в сосновых древостоях эта зависимость выражена менее отчетливо (г = -0,647), чем в еловых (г = •0,888). Значительная положительная связь отмечается между емкостью катионного обмена и гранулометрическим составом (г = 0,682...0,690), суммой поглощенных оснований и емкостью катионного обмена (г = 0,776...0,931), емкостью катионного обмена и содержанием гумуса в почве (г = 0,747).

Наиболее высокими лесорастительными свойствами обладают дерново-подзолистые легкосуглинистые почвы, которые в большей степени обеспечены илистыми частицами, гумусом, подвижным фосфором и обменным калием. Почвы на многочленных наносах в случае залегания суглинка в пределах до 1,0 м достаточно обеспечены элементами питания и по своим лесорастительным свойствам близки к легкосуглинистым. В дерново-подзолистых супесчаных и песчаных почвах на глубоких песках не выявлено резких колебаний в содержании отдельных элементов питания по горизонтам и в целом по своему плодородию они характеризуются низкими лесорастительными свойствами.

6.2 Влияние почвенно-гидрологических условий на производительность сосновых древостоев

Одной из основных причин разной производительности древостоев является различие в лесорастительных свойствах почв. Для выявления лимитирующих производительность древостоев факторов почвенного плодородия на изучаемых объектах был проведен корреляционно-регрессионный анализ. Он показал, что сосна реагирует на содержание физической глины в почвообразующеи породе сильнее (рис. 1), чем

ж 35

30 •

3 25 ■

ш

20 ■

15

10

5

0

у = 0,121х + 23,73 К1 = 03592

« ♦

0 10 20 30 40 50 60

Физическая глина в горизонте С, %

Рнс.1. Влияние гранулометрического состава почвообразующей породы на производительность сосновых древостоев

на содержание ее в верхнем перегнойно-аккумулятивном горизонте (г = 0,517). На прирост и общую высоту сосновых древостоев положительно влияет утяжеление гранулометрического состава иллювиального горизонта, особенно на песчаных почвах (г = 0,695). Отмечена также связь высоты древостоя с дифференциацией верхней части профиля почв по содержанию глинистых частиц (г = 0,648), Благоприятные лесорастительные условия складываются на дерново-подзолистых супесчаных почвах при подстилании суглинком в пределах 0,5 - 1,0 м и при содержании глинистых частиц в перегнойно-аккумулятивном горизонте в пределах 10,1-20,0%.

Связь между производительностью древостоев и признаками и свойствами почв определялась по верхним горизонтам, наиболее насыщенным корнями. Значимыми оказались мощность перегнойно-аккумулятивного горизонта (г = 0,874...0,990) и отношение А]/Ао (г = 0,969...0,982), Выявлена тесная связь между высотой сосновых

древостоев и запасами элементов питания в почве. Наиболее значимой эта связь оказалась на дерново-подзолистых песчаных почвах (г = 0,985...0,998). Влияние большего содержания гумуса на лучший рост древостоев проявляется на дерново-подзолистых супесчаных почвах при залегании суглинка на глубине 0,5- 1,0 м (г = 0,876).

С целью выявления комплексного влияния почвенно-гидрологических условий на производительность древостоев сосны были рассчитаны уравнения множественной регрессии. При составлении уравнений возраст как отдельный признак не выделялся, так как все древостой по существу одновозрастные (84 -89 лет). В уравнениях учитывались все основные признаки и свойства почв, за исключением незначимых по г - критерию Стьюдента (на 0,95% - ном уровне). Модели уравнений составлены для всех рассмотренных в работе сосновых древостоев. Наиболее существенными оказались уравнения;

В уравнениях оказались значимыми следующие признаки и свойства почв: содержание физической глины в почвообразующей породе (хЗ), дифференциация верхней части профиля почв (особенно на глубине 50 - 70 см) по содержанию глинистых частиц (х4), содержание в почве гумуса (х5), поглощенных оснований (х9) и обменного калия (х7), мощность перегной но-акку мул яти вно го горизонта (х14), В ходе проведенных исследований были составлены также модели регрессионных уравнений по принятым к исследованию почвам.

6.3 Влияние почвенно-гидрологических условий на производительность

еловых древостоев

Количественная оценка тесноты связи между признаками и свойствами дерново-подзолистых почв и таксационными показателями еловых древостоев показала,

Нср = 24,62 + 0,04 хЗ + 0,13 х4;

Р = 6,45; К2 = 0,57;

Оср. = 28,28 + 0,18 х4 - 0,14 х7 + 0,63 х9;

Р = 8,37; ^ = 0,65;

Запас = 130,17+2,03 хЗ +3,24x4 - 14,84 х14-41,09 х5; Р = 6,03; Я2 = 0,76.

(О

(2)

(3)

что изменение их средней высоты в первую очередь связано с количественным содержанием глинистых частиц в горизонте А1 (рис. 2),

I 30П

£ 25 -

■»—г

у = -0,01 х1 + 0,597х + 18,409 ^ »0,653

10 -5 -о -

о

5

10

15 20 25 30

Физическая глина в гор. А1 (А1А2), %

Рис. 2. Влияние содержания физической глины в гор. А, на высоту еловых древостоев

Наилучшие условия роста ели складываются на дерново-подзолистых почвах при содержании глинистых частиц в верхнем перегнойно-аккумулятивном горизонте в пределах 20,1 - 30,0%. Также отмечено изменение высоты древостоя в зависимости от глубины залегания суглинка, особенно на почвах легкого гранулометрического состава (г = -0,793). Лучшими лесорастительными свойствами обладают дерново-подзолистые легкосуглинистые и супесчаные почвы в условиях залегания суглинка на глубине 0,5 - 1,0 м. При залегании суглинка на глубине более 1,0 м ель существенно снижает прирост и имеет меньшую высоту.

Выявлена тесная связь между высотой еловых древостоев и наличным запасом элементов питания в слое 0 - 120 см. Это свидетельствует о важной роли нижних почвенных горизонтов в обеспечении элементами питания еловых древостоев (г = 0,828.,.0,923). Влияние содержания гумуса в почве на рост древостоев проявляется на супесчано-песчаных почвах при подстнланни их суглинком на глубине более 1,0 м (г = 0,857). Тесная связь прослеживается также между высотой еловых древостоев и мощностью лесной подстилки (г = -0,609), емкостью катионного обмена (г = 0,897).

С целью выявления комплексного влияния почвенно-гидрологических условий на производительность еловых древостоев были составлены множественные регрессионные уравнения. В уравнения были включены все основные почвенные показатели по 1умусовому горизонту, исключая незначимые по {-критерию Стью-дента (на 0,95% - ном уровне). Более существенными оказались уравнения:

Нф = 24,28 - 0,12 х11 + 0,33 х!6;

Р = 9,14; Я1 = 0,56;

Нср = 22,38 - 0,46 х!3 -0,05 х9 + 0,14 х7 + 0,04 хЮ;

Р = 11,33; Я2 = 0,61;

Рср =0,15x7 + 0,23 х9 + 0,21 х2 - 635;

(5)

(6)

Р = 7,33;

Я1 = 0,52;

Запас = 361,76 - 2,52 х11 + 2,83 х12 + 10,99 х2 - 0,36 х16; Р = 6,93; К2 = 0,54.

(7)

В уравнениях оказались наиболее значимыми следующие признаки: содержание физической глины в горизонте А] (х2), содержание обменного калия (х7), поглощенных оснований (х9), степень насыщенности основаниями (хЮ), содержание физической глины в слое 0 — 40 см (х! 1), содержание ила в слое 0 - 40 см (х12), мощность лесной подстилки (х13), глубина залегания суглинка (х!6). Были составлены также модели регрессионных уравнений по почвам, аналогично моделям уравнений для сосновых древостоев.

7 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ДРЕВОСТОЕВ СОСНЫ И ЕЛИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОЧВЕННО-ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

Известно, что в древостоях в течение длительного периода их жизни происходят количественные и качественные изменения, обусловленные динамикой роста, развития и формирования. Изучение хода роста по высоте модельных деревьев сосны и ели позволило определить, что лучшими показателями роста на всех ППП характеризуется сосна. Из обследованных участков более благоприятные условия роста для сосны складываются на дерново-подзолистых супесчаных, песчаных почвах при залегании суглинка на глубине 0,5 - 1,0 м. Для еловых древостоев таковыми оказываются дерново-подзолистые легкосуглинистые почвы и супесчаные почвы, подстилаемые на глубине 0,5 -1,0 м покровным суглинком. В естественных условиях сосна и ель могут совместно произрастаю, и формировать насаждения на дерново* подзол истых почвах легкого гранулометрического состава, имеющих на различной глубине подстилание суглинком (суп есчано-сугл инисты ми прослойками).

Исследования показали, что на дерново-подзолистых супесчаных почвах при залегании суглинка на глубине 0,5 - 1,0 м кульминация текущего прироста по высоте у сосны наступает в 20 лет, а у ели - в 30. Ель с повышением возраста наращивает темп роста и к возрасту 60 лет медленнее, чем сосна, снижает его. Сравнительный анализ изменения текущих приростов по диаметру и по объему показал, что на протяжении всего 80-летнего периода в древостоях эти показатели у сосны в 1,2 — 1,7 раза выше, чем у елн. Так, запас стволовой древесины сосны составил 432 м'/га, а ели — 387 м'/га. Отмечено, что позиции ели начинают усиливаться по мере нарастания потенциального плодородия почвообразующих отложений.

Данные анализа хода роста сосны н елн на дерново-подзолистых супесчаных, песчаных почвах при залегании суглинка на глубине более 1,0 м свидетельствуют о более быстром росте сосны. Кульминация текущего прироста по высоте у сосны наступает в 20 лет, а у ели - в 30 — 40. Как и в предыдущем случае прирост у сосны выше чем у ели, но не столь значительно (в 1,3 раза). Энергия роста древостоев сосны н елн на дерново-подзолистых супесчаных почвах в равной мере^сопоставимая, как н снижение прироста, происходящее в 50 — 60 лет. На дерново-подзолистых песчаных почвах сосна имеет высоту и диаметр соответственно на 15,4 и 10,1% больше, чем ель, К 80 годам это различие по высоте составляет соответственно на супесчаных почвах 1,9 — 3,0 м, на песчаных — 3,7 - 4,2 м. По диаметру среднегодовые приросты у сосны на супесчаных почвах составляют 0,35 см, на песчаных — 0,30 см, у ели соответственно - 0,32 см и 0,23 см, В целом, если сосновые древостой характеризуются I и II классами бонитета, то еловые древостой - II и III.

Анализ хода роста древостоев сосны и ели в условиях избыточного увлажнения на дерново-подзолистых почвах с признаками оглеения показал, что кульминация прироста по высоте у сосны отмечается в 40 лет, у ели увеличение прироста происходит постепенно на протяжении всей жизни древостоя. Отмечено, что сосна опережает ель по высоте на 15 — 20%. Также у нее больше средний объем ствола (на 42%). Запас стволовой древесины в сосновых древостоях составляет 243 м3/га, в еловых- 197 м3/га. Сосна к 80 годам на дерново-подзолистых оглеенных почвах формирует древостой III класса бонитета, а ель — IV. В неблагоприятных условиях оглеения ельники быстрее разрушаются" ввиду поверхностной корневой системы.

Более благоприятные условия роста для ели складываются при глубине залегания верхней границы глеевого горизонта на глубине более 120 см.

Таким образом, необходимо дифференцировать подбор главной породы в лесс выращивании соответственно лесорастительным условиям.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Изучение 80-летних сосновых и еловых древостоев, произрастающих на дерново-подзолистых почвах с однослойными и многослойными отложениями, показало, что одной из основных причин формирования в этих условиях древостоев разного породного состава и производительности является различие в лесорасти-тельных свойствах почв.

2. У дерново-подзолистых почв, развитых на однослойных наносах, главным фактором, определяющим их лесорастительные свойства, является гранулометрический состав верхних горизонтов. На многослойных отложениях лесорастительные свойства дерново-подзолистых почв определяются глубиной залегания покровного суглинка, гранулометрическим составом почсообразующей породы и дифференциацией верхней части профиля по содержанию глинистых частиц на глубине 50—70 см.

3. Связь между производительностью сосновых древостоев и содержанием в почвах поглощенных оснований и калия значительна. Наиболее значима она на дерново-подзолистых песчаных почвах (г = 0,985...0,998). Тесная связь существует также между показателями высоты еловых древостоев и содержания в почвах элементов питания в слое 0 - 120 см (г = 0,897...0,923).

4. Лучшими лесорастительным и свойствами из обследованных обладают дерново-подзолистые л егкосу глинистые почвы и дер ново-подзол истые супесчаные почвы, сформировавшиеся на многослойных отложен нях, с залеганием в них суглинка (су песчано-су глин истых прослоек) на глубине 0,5- 1,0 м. С увеличением глубины залегания суглинка лесорастительные свойства почв ухудшаются. Низким лесорастительным эффектом обладают почвы легкого гранулометрического состава, сформировавшиеся на древнеаллювиапьных песчаных отложениях.

5. Прослежена значительная зависимость производительности сосновых древостоев от гранулометрического состава почвообразующей породы (г = 0,517) и

дифференциации верхней части почвенного профиля по содержанию глинистых частиц (г = 0,648). На дерново-подзолистых супесчаных и песчаных почвах с нали-чнем суглинистых прослоек на производительность древостоев сосны существенно влияние глубины залегания суглинка (г = 0,761). Из признаков, связанных с биологической составляющей лесных насаждений, наиболее значимыми являются мощность пере гнойно-аккумулятивно го горизонта (г = 0,874... 0,990) и отношение А1М0 (г = 0,969.,.0,982), Значительна связь между высотой сосновых древостоев и содержанием в почве гумуса (г = 0,876).

6. На дренированных супесчаных и песчаных почвах с содержанием физической глины в верхнем перегнойно-аккумулятивном горизонте в пределах 10,1 -20,0% и при залегании суглинка на глубине 0,5 - 1,0 м отмечены лучшие условия роста для сосновых древостоев.

7. На производительность еловых древостоев влияние оказывают гранулометрический состав верхнего перегнойно-аккумулятивного горизонта (г = 0,655), глубина залегания суглинка, подстилающего супесчаные, песчаные отложения в пределах двухметровой толши (г = -0,793), мощность лесной подстилки (г - 0,609), содержание гумуса в почве (г = 0,543.. ,0,645) и емкость катионного обмена (г = 0,533,, ,0,609).

8. Благоприятные условия роста ели складываются на дер ново-подзол истых почвах, в которых содержание глинистых частиц не превышает 20,1 - 30,0%. Лучшими лесорастительными свойствами обладают дерн о во-подзол истые легкосуглинистые почвы и дерново-подзол истые супесчаные почвы при подстиланин суглинком на глубине 0,5 - 1,0 м.

9. На дерново-подзолистых почвах с признаками оглеения рост и производительность сосновых и еловых древостоев зависит от глубины верхней границы оглеения почв. Между глубиной оглеения и показателями высоты древостоев сосны и ели выявлена существенная корреляционная связь (г = 0,769 и г = 0,897). Сосновые древостой, растущие на почвах с глеевым горизонтом в пределах 90 - 120 см, характеризуются II - III классами бонитета, а ельники - Более благоприятные условия для ели складываются при залегании глеевого горизонта ниже 120 см.

10. Сравнительная оценка хода роста древостоев сосны и ели по модельным деревьям подтверждает опережающий рост сосны и отставание ели в раннем ьозрас-

те. Кульминация текущего прироста по высоте у сосны наступает в районе 20 - 30, а у ели - 30 - 40 лет. У ели в отличие от сосны прирост стабильно сохраняется до 50 -60 лет. Вместе с тем у сосны абсолютный прирост по высоте и по диаметру на протяжении всей жизни древостоя выше в 1,3 - 1,6 раза.

11. Для более эффективного использования естественного почвенного плодородия лесных земель и выращивания высокопродуктивных устойчивых насаждений необходим дифференцированный подход к выбору перспективных древесных пород на принципах биоэкоса, в том числе при проектировании лесных культур. С этой целью в условиях дерново-подзол истых легкосуглинистых почв следует ориентироваться на выращивание ели; на дер ново-подзол истых песчаных почвах, развитых на древнеаллювиальных отложениях - на выращивание сосны; на дерново-подзолистых почвах с наличием многослойных отложений в профиле перспективно создание смешанных сосново-еловых (елово-сосновых) насаждений; на дерново-подзолистых почвах с признаками оглеения следует отдавать предпочтение сосне.

12, Материалы исследований могут быть использованы при оценке (бонитировке) почв в аналогичных с исследованными условиях, а также для модельного прогнозирования (на базе корреляцнонно-регрессионного анализа) производительности сосновых и еловых древостоев по поч вен но-гидрологическим характеристикам при разработке и проектировании лесохозяйственных мероприятий.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Климачева Т.В., Итешина Н.М. Перспективные насаждения с учетом лесо-растительных условий И Труды науч.-практ. конф. Ижевской гос. с.-х. академии. -Ижевск, 1998. С. 31 -32

2. Климачева Т.В., Итешина Н.М. Сравнительная характеристика сосновых и еловых насаждений в рекреационных лесах Ижевского опытно-показательного лесхоза // Матер. XIX науч.-практ. конф. Ижевской гос. с.-х. академии. - Ижевск: Шел, 1999. С. 20-21

3. Климачева Т.В., Итешина Н.М. Особенности роста и развития еловых насаждений // Матер. XX науч.-практ. конф. Ижевской гос. с.-х. академии. - Ижевск: Шеп, 2000. С. 26-27

4. Климачева Т.В„ Алексеев И.А., Берлинских С.Ю., Итешнна Н.М, Еловым молоднякам Удмуртии - научно-обоснованный уход // Матер. XX науч. - практ, конф, Ижевской гос. с.-х. академии, - Ижевск: Шеп,2000. С. 12 -14

5. Климачева Т.В,, Итешина Н.М. Влияние экологических факторов на продуктивность еловых насаждений Удмуртской республики // Экология 2000: Эстафета поколений: I Международн, межвузовская школа - семинар по экологии. -М.:МГУЛ, 2000. С. 66-68

6. Итешнна Н.М., Климачева Т.В. Особенности роста сосны в связи с почвен-но-экологическимн условиями // Аграрная наука - состояние ч проблемы: Матер, регион, науч.-практ. конф. - Ижевск: Шеп, 2002. С, 171 - 172

7. Климачева Т.В., Итешнна Н.М. К вопросу повышения продуктивности и устойчивости лесных насаждений в условиях Удмуртии// Аграрная наука-состояние и проблемы: Матер, регион, науч.-практ, конф. - Ижевск: Шеп, 2002. С. 179-181

8. Итешина Н.М. Физико-химические свойства дерново-подзолистых почв лесных биогеоценозов Западного Предуралья // Перспективы развития регионов России в XXI веке: Матер, межрегион, науч.-практ, конф. молодых ученых и специалистов. Ижевск, 2002. С. 77 - 84

9. Итешина Н.М., Климачева Т.В. Особенности сосновых насаждений Волго-Вятского региона // Адаптивные технологии в растениеводстве. Итоги и перспективы. Матер, всероссийск. науч.-практ, конференции 7 — 9 октября 2003 года. -Ижевск: ИжГСХА. 2003. С. 189 - 190

На правах рукописи Итешина Наталья Михайловна Сравнительная оценка производительности древостоев сосны и ели в зависимости от поч вен но-гидрологических условий в Среднем Предуралье

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук Сдано в набор 20.01.2004 г. Подписано в печать 6.02.2004 г. Формат 60*84/16. Объем 1 пл. Тираж 100 экз. Заказ № 149 М Гарнитура Times New Roman. Отпечатано на Rex-Rotary ФГОУ ВПО ИжГСХА.