Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Структура хвойных древостоев Северо-Запада России, созданных методом плантационного лесовыращивания

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Структура хвойных древостоев Северо-Запада России, созданных методом плантационного лесовыращивания"

На правах рукописи

СТЕПАНЕНКО СЕРГЕЙ МИХАЙЛОВИЧ

СТРУКТУРА ХВОЙНЫХ ДРЕВОСТОЕВ СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ, СОЗДАННЫХ МЕТОДОМ ПЛАНТАЦИОННОГО ЛЕСОВЫРАЩИВАНИЯ

Специальность 06.03.02 —Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

31 ОКТ 2013

........................Санкт-Петербург - 2013

005536779

Работа выполнена в федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Любимов Александр Владимирович,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Маркова Инна Александровна, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, СПб государственный лесотехнический Университет имени С.М. Кирова, профессор кафедры лесных культур.

Березин Виктор Иванович,

кандидат сельскохозяйственных наук, Северо -Западный филиал «Государственной инвентаризации лесов» ФГУП «Рослесинфорг», заместитель начальника отдела развития новых технологий.

Ведущая организация:

Ботанический институт им. В. JI. Комарова РАН

Защита состоится «(Ц: » ) ^ 2013 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.220.02 при Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете им. С.М. Кирова, по адресу: 194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер., д. 5, главное здание, зал заседаний ученого совета. Факс (812)6709358

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета имени С.М.Кирова.

Автореферат разослан « ^ » октября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, /lf]£ /? Жигунов A.B. доктор сельскохозяйственных наук, профессор '

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Исследование закономерностей строения, роста и формирования древостоев лесных культур, создаваемых методами ускоренного выращивания, изучение способов повышения их продуктивности, экономической эффективности и экологической безопасности становится все более важным и востребованным направлением исследовательской и производственной деятельности.

Цель исследований заключается в разработке научно обоснованных рекомендаций для перехода к плантационному выращиванию существенных объемов деловой древесины с заданной геометрией ствола, шириной годичных слоев, соотношением ранней и поздней древесины и ее плотностью. Для обеспечения такого шага необходимо исследовать особенности строения и роста искусственно созданных насаждений в связи с качеством основных компонентов окружающей среды и степенью их воздействия на скорость роста и параметры древесины плантационных культур.

В ходе исследования были решены следующие основные задачи:

- Изучен и обобщен накопленный к настоящему времени опыт создания плантационных культур и выращивания высококачественной древесины с использованием средств и методов интенсификации роста улучшенных растений, отобранных в качестве посадочного материала;

- Исследован рынок доступных пользователям профессиональных геоинформационных систем, с помощью которых можно было бы отслеживать и оценивать процессы роста и развития плантационных культур, а также динамику состояния окружающей среды на участках плантационного выращивания;

- Выбрана и доработана полнокомпонентная ГИС «Плантационные культуры» с совокупностью блоков и модулей для многоцелевого мониторинга лесных плантаций;

- Разработана совокупность эталонов, моделирующих строение и рост плантационных культур на разных стадиях их развития;

- Произведена оценка современного состояния окружающей среды на лесных плантациях;

- Сформулированы рекомендации, направленные на совершенствование плантационного лесовыращивания и экологический мониторинг лесных плантаций;

Научная новизна состоит в разработке рекомендаций по применению новых технических средств, материалов дистанционного зондирования и наземной стереосъемки лесных плантаций. В результате исследования предложена новая концепция формирования баз картографических и атрибутивных данных на основе картографического, контактного и дистанционного методов исследования объектов, явлений и процессов на территориальных комплексах лесных плантаций.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Геоинформационная система и технология мониторинга роста и развития насаждений, выращиваемых на лесных плантациях;

2. Методика и техника комплексной оценки экологического состояния лесных плантаций с использованием геохимического подхода, дистанционных методов и ГИС — технологий;

3. Табличные и математико - статистические модели строения насаждений, выращиваемых на лесных плантациях в разных стадиях их роста;

4. Эскизы сортиментно — сортных таблиц плантационных древостоев;

5. Рекомендации по выращиванию культур хозяйственно - ценных пород на лесных плантациях Северо - Запада России.

Практическая значимость работы. Разработанные выводы, предложения и рекомендации могут быть использованы в деятельности специалистов современного лесного хозяйства, задачей которых является интенсивное выращивание высокосортной древесины с заданными параметрами. ГИС «Плантационное лесовыращивание» найдет применение в области высоких технологий охраны и воспроизводства лесных ресурсов на Северо-Западе России.

Личный вклад автора. Сбор полевого материала, постановка задач и разработка методики исследования, обработка материалов, анализ полученных результатов и формулирование рекомендаций были выполнены лично автором. Разработка геоинформационной системы, структур баз картографических и атрибутивных данных, а также внешней СУБД были выполнены с участием автора, под его непосредственным контролем.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов определяется большими массивами экспериментальных данных, калиброванных в соответствии с требованиями лесной таксации, ДМ и ГИС - технологий. Достоверность исходных материалов, результатов моделирования, выводов и рекомендаций подтверждается данными опытной проверки разработанной модели на реальных насаждениях, выращиваемых как интенсивными плантационными методами, так и в обычных лесных культурах.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований автора представлены в научном отчете лаборатории лесовосстановления «СПбНИИЛХ» за 2011-12 годы. Они обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях: Биотехнология в Ленэкспо ( г. Санкт-Петербург, 2011 г.), научно-практическая конференция молодых ученых Рослесхоза — «Молодые ученые - лесному хозяйству» (ВНИИЛМ 2011г.) и П международной научно-практической конференции «Инновации и технологии в лесном хозяй-стве-2012» СПбНИИЛХ.

По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 162 страницах, иллюстрирована 37 таблицами, 39 рисунками, включает 4 приложения. Библиографический список содержит 150 источников, из них 8 на иностранных языках.

Глава 1. Состояние вопроса

Современная схема организации производств не вполне соответствует требованием экологически безопасного использования лесных ресурсов. Баланс между заготовкой древесины и воспроизводством лесов нарушен, это характерно для Северо-Запада России. Низкий уровень географической и экономической доступности лесных ресурсов даже в европейской части страны приводит к практически повсеместному нарушению принципа «равномерного и неисто-щительного» пользования лесом (Орлов М.М., 1924). Разрешенный объем заготовок, определенный для территории хозяйства в целом, вырубается на ограниченной транспортно - доступной части, создавая тем самым экологически напряженную ситуацию.

Практическим выходом из сложившегося положения может стать переход к интенсификации воспроизводства лесных ресурсов - к плантационному выращиванию с использованием лучших по производительности земель лесного фонда и бывших сельскохозяйственных земель, удобрений и интенсивных уходов, включая обработку сертифицированными химикатами.

В настоящее время получены результаты по эффективности этого лесохо-зяйственного мероприятия в различных регионах Я.К. Матузанис, (1983), В.В. Усеня, Н.К. Крук (2009), В.А. Скригаловская (2006), А.Н. Пеккоев (2010), Ю.П. Глушкова (2011), однако опубликованные данные часто носят противоречивый характер относительно производительности этих насаждений.

Доказано, что плотность древесины может варьировать под влиянием экологических и наследственных факторов (Полубояринов, 1976). Однако ведущее значение имеют лесохозяйственные мероприятия: густота и размещение культур, рубки ухода, внесение удобрений и осушение. Существует лишь несколько работ посвященных качеству древесины выращенной на лесосырьевых плантациях (Полубояринов, Федоров, 1991; Пеккоев, 2010; Глушкова, 2011; Корчагов, 2010).

Данную работу можно рассматривать как продолжение многолетних наблюдений и исследований ученых СПбНИИЛХ (Шутов, Маркова, Омелья-ненко, Постников, Товкач и др., 2007; Большакова, 2007; Бутенко, 2012; Масла-ков; 1988; Кузнецов, 1992; Ковалев, Товкач, Бондаренко, Жигунов, 2004).

Глава 2. Программа, методика и объекты исследований.

Программой исследований предусмотрена оценка состояния участков, структуры древостоев, созданных методами плантационного лесовыращивания, ходароста плантационных культур и качества древесины в зависимости от хозяйственных мероприятий, а также особенностей их проведения.

Методология и методы исследования. Обследование плантационных культур проводилось в соответствии с общепринятыми в лесной таксации методами и рекомендациями (Анучин, 1982; Моисеев,1971; Незабудкин,1971).

Для определения запаса на пробной площади использовалось обобщенные уравнения, разработанные Е.Л. Маслаковым (1988).

Для обеспечения возможности использования картографического метода исследования и применения геоинформационных технологий обработки, анализа и представления результатов на всех полигонах была произведена GPS— съемка их границ и внутриполигонных опорных точек. Опорные точки, обеспеченные точными значениями географических координат, служили для регистрации исследовательских полигонов на топографических векторных картах — основах и материалах дистанционного зондирования: наземных, аэро- и космических снимках.

В основу исследования была положена идея комплексной оценки лесных плантаций, которая предполагает оценку положения плантаций на ландшафте, плодородия почв, геохимических особенностей полигонов, режимов увлажнения и дренажа и др. факторов естественного и техногенного происхождения. Для реализации данной идеи были запроектированы сети точек пробоотбора.

Исследование показателей плотности древесины сосны и ели базировалось на отборе образцов древесины с модельных деревьев методом пропорционального-ступенчатого представительства, в виде дисков по всей длине ствола и кернов на высоте 1,3 м.

Соотношение зон ранней и поздней древесины исследовалось на микрофотометрическом анализаторе слоистых структур с выводом показателей на диаграммную ленту и масштабированием с помощью электронного штангенциркуля с точностью 0,01 мм. Полученные данные были сгруппированы по десятилетиям и обработаны с помощью компьютерных программ.

Базисную плотность определяли способом максимальной влажности на образцах древесины из каждой ступени толщины, отобранных на опытных объектах в выбранных секциях.

Для вычисления средней плотности ствола использовались уравнения связи для древостоев рбазиснаяИ Рбазисная1,з (Полубояринов О.И.,1976). По степени представленности деревьев разных ступеней толщины рассчитывалось распределение базисной плотности в древостое.

Объем выполненных работ. Сбор исходного материала произведен в течение трех полевых сезонов (2010 — 2012 гг.).

За этот период обследовано 52 пробные площади (1111) в Ленинградской и Псковской области. 21 1111 была обследована для оценки особенностей роста сосны и 31 — ели.

При сплошных перечетах на пробных площадях были замерены диаметры 14 271 дерева и высоты 2 109 деревьев.

Для определения прироста и исследования дендрохронологии были извлечены 300 кернов у 150 деревьев (на уровне hi 3 и h0).

Для определения средней плотности древесины ствола была определена базисная плотность 177 образцов древесины.

Для изучения колебаний зон поздней и ранней и поздней древесины и ее влияния на плотность древесины было отобрано 90 кернов.

Для анализа почв было использовано 30 образцов.

Основные объекты исследования. Работы по сбору и верификации полевых данных были проведены на научно - исследовательских полигонах, рас-

положенных в Ленинградской и Псковской областях. Перечень части объектов (древостой ели) представлен в Таблице 1.

Таблица 1- Фрагмент таксационной характеристики древостоев на постоянных

Вариант № п.п. Сохранность Средние Относ, полнота Сумма площадей сечений, м"/га Запас, м3/га

шт./ га % Высота, м Диаметр (Г>1,з), см

Псковская обл., опытный объект №6, "Дигонец",34 года

Густота посадки I тыс. шт./га.

Контроль 64 741 74,1 20,6 23,3 1,0 31,5 315

Удобрения 63 760 76,0 19,4 21,8 0,9 28,5 270

Удобрения+ гербициды 62 928 92,8 19,3 22,1 1,1 35,6 337

Гербициды 61 926 92,6 18,9 22,0 1,1 35,3 328

Густота посадки 2 тыс. шт./га.

Контроль 53 1856 92,8 19,9 17,3 1,3 43,5 423

Удобрения 52 1205 60,2 19,2 17,7 1,3 41,7 393

Удобрения+ гербициды 51 1333 66,7 19,5 18,8 1,4 44,6 426

51* 1278 63,9 19,8 20,5 1,3 42,3 407

Гербициды 50 1640 82,0 19,8 18,5 1,4 44,1 426

50* 1085 54,3 20,4 22,9 1,4 44,5 441

Густота посадки 4 тыс. шт./га.

Контроль 49 1839 46,0 19,5 15,0 1,5 48,6 462

Удобрения 48 2500 62,5 20,2 16,6 1,7 54,0 532

Удобрения+ гербициды 48* 1987 49,7 20,2 17,6 1,5 48,2 473

47** 3258 81,5 15,3 11,7 1,2 34,9 270

Гербициды 46 2708 67.7 18,4 14,5 1,4 44,6 404

46* 1450 36,3 20,3 17,9 1,6 52,3 517

Ленинградская, область, опытный объект №3, 35 лет

Густота посадки I тыс. пгг./га.

Контроль 12 774 77,4 16,3 20,5 0,9 25,5 208

Гербициды 14* 970 97,0 16,8 20,8 1,2 33,3 278

Удобрения + гербициды 10* 893 89,3 17,8 21,9 1,3 35,5 312

Густота посадки 2 тыс. шт./га.

Контроль 19 1825 91,3 15,9 16,5 1,3 36,8 294

Гербициды 16* 1012 50,6 17,2 21,2 1,3 35,6 304

Удобрения + гербициды 18* 965 48,3 17,1 20,7 1,2 32,0 272

Густота посадки 4 тыс. шт./га.

Контроль 26 1871 46,8 16,3 15,2 1,2 34,3 280

Гербициды 27* 1775 44,4 16,4 17,4 1,6 43,4 356

Удобрения + гербициды 25* 1589 39,7 16,7 18,2 1,5 41,4 345

Примечание: * - произведено разреживание на ПП; ** - низкие таксационные показатели на данной ПП объясняются микро понижениями в рельефе и в расчетах по средним показателям не учитывались

Преобладающее количество опытных участков было заложено в черничной и кисличной типах леса.

Глава 3. Геоинформационная система «Плантационные культуры»

ГИС «Плантационные культуры» являются системой картографического и аналитического назначения. Она предназначена для анализа и картографического представления ограниченной совокупности небольших участков. ГИС предназначена для обработки сравнительно небольших объемов пространственно-временной информации, что и определяет специфику организации и структурирования исходных данных. Разрабатываемая БД предоставляет ГИС возможность использования статических и динамических моделей плантационных культур и проводимых в них хозяйственных мероприятий.

Важнейшим назначением ГИС данного типа является обеспечение поддержки принятия хозяйственных решений для получения максимальных объемов древесины с заданными параметрами: геометрией ствола и плотностью древесины.

Основными масштабами картографических произведений являются крупно- и среднемасштабные карты и планы, позволяющие моделировать подерев-ную структуру древостоев (М 1:1000 — 1:25000) и обзорные карты(М 1:50000 — 1:200000).

Данные наземной стереосъемки и ДЗЗ заставляют использовать в БД ГИС каквекторные, так и растровые модели в виде растровых подложек и иллюстраций, пространственно увязанных с векторными слоями.

Предлагаемая модель, разработанная на суперсовременных объектно - картографических принципах, обеспечивает полную функциональность и гибкость системы, слоевой характер структуры данных, организованных совместной работой внутренних и внешних СУБД реляционного типа.

Информщионная база ГИС состоит из совокупности картографических данных, интегрированных с данными ДЗЗ и наземными стереоснимками плантационных культур.

Для картографического моделирования плантационных культур созданы разделы, подразделы и включенные в них темы картографических слоев, наиболее вероятные и желательные в БД ГИС «Плантационные культуры».

В тематическую часть БД ГИС «Плантационные культуры» предложены следующие темы картографических слоев:

•Административно-хозяйственное деление земель лесного фонда;

•Характеристика лесного фонда (включая таксационные описания);

•Обеспечение стабильности лесных экосистем (ООПТ и ОЗУ);

• Дороги специального назначения и зимники;

•Участки лесных культур;

• Участки плантационных культур;

• Тематические слои, характеризующие состояние плантационных культур и проводимые в них хозяйственные мероприятия;

Разработанные для каждой темы перечни объектов были сгруппированы в таблице ObjectMap, являющейся одним из классификаторов ГИС.

Дня повышения эффективности управления данными была разработана система запросов, обеспечивающих выбор любого объекта картографического покрытия по классификационному принципу или в виде набора объектов и сопровождающих их простых характеристик.

Главным преимуществом разработанной по объектно-картографическому принципу реляционной внешней БД является возможность функционирования в любой программной среде, в том числе и в ранее созданных ГИС лесохозяй-ственного и лесоустроительного назначения. Это позволяет эффективно использовать возможности реляционной БД в программной среде уже созданных и успешно функционирующих ГИС, которые сохраняют свое исходное предназначение.

Разработанная ГИС была использована для анализа качества почв и геохимической оценки состояния участков плантационных культур, созданных в Ленинградской области.

При оценке геохимии плантационных культур была проанализирована вся линейка тяжелых металлов и вредных веществ во всех компонентах среды: в почвенных водах, почвах, корнях, хвое и листьях.

Приложением к разработанной базы данных является электронный атлас карт содержания химических элементов в различных средах характеризующих прямо или опосредовано состояние насаждений. Для наглядного представления и пространственного анализа получаемых данных был использован пакет программ ArcGIS. В качестве топоосновы использовалась цифровая карта Ленинградской области в проекции Gauss_Kruger и системе координат GCS_Krasovsky_1940. Атрибутивная база состоит из таблиц формата FoxPro и dBASE. Для построения поверхностей распределения содержания ТМ в пределах исследуемой территории использован дополнительный модуль ArcGIS Geostatistical Analyst.

Глава 4. Структура древостоев и влияние лесоводственных мероприятий на рост и продуктивность плантационных культур сосны и ели

С целью изучения роста и продуктивности культур сосны в зависимости от метода их создания, первоначальной густоты, разреживаний разной интенсивности и комплексных уходов были восстановлены и обследованы опытные объекты, созданные ЛенНИИЛХ. Технология создания и выращивания плантационных культур подробно описана в Приложении.

Продуктивность. На опытных участках сформировались однородные по составу, производительные (1а класс бонитета) и высокополнотные древостой (относительная полнота в зависимости от густоты 0,9 - 1,7).

Под воздействием лесоводственных мероприятий к возрасту, в среднем 35 лет, структура древостоев и их таксационные показатели значительно отличаются от таксационных показателей естественных древостоев и лесных культур, созданных традиционными методами.

К настоящему времени плантационные культуры ели в Псковской области представлены чистыми древостоями. Насаждения характеризуются высокой производительностью - 1а классом бонитета. Имеются различные варианты исходной густоты и уходов, что обуславливает большое различие вариантов по запасу (от 270 до 532 м3/га). Наибольшие запасы приходятся на исходную густоту 4 тыс. дер./га, наименьшие на 1 тыс.дер./га. Из-за различной густоты количество деревьев составляет от 741 до 3258 деревьев на 1 га. Разница диаметров и высот различная: от 14,5 до 23,3 см в диаметре и от15,3 до 20,6 м по высоте. Из первоначально посаженного количества ели в настоящее время сохранилось от 36,3 % (ПП 46*) до 92,8% (ПП 64).

В Ленинградской области плантационные культуры ели так же растут по 1а классу бонитета, несмотря на менее производительные ТУМ. Диаметры на двух объектах имеют схожие значения в зависимости от густоты. По высоте они уступают, в среднем, на 3 метра. Запасы данных насаждений составляют, в среднем, 200 м3/га(исходная густота 1 тыс. шт./га), 290 м3/га(2 тыс.шт./га) и 320 м3/га (4 тыс.шт./га).

В зоне хвойно-широколиственных лесов, за счет лучших условий произрастания, таксационные показатели имеют большие значения(на 14-54% по высоте, на 12-81% по диаметру и в 1,4-2,8 раза больше по запасу).

Динамика роста плантационных культур сосны. На всех пробных площадях продолжается самоизреживание. В самых густых вариантах отпад составляет 15-22,7%, при густоте 2 тыс. шт./га — 22,3-37,4%, а при густоте 1 тыс.шт./га - 2,2%. На разреженных секциях отпад растений незначительный: 2,2-4,7%.

Средняя высота составляет 18,7-21,5 м, при этом нет тесной связи между средней высотой и густотой культур.

Средний диаметр, наоборот, показывает высокую корреляцию с густотой культур сосны (Д"=77.8%). Средний диаметр деревьев с уменьшением густоты посадки возрастает с 17,7-19 см до 21,8-22,4 см. При разреживании величина среднего диаметра превышает диаметр с аналогичной густотой контрольного варианта на 0,9-1,4 см, это говорит о том, что рубки ухода перестали оказывать заметное влияние.

Объем среднего дерева также уменьшается с увеличением густоты культур. При 1 тыс.шт./га он составляет, в среднем, 0,352 м3, при 2 тыс.шт./га — 0,269 м3, а при 4 тыс.шт./га - 257 м3. Разреживание позволило увеличить объем среднего дерева на 12-20%.

Площади сечений и запасы характеризуются высокими показателями. При 1 тыс.шт./га, в среднем, абсолютная полнота составляет 29,2 м2/га, а запас -270 м3/га, при 2 тыс. шт./га - 31,3 м2/га и 283 м3/га, при 4 тыс.шт./га - 36,3 м2/га и 346 м /га, соответственно. Таким образом, запас сильно зависит от количества деревьев на 1111.

Динамика роста культур ели. Закономерности, установленные в сосновых насаждениях, проявляются и в культурах ели, но в более сглаженном виде из-за биологических свойств породы.

На всех пробных площадях продолжается самоизреживание. В самых густых вариантах отпад составляет 22,7-42,4%, при густоте 2 тыс. шт/га -3,4-33,6%, а при густоте 1 тыс. шт./га - 2,2 %. На разреженных секциях отпад растений сильно колеблется и составляет 2,3-24,3%.

Рубки ухода. Главной целью проведения рубок ухода в лесосырьевых плантациях является регулирование густоты, а также устранение усохших, отстающих в росте, малоценных деревьев и повышение качества оставляемой части древостоя.

На объекте № 6 рубка была проведена в 10-летнем возрасте после смыкания крон деревьев (было вырублено 50% деревьев на пробных площадях), а последующий прием в возрасте 26 лет был пропущен. На объекте № 3, наоборот, был пропущен первый прием, а второй проведен.

Опытные работы показали, что снятие пресса конкуренции проведением своевременного разреживания густых культур способствует энергичному росту оставленных деревьев и быстрому восстановлению биомассы древостоя, характерной для данных лесорастительных условий

Через 15 лет после разреживания, на ПП различия между вариантами по площади сечения и запасу древесины сглаживаются. Примерно одинаковые объемные приросты в первых случаях формируются на меньшем количестве деревьев.

Анализ полученных данных свидетельствует, что для получения крупномерной древесины в 40 летнем возрасте оптимальной следует считать густоту древостоя 1,5-2 тыс. шт./га для ели и 1,0-1,2 - для сосны.

При этом будет сформирован высокопродуктивный древостой однородный по размерам и качеству древесины.

Глава 5. Особенности строения плантационных культур

Исследования в этой области показали, что определяющее значение для формирования товарной структуры древостоя имеет распределение деревьев по диаметру. При этом выяснилось, что их распределение зависит от происхождения насаждений (Плохинский,1970). При исследовании культур ели в широком диапазоне густот отмечено, что с повышением густоты характер распределения деревьев по диаметру изменяется - дисперсия уменьшается, амплитуда увеличивается, максимум распределения смещается в сторону меньших диаметров (Собачкин, 2005).

Изучение строения лревостоев 35-летних плантационных культур является ключевым, поскольку именно в них на сегодняшний день следует проводить рубки ухода.

Нами были исследованы ряды распределения деревьев по ступеням тол-шины. Для выравнивание рядов использована кривая нормального распределения. Анализ показал, что теоретические значения рядов распределения хорошо аппроксимируют исходные ряды распределения. Значения коэффициента корреляции эмпирических и теоретических значений рядов распределений составляют 0,89 ■ 0.97, что укачивает на очень высокую степень достоверности.

Ряды распределений в исследованных 35-летних культурах обладают отрицательной асимметрией в редких древостоях и положительной - в густых, а также, в основном, отрицательным эксцессом. ">го, с одной стороны, свидетельствует о преобладалщ в насаждении маломерных стволов, а с другой - об однородности распределения по диаметру.

На вариантах с 1000 и 2000 нгт./га древостой имеют отрицательную асимметрию, что свойственно приспевающим и спелым древостоям.

Рисунок 1. демонстрирует явное отличие рядов нормального распределения плантаций ели от распределения деревьев по ступеням толщины в спелых и перестойных дрсвостоях естественного происхождения.

45 -

.............

—________

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Диамгтр, см

Рисунок 1 - Ряды распределений естественных лревостоев и плантаций ели

Коэффициент вариации уменьшается с увеличением диаметра. У ели на примере обьекга № 6 (наиболее четкая закономерность) с 34 до 17%, у сосны вариация колеблется в небольшом диапазоне от 27 до 20%.

Варьирование диаметров в культурах ели уменьшается с увеличением <{т и. следовательно, уменьшением густоты лревостоев. Древостой на объекте «Ди-гонец» характеризуются высоким Я"равным 0,81. На ПП в Ленинградской области такой высокой четкой взаимосвязи между данными показателями не наблюдаегся, что обусловлено сравнительно недавними рубками ухода.

Сравнивая полученные ряды распределения, можно сказать, что рубки ухода и комплексный уход изменяют структуру древостоя и влияют на распределение деревьев но ступеням толщины. По форме кривой распределения можно достаточно объективно судить о направленности и распределении конкуренте»! нагрузке в древостое.

Средние высоты составляют 18.4-20.6 м, тесной связи между выстой и густотой культур ис наблюдается.

Несмогря на то, что плантации одповозрасгные, плантации Псковской области имеют большую высоту и растут по 3 разряду высот, а в Ленинградской -по 6-му разряду.

Сравнительный анализ кривых роста плантационных культур ели на пробных площадях с кривыми роста ели естественного происхождения покачал, что плантационные культуры дают большие запасы из тонкомерной части и несколько меньшие - из толстых ступеней (Рисунок 2).

31

26

X 21

I "

11

-----TT*

Ж ..... „

-- —-----

¿Щ^-'"*'.....

12

24

2S

32

16 20 Дилметр. см

Рисунок 2 - Зависимость высот и диаметров от густоты дрсвостосв (разряды высот естественных дрсвостосв и плантационных культур ели)

Для лесных культур с избыточной густотой требуются свои таблицы объемов для планирования и проведения хозяйственных мероприятий.

В зависимости от густоты будет меняться и сбег. В контрольных вариантах культур ели были сделаны замеры диаметры на h,, и ho |. Средний сбег в густых культурах (4000 шт./га) равен 1.5 см м; при 2000 нгт.'га - 2,3 см/м; при 1000 шт./га - 3,9 см/м. Таким образом, в редких культурах заметна сильная сбе-жнстость. с увеличением густо™ она уменьшается.

Строение плантационных кулыур но таксационному диамефу достоверно отличается от естественных насаждений и возникает необходимость разработки лесогаксационных нормативов для плантационных ку льтур.

Глава 6. Товарная структура дрсвостосв и влияние лссоволпвенных мероприятий на качество древесины

Товарная структура. Особенности товарной структуры ели проиллюстрированы на Рисунке 3 и характеризуются следующим образом:

1) при начальной густоте в 1000 шт./га наблюдается преобладание средней деловой древесины (61%), с незначительной долей крупной деловой древесины - 4%.

2) при начальной густоте в 2000 шт..'га преобладает средняя деловая древесина - 66%. Мелкая деловая составляет 30%.В разреженных секциях наблюдается практически равное соотношение между средней и мелкой древесиной. На не разреженных площадях данное соотношение составляет 53 и 41%, с незначительным наличием крупной деловой древесины.

3) при начальной густоте в 4000 шт./га наблюдается незначительное преобладание мелкой деловой древесины (53%) над средней (44%) на не разреженных секциях, а также незначительное преобладание средней древесины (53%) над мелкой (45%) древесиной на разреженных участках.

Ш 1 = I =|1 I ! |

25 лет

34 года

35 «т

56 мт

Рисунок 3 - Выход ликвидной древесины в плантационных культурах ели, выраженный в процентах

Для плантационных культур сосны (Рисунок 4) характерно небольшое сокращение доли мелкой древесины с уменьшением густоты (с 43% при 4 тыс. шт./га ло 29% при 1 тыс. шт./га) и увеличение доли средней с появлением крупной древесины. Такие незначительные различия в выходе деловой древесины обменяются меньшим количеством вариантов культур сосни по густоте (23,6%), по сравнению с елью (53%).

100 г" (Я п »п п п я га га пктппю кчгокэ м н п м в ,, ров)|и

5 н о т в я о в> • • г^

X 5 С С С С К С С С £ С Лессе ЭсссЕс

« в> а N Ф

^ т ю Л

Д<

ГЧ ^ • |Л Гч V

есс г •* * " Л с ^ § с с с §

35 лет

51 год

Рисунок 4 - Выход ликвидной древесины в плантационных культурах сосны, выраженный в процентах

Анализируя выход древесины в 50- летних плантационных культурах, можно сказать, что соотношение проценте выхода деловой древесины соответствует выходу на редких вариантах 35 - летних культур.

Несмотря на различия по запасу между пробными плошалями Ленинградской и Псковской областей (Рисунок 5, 6), процентное соотношение выхода товарной древесины имеет примерно одинаковые значения. Сортиментную структуру плантаций в первую очередь определяет густота.

700

а

я

¡Пееее?еееёе91Зеесеес!1еее5еее?

III 1 1 1§ §

Рисунок 5 - Выход ликвидной древесины в культурах ели в м ' га

I Крупна« делоам

35 лет

51 год

Рисунок 6 • Выход ликвидной древесины в культурах сосны в м'/га

Влияние лссохо1янс1 венных уходов н густоты древостосв на показатели плотности н массы древесины в плантационных культурах. Для целлюлозно-бумажного производства представляет несомненный практический интерес, чт\>бы увеличение объемных показателей древесины сопровождалось увеличением ее массы.

Анализ отобранных образцов древесины сосны и ели на объекте №3 (Ленинградская область, Орлииское участковое лесничество, кв. 93) позволил рассчитать уравнения базисной плотности древесины ствола. Полученные уравнения описывают с высокими коэффициентами детерминации зависимость плотности древесины на высоте 1.3м со средней базисной плотностью ствола (Рисунок 7, 8).

для ели: р - 0.53ри+214.08 для сосны: р - 0.75ри+125,90

8 Зло

£ 3 «70 2

4в0

«О

1

"I

«о

420 410 400

♦ 457 ____-♦ 480

- 43? »------ 477 ' —~ 467----

___

--- — 432 у ■ 0.75Х* 126,90 (« = 0.90

380 400 410 420 4Э0 440 460 460 Байки«« плотность и« вис от* 1.3 м

470

480

490

Рисунок 7 - Связь средней базисной плотности древесины ствола с плотностью на высоте 1.3 м для плантационных культур сосны.

♦ 43«

406 _____

♦ 341 ____—--* ЯМ 377 •406 yO.il* . 214.0» ^ = 0,86

_____ ♦ 35&

320 330 МО 360 300 370 390 350 400 410 420 430 440 450 ^ ,м<-ы»а плопмс1ъ и| мкетс 1.3 м

Рисунок 8 - Связь средней базисной плотности древесины ствола с плотностью на высоте 1.3 м для плантационных культур ели

Полученные уравнения связи базисной плотности древесины на высоте 1,3 м с плотностью древесины всего ствола могут быть использованы в дальнейших исследованиях аналогичных лесных культур без рубки модельных деревьев, а только с отбором кернов древесины.

На обследованных нами объектах, показатели средней базисной плотности древесины культур в Ленинградской области превышают показатели Псковской области на 20% по сосне и на 10% по ели. Средняя базисная плотность сосновых культур составила 429 кг/м'. а для ели - 417 кг/ы\ Полученные данные показывают, что средняя базисная плотность древесины культур сосны и ели выше средних показателей для района исследования: ель 380 кг/м'. сосна 409 кг/м3 (Полубояринов О.И., 1976).

В Псковской области средняя базисная плотность древесины культур ели превышает «качения для сосны (379 кг/ми 356 кг/м'соответственно). Такие же значения плотности древесины сосны (357 кг/м') были получены ранее Полу-бояриновым О.И. в 38 лстннх плантациях сосны для данного района исследований (Полубоярннов, Федоров, 1991).

Благодаря полученным уравнениям плотности ствола, нами был сделан расчет фитомассы стволов на ПП (Рисунок 9). Массовые нокачатели ели превосходят показатели сосны в схожих вариантах по густоте

Массовые показатели ели превосходят показатели сосны в схожих вариантах по гу стоте в среднем на 38 т/га при исходной густоте 1 тыс.штУга, на72 т/га при 2 тыс.шт.'га и на 92 т/га при 4 тыс.шт./га. Максимальная производительность ели (197-224 т/га) в условиях Псковской области приходится на варианты с исходной густотой 4 тыс.шт./га. как и в разреженных вариантах в Ленинградской области (143 т/га). У сосны практически во всех вариантах показатели колеблются в небольшом диапазоне от 96 ло 119 т/га. Это зависит от густоты. самонзрсживанис на вариантах с начальной густотой 2 и 4 тыс.шт./га принсло к практически одинаковой густоте 1150 нггУга. ко

> 200— $ 1*0— | 100—

ь =

■3{Яг8Я i'.iJsSS'-sSS'.ijsaJS ваза tSSS

l5cScc^cc|5ilccclii|i?Siii IiI с ligi

U 3! t h i t ii t i

Я ** r-i + * ~ M о— Г4 -

| а г

Рисунок 9 - Показатели фитомассы стволов в плантационных культурах

Исследование юн ранней н поздней древесины выявило различия в л их показателях для сосны и ели (Таблица 2). Наблюдается тенденция к увеличению доли поздней древесины с возрастом в годичном приросте у ели на 5-7%, у сосны - на 3-5%, но в некоторых ступенях толщины произошло и снижение. Средняя ширина годичного слоя для ели составила 2.24 мм, для сосны 1.57-1,93мм. Коэффициент варьирования доли поздней древесины у ели 44-52%. доли ранней древесины 20-75%. У сосны размах коэффициента варьирования поздней древесины 28-69%, ранней древесины 51-63%.

Таблица 2 - Коэффициенты корреляции базисной плотности древесины с показателями древесины для плантационных культур сосны и ели

Средняя базисная плотность Иль 417 Сосна 429

Поздняя древесина -0.25 -0.43

Ранняя древесина -0,53 -0.59

Средняя ширина годичного слоя •0.52 -0,55

Выводы и рекомендации

1. Разработанная в процессе исследований геоинформационная система «Плантационные культуры» предоставляет возможность многодисциплинарных анализов характеристик плантационных культур с разработкой нормативной документации и оценкой эффективности проводимых хозяйственных мероприятий;

2. Методика и техника комплексной оценки экологического состояния лесных плантаций базируется на использовании геохимического подхода с определением концентраций тяжелых металлов и вредных веществ - поллютан-тов, создающих проблемы экологического характера; дистанционных методов и ГИС — технологий;

3. Табличные и математико — статистические модели строения насаждений, выращиваемых на лесных плантациях в разных стадиях их роста являются основой для таксации плантационных культур и проверки соответствия получаемых результатов главной идее закладки лесной плантации;

4. Сортиментно - сортные таблицы плантационных древостоев являются нормативным документом для определения выхода сортиментов из общего запаса древесины, выращенного с использованием плантационных высокоинтенсивных методов, так как структура плантационных древостоев резко отлична от насаждений естественного происхоясдения;

5. В диапазоне исследованной исходной густоты культур ели (1-4 тыс. шт./га) наибольшие показатели диаметра ствола наблюдаются в 35-летних посадках и получены при густоте 1 тыс. шт./га - в среднем 22 см. Превышение среднего диаметра составляет 23% по сравнению с густотой 2 тыс. шт./га и 45% по сравнению с густотой 4 тыс. шт./га. При низкой густоте закладки культур не обеспечивается требуемое количество запасных растений для отбора лучших по генотипу деревьев при разреживании, а также исключается возможность коммерческого промежуточного пользования. В зависимости от густоты будет меняться и сбег: в редких культурах заметна сильная сбежи-стость, с увеличением густоты она уменьшается.

6. В 9 - 13 лет происходит устойчивая дифференциация деревьев по рангам. Этот временной интервал (9 - 13 лег) может считаться оптимальным для проведения первого разреживания плантаций ели, выращиваемых по интенсивным технологиям на богатых почвах с применением механической обработки, осушения, крупномерного посадочного материала и уходов.

7. В культурах ели, так же, как и сосны, разреживание в 10 - летнем возрасте приводит к формированию более крупномерного древостоя. По своим параметрам разреженные древостой не уступают древостоям аналогичной густоты без разреживания. Следовательно, при разреживании формируются более крупномерные деревья, а фитоценозы восстанавливают сомкнутость и продуктивность в соответствии с лесорастительными условиями.

8. На обследованных объектах, показатели средней базисной плотности древесины плантационных культур в Ленинградской области превышают показатели Псковской области на 20%. по сосне и на 10% по ели. Полученные

данные показывают, что средняя базисная плотность древесины культур сосны и ели выше средних показателей для района исследования.

9. Анализ полученных данных свидетельствует о том, что для получения крупномерной древесины в 40 летнем возрасте оптимальной следует считать густоту древостоя 1,5-2 тыс. хлт./га для ели и 1,0-1,2 тыс. шт./га - для сос-ны.При этом будет сформирован высокопродуктивный древостой однородный по размерам и качеству древесины.

10. Строение плантационных культур достоверно отличается от естественных насаждений, поэтому возникает необходимость разработки соответствующих лесотаксационных нормативов для плантационных культур.

11. Как по объемным, так и по весовым показателям плантации ели превосходят плантации сосны, что делает ель наиболее подходящей выращиваемой породой с целью получения балансового сырья для целлюлозно-бумажной промышленности.

СПИСОК РАБОТ ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Степаненко С.М. Таксационная структура древостоев ели искусственного происхождения / С.М. Степаненко // Научно-технический журнал «Вестник МАНЭБ». - 2010. - Т. 14, №4, -С.87-92.

2.Данилов Д.А. Строение и плотность древесины ели и сосны в плантационных культурах Ленинградской области / Д.А. Данилов, С.М. Степаненко // Известия Санкт-Петербургского лесотехнического университета. —2013. —Вып. 204. — С.21-32.

Публикации в периодических изданиях и материалах конференций:

1. Степаненко С.М. Ускоренное производство древесины па лесосырье-вых плантациях Псковской области / С.М. Степаненко, О.И. Антонов // Материалы научно-практической конференции: Биотехнологии и вызовы времени, 17-19 мая 2011, СПб, Ленэкспо -СПб: Издательско-полиграфический комплекс ЛЕНЭКСПО,-2011.-С.95-95.

2. Данилов Д.А. Показатели базисной плотности и массы древесины ели в плантационных культурах различной густоты / Д.А. Данилов, С.М. Степаненко // Материалы международной конференции: Современные проблемы лесного хозяйства и лесоустройства, посвященной памяти классиков отечественного лесоводства Морозова Г. Ф. и Орлова М.М. 15 ноябрь 2012 г, Санкт-Петербург :СП6ГЛТУ, Том № 15-2012 г.-С.123-125.

3. Степаненко С.М. Влияние уходов и густоты на плотность древесины ели и сосны в плантационных культурах // Степаненко С.М, Зайцева О.А, Данилов Д.А. // Научно-технический прогресс в лесном хозяйстве, охране природы и ландшафтном строительстве. - 2013.-Вып. 10, - С.56-61.

4. Степаненко С.М. Использование инверсионной модели отражения и спектральных индексов для определения характеристик бореальных лесов / С.М. Степаненко, Д.А. Любимов, В. Буров. // Научно-технический прогресс в

лесном хозяйстве, охране природы и ландшафтном строительстве,—2013. —Вып. 9(1). -С.11-15.

5.Любимова Т.Ю. Оценка изменений характеристик лесов по временным сериям космических снимков среднего разрешения "Ьапс15аМт+" /Т.Ю. Любимова, С.М. Степанеико, Н.А. Беляев// Научно технический прогресс в лесном хозяйстве, охране природы и ландшафтном строительстве" - 2013. -Вып. 9(1). — С.71-75.

Просим принять участие в работе диссертационного Совета Д212.220.02 или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Ученому секретарю диссертационного совета.

СТЕПАНЕНКО СЕРГЕЙ МИХАЙЛОВИЧ

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 04.10.13 Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч.-изд. Л. 1,0. Печ. л. 1.25. Тираж 100 экз. Заказ № 121. С 14 а. Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТУ 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Степаненко, Сергей Михайлович, Санкт-Петербург

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ

04201452060

Степаненко Сергей Михайлович

СТРУКТУРА ХВОЙНЫХ ДРЕВОСТОЕВ СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ, СОЗДАННЫХ МЕТОДОМ ПЛАНТАЦИОННОГО ЛЕСОВЫРАЩИВАНИЯ.

06.03.02. - "Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация"

Диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор А. В. Любимов

Санкт - Петербург 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

Глава 1. Состояние вопроса 10

1.1 Возникновение и развитие лесосырьевых плантаций за рубежом..........................................................................................................................................10

1.2 История плантационного лесоводства в России...............

1.3 Исследование строения плантационных культур........................18

1.4 Влияние ускоренного выращивания на плотность древесины 20

1.5 Выводы.................................................................................................................................23

Глава 2. Программа и методика исследования. Объем и характеристика 24

исходных материалов

2.1 Программа исследования....................................................................................24

2.2 Методика полевых работ....................................................................................25

2.3 Объем и характеристика исходных материалов..............................32

2.4 Объем выполненных исследований............................................................49

2.5 Выводы..............................................................................................................................49

Глава 3. Геоинформационная система «Плантационные культуры» 50

3.1 Общая характеристика разработанной системы..............................50

3.2 Методика и техника создания подсистемы «Плантационные культуры» геоинформационной системы «Лесные культуры региона».......................................:..........................................................57

3.3 Проектирование картографических слоев................................................66

Глава 4. Структура древостоев и влияние лесоводственных мероприятий

на рост и продуктивность плантационных культур сосны и

ели........................................................................................................69

4.1 Продуктивность............................................................................................................69

4.2 Динамика роста плантационных культур сосны..............................70

4.3 Динамика роста плантационных культур ели....................................72

4.4 Рубки ухода в плантационных культурах................................................74

4.5 Выводы.................................................................. 78

Глава 5. Особенности строения плантаций и моделирование хода

роста........................................................................... 80

5.1 Особенности таксационных параметров........................ 80

5.2 Ход роста плантационных культур, заложенных в Ленинградской и Псковской областях............................................................84

5.2.1 Динамика роста плантационных культур (на примере сосновых древостоев)................................................... 91

5.2.2 Моделирование и анализ процесса роста древостоев плантационных культур Ленинградской области с помощью ростовой модели PRODMOD2..............................................................................93

Глава 6. Товарная структура древостоев и влияние лесоводственных

мероприятий на качество древесины................................. 95

6.1 Товарная структура древостоев.................................... 95

6.2 Влияние лесохозяйственных уходов и густоты древостоев

на показатели плотности и массы древесины в плантационных

культурах..................................................................... 100

Выводы и рекомендации................................................ 109

Список терминов и сокращений....................................... 112

Список использованных источников................................. 113

Приложение А. Описание объектов исследования..............................130

Приложение Б. Результаты по исследованию особенностей

строения плантаций...................................................... 162

Приложение В. Результаты по исследованию товарной

структуры плантационных культур.................................... 168

Приложение Г. Результаты по исследованию плотности древесины..................................................................... 170

Введение

Современная схема организации лесного хозяйства не вполне соответствует требованием экологически безопасного использования лесных ресурсов. Баланс между заготовкой древесины и воспроизводством лесов нарушен. Низкий уровень географической и экономической доступности лесных ресурсов даже в европейской части страны приводит к практически повсеместному нарушению принципа «равномерного и не истощительного» пользования лесом (Орлов М.М., 1924). Разрешенный объем заготовок, определенный для территории хозяйства в целом, вырубается на ограниченной транспортно - доступной части, создавая тем самым экологически напряженную ситуацию.

Практическим выходом из сложившегося положения может стать переход к интенсификации воспроизводства лесных ресурсов - к плантационному лесовыращиванию с использованием лучших по производительности земель лесного фонда, удобрений и интенсивных уходов, включая обработку сертифицированными химикатами.

Используемый термин "плантационное лесоводство" следует понимать как одно из направлений лесохозяйственной науки и практики, ориентированных на ускоренное производство большего количества древесины на специально закладываемых для этого культурах-плантациях.

Взятое в целом, лесоводство является одной из самых сложных отраслей растениеводства, отличаясь от других присущей только ему уникальной длительностью хозяйственных циклов, колоссальным разнообразием лесорастительных условий, количеством решаемых частных задач и используемых хозяйственных приемов.

Являясь одним из видов хозяйственной деятельности на земле, лесное хозяйство неизменно преследует две главные цели:

1) сохранение и приращение площади лесов, как источника множества сырьевых ресурсов и несырьевых благ;

2) производство и реализация древесины как сырья и топлива, а также разных видов недревесной продукции, что позволяет удовлетворять нужды населения и формировать в самом лесном хозяйстве его лесной доход.

Названные выше цели лесного хозяйства являются универсальными, хотя, на разных территориях весомость этих целей и вытекающих из них задач не может быть равновеликой.

Потребность в древесине на территории Северо-Запада России вполне определенных пород обусловливает необходимость создания целевых лесонасаждений. При этом лесные культуры выращивают там, где полноценное естественное возобновление невозможно или в том случае, когда необходимо получить древесину в более короткие сроки.

Сотрудниками ЛенНИИЛХ (Ленинградский научно-исследовательский институт лесного хозяйства) созданы различные варианты опытных плантационных культур в Ленинградской и Псковской областях Северо -Западного экономического региона. Необходимо изучить опыт их создания, оценить особенности хода роста лесных культур в зависимости от густоты, способов обработки почвы, почвенных условий, качества посадочного материала и других элементов технологии создания лесных культур.

Исследованию хода роста искусственно созданных молодняков в настоящее время уделяется большое внимание. Специалисты ЛенНИИЛХ, научно -исследовательских учреждений Беларуси, Украины и других стран и регионов исследуют многие аспекты ускоренного выращивания высококачественной древесины на участках, находящихся не просто в зоне географической доступности, но в непосредственной близости от мест переработки древесины. Индустриальные методы выращивания древесины сделают возможным пересмотр экологических требований (в частности, к сохранению биологического разнообразия) и ограничений на использование стимулирующих рост и накопление биомассы химикатов. Плантационное лесовыращивание может стать основным способом производства лесных ресурсов в регионах с интенсивным

лесным хозяйством и развитой инфраструктурой, включая предприятия лесопромышленного комплекса.

Лесные культуры - это открытая система, которая требует постоянного и интенсивного ухода. Все лесокультурные приёмы и лесовосстановительные мероприятия необходимо увязывать с целевым направлением лесокультурного производства и проводить регулярно в соответствующих объёмах. В данной диссертационной работе исследуется таксационная структура древостоев плантационных культур. При этом таксационная характеристика и структура древостоев являются величинами, которыми можно управлять при выращивании лесных культур.

Класс товарности, сортиментные и товарные таблицы применяются для оценки приспевающих, спелых и перестойных насаждений. Но требуют оценки и плантационные молодняки. Для всех искусственно созданных объектов оценку количественных и качественных показателей необходимо делать на ранних этапах, когда еще можно эффективно воздействовать на рост лесных культур, форму стволов, плотность древесины, скорость накопление запаса и экологическое состояние насаждений.

Исследование закономерностей роста и формирования древостоев лесных культур, изучение способов повышения их экономической эффективности и экологической безопасности становится все более важным и востребованным направлением исследовательской деятельности. Таким образом, тема диссертационной работы актуальна.

Цель исследования заключается в разработке научно обоснованных рекомендаций по переходу к плантационному выращиванию существенных объемов высококачественной древесины с заданной геометрией ствола, шириной годичных слоев, соотношением ранней и поздней древесины и ее плотностью. Для обеспечения такого шага необходимо исследовать особенности роста искусственно созданных насаждений в связи с качеством всех компонентов окружающей среды и степенью их воздействия на скорость роста и параметры древесины плантационных культур.

Для достижения цели исследования были поставлены и решены следующие основные задачи исследования:

Изучить накопленный к настоящему времени опыт создания плантационных культур и выращивания высококачественной древесины с использованием средств и методов интенсификации роста улучшенных растений, отобранных в качестве посадочного материала;

Исследовать рынок доступных пользователям профессиональных геоинформационных систем, с помощью которых можно было бы отслеживать и оценивать процессы роста и развития плантационных культур. А также динамику состояния окружающей среды на участках плантационного выращивания;

- Выбрать и доработать полнокомпонентную ГИС «Плантационные культуры» с совокупностью блоков и модулей для многоцелевого мониторинга лесных плантаций;

Разработать совокупность эталонов, моделирующих строение и рост плантационных культур на разных стадиях их развития;

- Оценить современное состояние и ретроспективу качества окружающей среды на лесных плантациях;

- Разработать сценарии возможного развития плантационных насаждений на ближайшую и отдаленную перспективу с учетом воздействия природных и антропогенных факторов;

- Сформулировать рекомендации, направленные на совершенствование плантационного лесовыращивания и экологический мониторинг лесных плантаций;

Объектом исследования являются участки плантационных культур сосны (Pínus sylvéstris) и ели (Pícea ábies), созданных на территории Ленинградской области в условиях лесорастительных зон южной тайги и хвойно-широколиственных лесов Псковской области, а также данные, используемые для создания картографических произведений, характеризующие географическую и лесохозяйственную компоненту выращиваемых насаждений. К объектам исследования следует отнести данные, характеризующие геохимию ландшафта и выращиваемые насаждения, а также результаты измерений показателей

спектральной яркости отдельных деревьев, полога древостоев, подроста, подлеска, напочвенного покрова и минеральных обнажений в пределах полигонов плантационного лесовыращивания.

Предметом исследования являются методы картографического и математико - статистического моделирования лесных плантаций и выращиваемых на плантациях насаждений хозяйственно ценных пород. С их помощью предполагалось создать действующие модели мониторинга роста насаждений и динамики состояния компонентов среды лесных плантаций, включая почву, геохимию сред природных территориальных комплексов и яркостных показателей состояния ПТК.

Положения, выносимые на защиту:

1. Геоинформационная система и технология мониторинга роста и развития насаждений, выращиваемых на лесных плантациях;

2. Методика и техника комплексной оценки экологического состояния лесных плантаций с использованием дистанционных методов и ГИС -технологий;

3. Табличные и математико - статистические модели строения насаждений, выращиваемых на лесных плантациях в разных стадиях их роста и развития;

4. Модели хода роста плантационных культур;

5. Эскизы сортиментно - сортных и товарных таблицы плантационных древостоев;

6. Рекомендации по выращиванию культур хозяйственно - ценных пород на лесных плантациях Северо - Запада России.

Достоверность результатов исследования определяется большими массивами экспериментальных данных, калиброванных в соответствии с требованиями лесной таксации, геоинформационных технологий и дистанционных методов. Достоверность исходных материалов, результатов моделирования, выводов и рекомендаций подтверждается данными опытной проверки разработанной модели на реальных насаждениях, выращиваемых интенсивными плантационными методами и в обычных лесных культурах.

Научная новизна полученных результатов состоит в разработке рекомендаций по применению новых технических средств и материалов

дистанционного зондирования лесных плантаций на землях лесного фонда. В результате исследования предложена принципиально новая концепция формирования баз картографических и атрибутивных данных на основе картографического, контактного и дистанционного методов исследования объектов, явлений и процессов в природных территориальных комплексах лесных плантаций.

Личный вклад. Сбор полевого материала был выполнен лично автором. Постановка задач и разработка методики исследования, обработка материалов, анализ полученных результатов и формулирование рекомендаций были выполнены лично автором. Разработка геоинформационной системы, структур баз картографических и атрибутивных данных, а также внешней СУБД были выполнены с участием автора, под его непосредственным контролем.

Практическая значимость работы. Разработанные в процессе данного исследования выводы, предложения и рекомендации могут быть использованы в деятельности специалистов современного лесного хозяйства, задачей которых является интенсивное выращивание высокосортной древесины с заданными параметрами. ГИС «Плантационные культуры» найдет применение в области высоких технологий охраны и воспроизводства лесных ресурсов на Северо-Западе России.

Апробация результатов диссертационного исследования.

Основные результаты исследований автора представлены в научном отчете лаборатории лесовосстановления «СПбНИИЛХ» за 2011-12 год. Они обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях: Биотехнология в Ленэкспо (г. Санкт-Петербург, 2011 г.), научно-практическая конференция молодых ученых Рослесхоза - «Молодые ученые - лесному хозяйству» (ВНИИЛМ 2011г.) и II международной научно-практической конференции «Инновации и технологии в лесном хозяйстве-2012» СПбНИИЛХ.

Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения и выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 171 странице, иллюстрирована 25 таблицами, 48 рисунками, включает 4 приложения. Библиографический список содержит 150 источников, из них 8 на иностранных языках.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 1. Возникновение и развитие лесосырьевых плантаций за рубежом

Лесосырьевые плантации (сокращенно ЛСП), industrial tree plantations (1ТР) -это специально создаваемые и выращиваемые в определенных технологических режимах лесные культуры, предназначенные для ускоренного получения большего количества заданных сортиментов. В ходе выращивания ЛСП есть возможность контролировать как породный состав, так и основные параметры качества получаемой древесины (Шутов, Жигунов, 2008).

Впервые лесные плантации были заложены германскими лесоводами в первой половине XIX века, в связи с дефицитом древесины в ряде стран Западной и Центральной Европы. Более острым, в те времена, чем в других странах, дефицит древесины оказался в Германии, в которой земли многих княжеств ранее были покрыты обильными, преимущественно широколиственными лесами. По названной, а также, возможно, и по другим причинам, германские лесоводы раньше других приступили к крупномасштабной закладке лесосырьевых плантаций. При этом главной культивируемой породой была избрана ель, а не дуб и бук. Последующие исследования, зало�