Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Структурные изменения в еловых древостоях под влиянием комплексного ухода

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

Автореферат диссертации по теме "Структурные изменения в еловых древостоях под влиянием комплексного ухода"

На правах рукописи

Смирнов Алексей Александрович ^((¿-^р,^

СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ЕЛОВЫХ ДРЕВОСТОЯХ ПОД ВЛИЯНИЕМ КОМПЛЕКСНОГО УХОДА

06.03.03 - Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург - 2005

Работа выполнена на кафедре лесоводства Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М.Кирова

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Мельников Евгений Сергеевич

Научпый консультант:

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Вавилов Сергей Васильевич

Официальные оппоненты: доктор географических наук,

профессор Алексеев Александр Сергеевич

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Никонов Михаил Васильевич

Ведущая организация: Санкт-Петербургский

научно-исследовательский институт лесного хозяйства

Защита диссертации состоится И декабря 2005 года в часов на заседании диссертационного совета Д 212.220.02 при Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М.Кирова по адресу: Санкт-Петербург, Институтский пер., д. 5 (главное здание).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии.

Автореферат разослан ¿4 ноября 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор с.-х. наук, профессор И.А.Маркова

2о°Н '¿Ц №?

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Одной из эффективных мер повышения продуктивности леса является применение минеральных удобрений Эффект повышается, если удобрения применяются в комплексе с рубками ухода за лесом. Многочисленные и длительные эксперименты с удобрениями показали высокую результативность применения их в лесу. При правильном использовании удобрений существенно возрастает прирост древостоев, их устойчивость, товарность Рубки ухода являются фактором, который выводит биогеоценоз из состояния устойчивого подвижного равновесия и вызывает в нем ответные восстановительные реакции Удобрение же является дополнительным ресурсом, который стимулирует биокруговорот и ускоряет восстановительные процессы.

В этой связи является актуальной оценка длительного и регулярного воздействия комплексного ухода на рост, продуктивность и особенности структуры еловых древостоев южной тайги.

Цель и задачи исследования Целью диссертационной работы является изучение долгосрочного влияния комплексного ухода на рост и продуктивность еловых древостоев, на структурные изменения в них, на качество древесных стволов и плотность древесины.

В соответствии с поставленной целью задачи исследований включали:

1. Изучение долгосрочного влияния комплексного ухода на величину дополнительного прироста запаса еловых древостоев и на распределение деревьев по категориям крупности.

2. Исследование воздействия комплексного ухода на характер распределения дополнительного радиального прироста по высоте ствола ели

3. Оценка изменения формы и полнодревесности стволов ели под влиянием комплексного ухода.

4 Исследование влияния комплексного ухода на плотность древесины высокопродуктивных ельников и содержание сухого вещее гва.

Научная новизна. Получены количественные показатели, отражающие длительное последействие комплексного ухода на динамику запаса и общей производительности ельников, на сфуктурные изменения в древостое. Выявлены особенности распределения радиального прироста по высоте ствола. Определены изменения показателей, отражающих форму и полнодревесность стволов ели под влиянием комплексного ухода. Впервые для условий Северо-Запада России получены данные, характеризующие изменение базисной плотности стволовой древесины и запасов сухого вещества в ельниках под влиянием комплексного ухода.

Практическая значимое! ь исследований состоит в получении новых данных о структуре дрсвостосв, о перераспределении густоты и запаса по категориям крупности деревьев, о форме древесных стволов и плотности древесины в связи с длительным пс Ц^е^^вдд^д^^щрксного ухода

БИБЛИОТЕКА I СП|

1 08 ж? шщг^/ V 4

•» I' . ■■ Л

в ельниках. Полученные результаты могут применяться лесопользователями при организации хозяйственных секций ускоренного целевого лесовыращивания.

Личный вклад. Автором составлена программа и определена методика работ, выполнены полевые исследования с отбором, спиливанием, обмером и раскряжевкой 60 модельных деревьев на двух сериях пробных площадей, с отбором 660 образцов древесины для определения базисной плотности и прироста по диаметру на разных высотах. Выполнена аналитическая обработка полученного материала с использованием методов математической статистики, его обобщение и теоретическое осмысление.

Обоснованность и достоверность результатов исследований подтверждается значительным объемом экспериментального материала, полученного на стационарных объектах с 30-летним сроком наблюдений и неоднократным повторением приемов комплексного ухода. Данные обработаны на компьютере с использованием стандартных программ.

Апробация и публикация результатов работы. Основные результаты работы обсуждены на ежегодных научно-технических конференциях в СПбГЛТА (2004, 2005 гг.), на Всероссийской конференции "Человек и почва в XXI веке", СПбГУ, 2004, на IV Международном симпозиуме "Строение, свойства и качество древесины", СПбГЛТА, 2004 По результатам выполненных исследований опубликовано 3 печатных работы

Предмет защиты. 1. Структурные изменения в древостоях ели под влиянием комплексного ухода. 2. Закономерности изменения формы и полнодревесности стволов ели в связи с длительным последействием комплексного ухода 3. Результаты исследования плотности древесины и запасов сухого вещества в ельниках, пройденных комплексным уходом.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы из 112 наименований. Общий объем работы составляет 101 страницу, из них 16 рисунков, 25 таблиц.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

В комплексном уходе органично сочетаются положительные стороны рубок ухода и применения удобрений в лесу Каждый из видов ухода имеет свои задачи, но их совместное решение позволяет добиться нового, интегрального эффекта, не сводящегося к простому суммированию эффектов (Мельников, 1999). Одной из главных причин появления комплексного ухода за лесом стало понимание того, что одними рубками ухода невозможно повысить общую производительность древостоя (Георгиевский, 1957; Давыдов, 1971; Сеннов, 1977,1984)

Интерес к комплексному уходу заметно повысился в связи с разработками систем ускоренного целевого лесовыращивания Возможность реального повышения производительности древостоев, увеличения выхода ценной товарной продукций: делает удобрения необходимым элементом

системы целевого лесовыращивания ((Шутов и др., 1984; Сеннов, Мельников, 1986).

Многими исследователями, по результатам кратковременных наблюдений, отмечена более выраженная положительная реакция крупных деревьев на комплексный уход и слабая реакция мелких деревьев (Бочаров, Петров, 1983; Азниев и др, 1984; Клинов, 1985, Мельников, 1990, 1999) Удобрения в пройденных комплексным уходом ельниках стимулировали не только разрастание крон, но и адекватное увеличение прироста древесины. Так, в чистом ельнике спустя 15 лет после начала комплексного ухода проявилась устойчивая тенденция к улучшению формы стволов в их средней и нижней частях (Мельников, 1999). По другим данным, улучшения формы стволов в приспевающих удобренных ельниках не произошло (Бочаров, 1979). Вопрос о долгосрочном влиянии комплексного ухода на соотношение доли разных по крупности деревьев, на полнодревесность стволов и их форму оставался открытым.

Плотность древесины относится к числу основных и универсальных характеристик древесины. С помощью показателей плотности можно дать объективную оценку эффективности лесохозяйственных мероприятий, направленных на повышение продуктивности насаждений. Однако соотношение между степенью и характером разреживания древостоев и плотностью формирующейся древесины представляет собой существенный и мало изученный аспект всей проблемы рубок ухода, поскольку с плотностью древесины связана производительность насаждений, определяемая по содержанию сухого вещества (Полубояринов, 1976) Мало исследованы и многие стороны влияния комплексного ухода на плотность древесины.

В результате длительного последействия комплексного ухода происходит накопление разноуровневых структурных изменений в древостое. К ним можно отнести распределение деревьев по ступеням толщины, формирование дополнительного радиального прироста на разных высотах ствола, что определяет его форму и полнодревесность, динамику кроновой фитомассы. Внутриструктурные изменения характеризует плотность древесины ельников, пройденных комплексным уходом, распределение плотности по высоте ствола. Именно этому направлению исследований и посвящена наша работа.

2. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Программа исследований включала следующие вопросы'

1. Изучение долгосрочного влияния комплексного ухода на рост, продуктивность и изменение структуры еловых древостоев.

2. Исследование характера распределения дополнительного радиального прироста по высоте стволов ели под воздействием комплексного ухода.

3. Оценка изменения формы и полнодрсвесности стволов ели пол влиянием комплексного ухода.

4 Исследование плотности древесины высокопродуктивных ельников, пройденных комплексным уходом, определение запасов сухого вещества.

Исследования проводились на постоянных пробных площадях (1111), на которых выделялись: контрольная секция; секция, разреженная рубками ухода; разреженная и удобренная секция Полученный материал обрабатывался методами математической статистики, достоверность различий определена на 95-процентном уровне.

Расчет величины текущего и дополнительного прироста древостоя производился по данным сплошных перечетов. Запасы вычисляли по таблицам объемов стволов по разрядам высот При одинаковых исходных запасах дополнительный текущий прирост определен как разница между накопленными запасами древостоев - пройденного комплексным уходом и разреженного без применения удобрений. При неравных исходных запасах расчет произведен с учетом первоначальной разницы.

Динамику дополнительного прироста деревьев средней ступени толщины изучали путем анализа годичных слоев, сформировавшихся за период наблюдения, на высотах О,ОН (высота пня); 1,3 м; 0,2Н; 0,4Н; 0,6Н; 0,8Н. Замер годичных колец осуществлялся с помощью лупы и металлической линейки с точностью ОД мм. Анализировались абсолюшые и относительные показатели радиального прироста. Определение доли поздней древесины проведено также с помощью лупы и металлической линейки с точностью 0,1 мм.

Для определения влияния ухода за елью на базисную плотность древесины и характеристики формы ствола, в каждой из секций отбиралось по 6 модельных деревьев из средней ступени толщины (Полубояринов, 1976). Кроме того, для получения более полной информации о древостое, в каждой из секций дополнительно отбирались деревья из более тонких и более толстых ступеней толщины, по одному дереву из сиу пени толщины 0,6, 0,8; 1,2 и 1,4 среднего диаметра. Таким образом 'характеризуется укрупненное распределение деревьев по ступеням толщины (Крылов, 1977). Диаметры стволов модельных деревьев после рубки обмерялись в двух взаимно перпендикулярных направлениях на относительных высотах (через ОДН). Для определения базисной плотности на этих же высотах отбирались образцы древесины, которые использовались также для определения радиального прироста дерева на разных высотах и толщины коры. Измерялась также протяженность живой кроны модельных деревьев.

Объем ствола определен по сложной формуле срединного сечения. Сбег ствола, коэффициенты и классы формы, видовые числа (старое и новое) определены для модельных деревьев по общепринятым методикам.

При обработке данных определялись средние величины для 6 моделей из средней ступени толщины, для 10 моделей из разных ступеней толщины, среднее из двух тонкомерных, а также среднее из двух крупномерных деревьев на каждом варианте опыта.

Объектами исследований являются постоянные пробные площади серии 10 и 11, заложенные в 1973-74 гг. сотрудниками лаборатории лесоводства ЛенНИИЛХ под руководством проф. С.Н.Сеннова в Государственном опытном

лесном хозяйстве "Сиверский лес" Ленинградской области. В табл. 1 представлена краткая характеристика объектов.

Таблица 1

Характеристика постоянных пробных площадей

Но- Вариант Год Состав древостоя Класс

мер опыта за- при закладке ПП б-та Наименование почвы

ПП клад- при последней тип

ки таксации леса

10-1 контроль 1974 8Е1Б10с+С Д-Ш влажногрубогумусная

6Е1С20с1Б Е чер сильноподзолистая

10-2 рубка 1974 ЮЕелС.Б.Ос П суглинистая

ухода ЮЕедС Е чер на пылеватых

10-3 комплекс- 1974 8Е1С1Б+Ос П покровных суглинках

ный уход 9,5Е0,5С едБ Ечер

11-1 контроль 1973 9Е1Б is модергумусная

8Е2Б Е кисл слабоподзолистая супесчано-

11-2 рубка 1973 9Е1Б Ы суглинистая на

ухода 7ЕЗБ Екисл моренном суглинке

11-3 комплекс- 1973 9Е1Б ¡а

ный уход 8,5Е1,5Б Е кисл

Возраст преобладающей породы (ели) в начале экспериментов составлял 35-40 лет Почвы ПП характеризовались низким содержанием азота. В качестве азотного удобрения на опытных участках применяли гранулированную мочевину (карбамид), вносимую в дозе 150 кг/га по д.в. за один прием. Повторяемость внесения двух-трехкратная с интервалом в 5-10 лет. Туки разбрасывали вручную по поверхности почвы в ближайший вегстациотпшй период после разреживания древостоя, как правило, в мае месяце.

3. ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНОГО УХОДА В ЕЛЬНИКАХ

НА ВЕЛИЧИНУ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ПРИРОСТА ДРЕВОСТОЕВ

Разреживание ельников рубками ухода сопровождается снижением текущего прироста запаса. Восстановление прироста до уровня контроля происходит лишь к концу второго десятилетия после начала разреживания (ПП 11-2), либо вообще не происходит (ПП 10-2) - табл. 2.

Восстановления запаса до уровня контрольного также не происходит. Реализация ресурсосберегающей функции в лесной экосистеме приводят со временем к восстановлению общей производительности разреженного древостоя - через 20 лет после начала эксперимента она составила 89 и 90 %, а через 30 лет - 91 и 98 % от контроля для ельника черничного и кисличного соответственно (табл 2) (Для секции 10-2 в табл. 2- приведены предположительные данные, поскольку в 2000 г сильный ветровал разрушил основную часть секции).

Таблица 2

Динамика прироста еловых древостоев на пробных площадях за период опыта

№ ПП Вариант опыта Год таксации Рубка,0/» запаса Запас, мэ/га Сред период прирост общей произвол- ти, м'/га в год Отпад, м^гав год Общая производительность

иг1 /га % к контролю

101 контроль Е -черн 1974 - 223 184 - - 223 184 -

1983 - 322 250 Ш 8,2 12 1,6 339 266 -

1993 - 401 288 13г3 8,7 14 4,9 472 353 -

2003 - 433 276 м 4,0 11 5,2 556 393 -

102 2-кратная рубка 1974 25 167 - - 219 98

1983 22 198 10,5 1,6 325 96

1993 277 9,0 1,6 422 89

2003 (320) (8,3) (4,0) (505) (91)

103 2-кратная рубка+удоб-рение (1974, 1979, 1986) 1974 30 144 - . 214 96

1983 23 198 13,8 1,3 342 101

1993 296 9,2 1,2 450 95

2003 352 10,4 4,8 554 100

111 контроль Е-кисл 1973 - 404 374 - - 404 374 -

1983 - 522 466 16.8 14,2 10 5,0 572 516 -

1993 - 582 496 16.7 13,7 ¿0 4,0 739 653 -

2004 - 563 467 14 3,3 М 5,7 804 692 -

112 3-кратная рубка 1973 22 283 259 - - 355 322 88 86

1983 5 370 317 10.7 7,8 м 3,6 462 400 81 78

1993 17 466 347 20.6 16,9 0,6 0,6 668 569 90 87

2004 - 541 365 10.3 5,5 10 4,0 791 633 98 95

113 3-кратная рубка+ 2-кратное удобрение (1973, 1983) 1973 24 297 287 - - 393 346 92 93

1983 8 428 397 14.2 12,9 ол 0,3 535 475 94 92

1993 16 476 428 21.4 19,3 м 0,3 749 668 101 102

2004 - 550 476 11.6 9,3 13 5,3 888 780 110 113

Примечание Над чертой - показатели всего насаждения, под чертой - древостоя ели

При внесении азотных удобрений в разреженные ельники прирост древостоя начинает быстро повышаться Положительное влияние удобрений, внесенных неоднократно в течение 10-12 лет, проявляется затем даже спустя 30 лет после начала ухода Текущий прирост разреженных и удобренных ельников восстанавливался до уровня контроля уже к концу первого десятилетия, чего не наблюдалось в аналогичных вариантах без удобрения (см. табл. 2) Общая производительность древостоев после комплексного ухода достигла уровня контроля через 10-20 лет на обоих участках, а в ельнике кисличном через 30 лет после начала ухода превысила контроль на 10 %. Величина дополнительного прироста за счет внесения удобрений постепенно снижается, хотя продуктивность древостоя остается повышенной. Абсолютная прибавка прироста за 30 лет - 55 и 96 м3/га в ельнике черничном и кисличном соответственно.

Древостой, испытавшие воздействие разреживания или комплексного ухода, характеризуются специфической динамикой распределения деревьев по ступеням толщины (рис. 1). После рубки по низовому методу происходит перемещение кривых распределения на ухоженных секциях относительно контроля вправо по оси X. Кривая распределения числа деревьев в варианте с комплексным уходом приобретает со временем все более сглаженные и устойчивые очертания за счет некоторого снижения доли средних деревьев, что является следствием замедления отпада мелких деревьев и увеличения доли крупных. Прирост крупных деревьев стимулируется удобрениями, но усиление конкуренции с их стороны компенсируется одновременным повышением устойчивости мелких деревьев. Такая реакция положительно отражается на устойчивости древостоя - отпад в нем резко снижается. Аналогичная картина наблюдается в ельнике кисличном.

Выявленная тенденция со временем проявляется еще рельефнее, что свидетельствует о более длительном, чем принято считать, последействии внесенных неоднократно удобрений. Доля деревьев средней ступени несколько снижается, удобрение стабильно "держит" устойчивость деревьев левой части кривой. Поэтому Бср не может быть достаточно информативным показателем эффективности действия удобрения. Таким показателем может быть процент средних и крупных деревьев от их общего количества на секции.

В обоих рассматриваемых типах леса имеется сходство реакции разреженного древостоя на удобрение. В первые 20 лет доля числа крупных деревьев выше на удобренном варианте по сравнению с разреженным на 5,57%, суммарного количества крупных и средних деревьев - на 4,5-7,5%.

Выявленная реакция древостоя на внесение удобрений свидетельствует о том, что несмотря на стимулирующее влияние удобрений на продуктивность, главным остается сохранение структуры древостоя (с тенденцией к ее последующему усложнению) и его устойчивости.

Только на секциях с комплексным уходом в первые-два десятилехия-после начала эксперимента наблюдаются близкие значения ширины годичного слоя на высотах 1,3 м и 0,2Н. "Приближение" минимальной ширины годичного слоя

Рис. 1. Динамика распределения деревьев ели по ступеням толщины за 30 лет в ельнике черничнике (пунктирная линия - контроль, черная линия -рубка ухода, серая линия - комплексный уход)

на высоте 0,2Н до ее значений на уровне груди может

свидетельствовать о том, что наряду с усилением нижней части ствола деревья на удобренных участках в эти годы интенсивно наращивали биомассу по всему стволу.

Установленные закономерности являются проявлением пластической реакции древостоя на уход (воздействие извне). Комплексный уход ускоряет восстановительные процессы. Он "включает в работу" и те элементы структуры, которые повышают устойчивость древостоя и сопротивление усилению ветровых нагрузок.

4. ИЗМЕНЕНИЕ ФОРМЫ И ПОЛНОДРЕВЕСНОСТИ СТВОЛОВ ЕЛИ ПОД ВЛИЯНИЕМ КОМПЛЕКСНОГО УХОДА

В средней и верхней частях ствола на варианте с комплексным уходом в ельнике черничном сбег относительно контроля уменьшается, что свидетельствует об улучшении формы ствола В варианте с разреживанием (секция 10-2) сбег на высотах 0,4-0,7Н остается в среднем на уровне контроля, а на высотах 0,8-0,9Н возрастает. Таким образом, в данном случае четко проявляются преимущества комплексного ухода перед обычным разреживанием.

В ельнике кисличном подобные закономерности не выявлены. Здесь на всех высотах, начиная с 0,111, сбег на ухоженных секциях имеет тенденцию к снижению по сравнению с контролем. По-видимому, при относительно небольшой интенсивности разреживания и достаточно высокой полноте древостоя у деревьев снижается потребность в усилении ветроустойчивости.

Изменения сбега относительно контроля в большинстве случаев не превышают +3-4 % и статистически недостоверны (для 6 средних моделей). Лишь на высотах 0,7-0,9Н на разреженных секциях обоих участков наблюдаются прямо противоположные по знаку, значительные и достоверные по отношению к контролю изменения сбега. По-видимому, это связано с особенностями разрастания крон деревьев.

У крупных деревьев в ельнике черничном на разреженных секциях наблюдается улучшение формы ствола на высотах 0,1-0,7Н. Сбег по сравнению с контролем возрастает у них лишь на высоте 0,8-0,9Н, что также связано с разрастанием крон. В то же время четко прослеживается усиление основания ствола - сбег здесь заметно увеличивается по сравнению с контролем.

Таким образом, при сильном разреживании происходит перераспределение прироста между деревьями разного рангового положения. Крупные деревья в основном усиливают сопротивление ветровым нагрузкам, остальные повышают прирост стволовой древесины. Структурная перестройка в древостое обеспечивает адекватное повышение его устойчивости.

По многим показателям формы ствола деревья на участках с уходом в ельнике черничном имеют тенденцию к улучшению формы по сравнению с контролем (табл. 3). По-видимому, это можно объяснить довольно длительным сроком, прошедшим после рубки. Показатели формы стволов ели из средней ступени

толщины на ухоженных секциях не имеют достоверных отличий от контроля. Различия в большинстве случаев не превышают +2-3%.

Таблица 3

Характеристика формы ствола средних модельных деревьев в ельнике черничном (абсолютные значения / % по отношению к контролю)

Значения показателей по вариантам

Показатели 10-1 (контроль) 10-2 (рубка ухода) 10-3 (комплексный уход)

Коэффициенты формы ствола

Чо 1,253 / 100 1,243/99,2 1,230/98,2

91 0,910/100 0,889/97,6 0,895 / 98,3

чз 0,730 /100 0,741/101,5 0,743/101,7

Чз 0,474/100 0,463 / 97,7 0,4875 / 102,8

Классы формы ствола:

42/1 0,802 / 100 0,834 / 103,9 0,830 / 103,5

Чз/1 0,521 / 100 0,521 / 100,0 0,5445 / 104,6

Прослеживается тенденция улучшения формы ствола на секции с комплексным уходом - как по сравнению с контролем, так и (в большинстве случаев) по сравнению с разреженным вариантом. Изменения показателей формы ствола по мелким и крупным моделям соо1ветствуют контрольным. В ельнике кисличном показатели формы средних деревьев имеют тенденцию к улучшению по всему стволу на секции с разреживанием. В варианте с комплексным уходом они близки к контрольным (табл. 4). Изменения показателей формы ствола по мелким и крупным моделям в целом также соответствуют контрольным.

Таблица 4

Характеристика формы ствола средних модельных деревьев в ельнике кисличном (абсолютные значения / % по отношению к контролю)

Показатели Значения показателей по вариантам

11-1 (контроль) 11-2 (рубка ухода) 11-3 (комплексный уход)

Коэффициенты формы ствола

4о 1,27 /100 1,252 / 98,6 1,230 / 96,9

41 0,883 / 100 0,902/102,2 0,883 / 100,0

42 0,735 / 100 0,745/ 101,4 0,731/ 99,5

4з 0,492 /100 0,514/104,5 0,489 / 99,4

Классы формы ствола

42/1 0,832/100 0,838 / 100,7 0,829 / 99,7

4з/1 0,558/ 100 0,569 / 102,0 0,554 / 99,3

Таким образом, действительный относительный сбег ствола, коэффициенты и классы формы у деревьев ели на ухоженных секциях в ельниках черничном и кисличном в целом практически не отличаются от контроля или даже имеют тенденцию к улучшению. Последнее в большей степени проявляется в варианте с комплексным уходом в ельнике черничном, и

на разреженной секции в ельнике кисличном. По-видимому, в более богатых условиях местообитания внесение удобрений оказывает меньшее положительное последействие на форму и сбежистость ствола, чем на более бедных почвах.

Полнодревесность крупных деревьев, как правило, снижена на ухоженных секциях обоих участков по сравнению с контролем (табл. 5).

Таблица 5

Полнодревесность стволов ели спустя 30 лет с начала опытов (ввдовое число / процент к контролю)

Вид число Модели Вариант опыта

контроль рубка ухода комплексный уход

ПП-10 ПП-11 ПП-10 ПП-11 ПП-10 ПП-11

старое крупн. 0,519/100 0,530/100 0,540/104,0 0,527/99,4 0,510/98,3 0,534/101

средн. 0,549/100 0,526/100 0,546/99,5 0,565 /107 0,545/ 99,3 0,524/ 99,6

мелк 0,556/100 0,588/100 0,596/107,2 0,574/97,6 0,590/106 0,589/100

новое крупн 0,601/100 0,591/100 0,565/94,0 0,584/98,8 0,571/95,0 0,587/99,3

среди мелк 0,571/100 0,592/100 0,577/102 0,606/102 0,578/101 0,586/99

0,576/100 0,610/100 0,611/106,1 0,600/98,4 0,627/109 0,614/101

Напротив, видовые числа мелких стволов в среднем на 6-9% выше, чем на контроле. Деревья средней ступени толщины на экспериментальных секциях обоих участков по видовым числам близки к контролю. В большинстве случаев отклонения находятся в пределах + 1-2%.

На секциях с уходом толщина коры у деревьев разной крупности выше в черничнике по сравнению с кисличником (у средних деревьев - на 17-18 %, хотя эти различия статистически недостоверны) - табл. 6.

Таблица 6

Толщина коры и протяженность живой кроны деревьев ели спустя 30 лет с начала опыта (показатель / процент к контролю)

Модели Вариант опыта

контроль рубка ухода комплексный уход

ПП-10 | ПП-11 ПП-10 | ПП-11 ПП-10 | ПП-11

толщина коры, мм

крупн 4,62/100 4,75 / 100 4,81 /104,1 4,18/ 88,0 5,59/121,0 4,51/94,9

сред 3,77 /100 3,37/100 4,44 /117,8 3,78 /112,2 4,67 / 123,9 3,97/117,8

мелк 2,62 /100 3,14/100 3,64/138,9 2,96/94,3 3,80/145,0 3,46/110,2

протяженность живой части кроны, % к длине ствола

крупн. 56,5 /100 49,0/100 51,0/90 47,0/96 56,5 / 100 48,5/99

сред 44,4 /100 40,3 /100 52,7 /119 49,2 / 122 55,5 /125 44,2/110

мелк 36,0 /100 40,5 /100 39,0 /108 42,5 /105 40,5/113 43,0 /106

При сильном разреживании в ельнике-черничнике толщина _коры возрастает на обеих ухоженных секциях относительно контроля, причем сильнее всего у мелких деревьев (на 39-45%), а меньше всего у крупных (на 421 %). Деревья средней ступени толщины занимают среднее положение.

Таким образом, наблюдается тенденция к "выравниванию" толщины коры у деревьев разной крупности при проведении ухода за лесом. Наиболее толстая кора характерна для секции с комплексным уходом.

При относительно слабом разреживании древостоя (ельник кисличный) толщина коры возрастает в значительно меньшей степени по сравнению с котролем. Однако и в этом случае более толстая кора наблюдается в варианте с комплексным уходом.

На ухоженных секциях по сравнению с контролем средние деревья увеличивают длину кроны, но достоверно - лишь в ельнике черничном (на 1925%). При сильном разреживании выявляется тенденция к большей протяженности кроны в удобренном варианте по сравнению с неудобренным. Следовательно, уменьшенная доля средних деревьев в рядах распределения (см. рис. 1) компенсируется ростом их доли в кроновой фитомассе У мелких деревьев протяженность живой кроны в результате ухода также возрастает, хотя и в меньшей степени, чем у средних. Крупные деревья при разреживании древостоя несколько снижают протяженность кроны, при комплексном уходе она остается на уровне контроля.

Увеличение толщины коры и протяженности живой части кроны является реакцией древостоя на разреживание, что сопряжено с изменением микроклимата и условий среды. Увеличивается разность экстремальных температур на поверхности стволов - более толстая кора обеспечивает защиту камбия. Разреживание создает лучшие условия для освещенности крон, включая и их нижние части - протяженность крон возрастает. Изменения в кроновом пространстве, т е в горизонтальной структуре древостоя, связанные с его разреживанием, компенсируются "подвижками" в вертикальной структуре кроновой фитомассы (увеличение протяженности крон). Удобрение в большей мере способствует повышению продуктивности фотосинтеза за счет увеличения объема крон на секциях с комплексным уходом. И это также один из механизмов восстановительной сукцессии и структурной перестройки в древостое.

4. ПЛОТНОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ ЕЛИ НА РАЗРЕЖЕННЫХ И УДОБРЕННЫХ УЧАСТКАХ

Результаты статистической обработки данных по базисной плотности древесины отдельных деревьев ели показали, что различия между контролем и опытными секциями недостоверны на 5-процентном уровне. Тем не менее прослеживается тенденция к увеличению плотности на ухоженных секциях.

Для более точного определения средней плотности древесины насаждений, после установления средней плотности деревьев каждой категории - крупных, средних и мелких среднюю плотность древесины насаждений рассчитывают как средневзвешенную по запасам соответствующих категорий (Полубояринов, 1976)

Средневзвешенная плотность в пределах каждой из секций была принята нами за 100% (табл. 7).

Таблица 7

Сравнение плотносга, определенной различными способами, по вариантам опыта

Номер пр пл. Вариант Запас древесины разной крупности, % Средневзвешенная плотность Средняя плотность по 6 моделям Средняя плотность по 10 моделям

мелк сред крут кг/м % кг/м3 % кг/м3 %

10-1 контроль 29 24 47 396 100 392 99,0 396 100,0

10-2 рубка ухода 22 25 53 400 100 403 100,8 403 100,8

10-3 компл уход 23 25 52 402 100 395 98,3 402 100,0

11-1 контроль 30 22 48 394 100 397 100,8 396 100,5

11-2 рубка ухода 23 27 50 399 100 412 103,3 407 102,0

11-3 компл. уход 21 25 54 401 100 402 100,2 404 100,7

Плотность древесины, определенная по 6 средним моделям, несколько больше отличается от средневзвешенной, чем плотность, определенная по 10 моделям В первом случае отклонения составляют -1,7 +3,3 %, во втором 0 +2 %.

" В наиболее разреженных вариантах обоих участков увеличивается амплитуда

колебаний плотности древесины отдельных деревьев. По-видимому, решающее влияние на варьирование плотности оказывает ветровая нагрузка, усиливающаяся в отношении отдельных деревьев, которые вынуждены создавать необходимую прочность ствола за счет увеличения плотности древесины. С другой стороны, деревья, находящиеся в сравнительно комфортных (в отношении ветра) условиях, формируют большую по протяженности и низкоопущенную крону, которая способствует более активному нарастанию ширины годичных слоев, равномерному распределению плотности вдоль ствола и в целом ее снижению

Но изменчивость плотности древесины надо рассматривать, исходя из стабильности средней плотности в разных вариантах опыта (см. табл. 7). По-видимому, это адаптивная реакция на внугриструктурную перестройку, связанную в большей мере с разреживанием, чем с внесением удобрений. После проведения рубки ухода ослабляется внутривидовая конкуренция, соответственно усиливается вариабельность показателей, поскольку создается больше условий для разнородности в популяции (Мельников, 1999).

, В ельнике черничном нижняя половина ствола на ухоженных секциях

имеет в среднем более высокую плотность по сравнению с контролем - по-видимому, вследствие необходимости усиления ветроустойчивости (рис. 2). Верхняя часть ствола на секции с комплексным уходом имеет плотность, несколько сниженную по отношению к контролю, тогда как на секции с разреживанием наблюдается заметное увеличение плотности.

В ельнике кисличном выявляется тенденция возрастания плотности на ухоженных секциях на всех высотах ствола, за исключением его основания (см рис. 2), где происходит наибольшее относительное увеличение ширины годичных колец.

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 относительная высота

0,8 0,9

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 относительная высота

- - контроль * рубка ухода

—»' комплексный уход

Рис. 2. Распределение базисной плотности древесины в продольном направлении ствола в ельнике кисличном (вверху) и ельнике черничном

(внизу)

По-видимому, одной из важнейших причин тенденции к увеличению плотности древесины является возраст начала разреживаний Имеются данные о юм, что в средневозрастных древостоях ускоренный прирост, следующий за разреживанием, осуществляется на основе более равномерного баланса между ранней и поздней древесиной, что может привести к увеличению плотности

(Полубояринов, 1976). В наших исследованиях также выявлена стабильность доли поздней древесины на ухоженных вариантах, несмотря на одновременное увеличение ширины годичных слоев

Эффективность лесохозяйственных мероприятий невозможно достаточно точно определить лишь объемными показателями прироста древесины (Полубояринов, 1976) В табл. 8 приведен расчет содержания стволового древесинного вещества в абсолютно сухом виде по данным базисной плотности и категориям крупности деревьев, на момент последпей таксации (2003-2004 гг.).

Таблица 8

Содержание сухого вещества стволовой древесины по вариантам опыта

Поро- Категория деревьев Запас, м7га Базисная плотность, кг/м3 Содержание сухого вещества, т/Va

да к РУ КУ К РУ КУ к РУ КУ

ельник черничник, 65 лег, П класс бонитета

Е крупные 130 180 183 384 381 391 50 69 72

средние 66 85 88 392 403 395 26 34 35

мелкие 80 75 81 419 442 435 34 33 35

итого Б 276 340 352 - - - 110 136 142

С 37 5 12 400 400 400 15 2 5

Ос 77 - - 375 - - 29 - -

Б 43 - 3 490 - 490 21 - 2

итого 433 345 367 - - - 175 138 149

огпад+рубка 123 76+109 60+127 385 385 385 47 71 72

всего 556 530 554 - - - 222 209 221

ельник кисличник, 65 лег, 1а класс бонитета

Е крупные 224 182 257 389 385 389 87 70 91

средние 103 98 119 397 412 402 41 40 48

мелкие 140 75 100 399 414 425 56 35 43

итого Б 467 365 476 - - - 184 145 182

Ь 96 166 74 490 490 490 47 81 36

итого 563 541 550 - - - 231 226 218

отпад+рубка 241 71+179 67+271 385 385 385 93 96 130

всего 804 791 888 - - - 324 322 34»

Примечание К - контроль, РУ - рубка ухода, КУ - комплексный уход.

С учетом промежуточного пользования и отпада за 30 лет экспериментов общее содержание сухого вещества в ельнике черничном на всех вариантах опыта составляет примерно одинаковую величину Лишь на разреженной секции оно несколько ниже, по-видимому, вследствие некоторого "переруба" (полнота 0,6) Однако на ухоженных секциях в значительно большей мере представлены запасы сухого вещества ели - породы, за которой и проводился уход. На разреженной секции сухая масса древесины ели больше контроля на 24 %, а на удобренной - на 29 %. По сравнению с разреженным вариантом, запасы сухого вещества ели на удобренной секции выше на 10 %. Кроме того, за два приема рубок ухода на ухоженных секциях получено дополнительно от 110 до 125 куб. м на 1 га древесины (преимущественно еловой).

В ельнике кисличном запасы сухого вещества ели на секции с комплексным уходом одинаковы с котролем. По сравнению с разреженной секцией содержание сухого вещества ели на удобренном варианте выше на 13%. При этом так же, как и в ельнике черничном, на ухоженных секциях значительно лучше качество древесных стволов, и за три приема рубок ухода получено дополнительно еловой древесины от 180 до 270 куб. м на 1 га.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Положительное влияние азотного удобрения, внесенного неоднократно в разреженный ельник, проявляется затем и через тридцать лет после начала ухода Абсолютная прибавка прироста в ельниках черничном и кисличном составила за тридцать лет соответственно 55 и 96 м3/га.

2. В рядах распределения деревьев по ступеням толщины наблюдается тенденция к замедлению отпада мелких деревьев и росту доли крупных в варианте с комплексным уходом по сравнению с разреженной секцией Следовательно, несмотря на стимулирующее влияние удобрений на продуктивпость, главным остается усиление функции устойчивости древостоя и сохранение его структуры

3 При исследовании дополнительного радиального прироста по высоте ствола выявлено, что наряду с усилением ветроустойчивости деревья на удобренных участках адекватно наращивали биомассу по всему стволу. Выявленные закономерности являются проявлением пластической реакции древостоя на уход.

4 Действительный относительный сбег стволов ели на секциях с комплексным уходом спустя 30 лет после начала экспериментов в целом не имеет достоверных отличий от контроля, что подтверждает выводы, сделанные при изучении радиального прироста

5. Коэффициенты и классы формы, а также показатели полнодревесности у деревьев ели на ухоженных секциях в целом практически не отличаются от контроля или даже имеют тенденцию к улучшению через 30 лет с начала экспериментов, что свидетельствует о реализации одной из важнейших функций древостоя - восстаповигелъпой.

6 Изменения в кроновом пространстве, т е в горизонтальной структуре древостоя, связанные с его разреживанием, компенсируются увеличением протяженности крон, особенно в вариантах с комплексным уходом.

7 Различия средних величин плотности древесины на контрольных и опытных секциях недостоверны на 5-процентном уровне В результате проведения рубок ухода и внесения удобрений увеличивается ширина годичных колец, но одновременно прослеживается стабильность доли поздней древесины Сохранение значений плотности в разных вариантах опыта - это реакция на внутриструктурную перестройку, связанную в большей мере с разреживанием, чем с внесением удобрений Но комплексный уход создает более комфортные условия для ускорения восстановительных процессов

8. При проведении комплексного ухода в смешанных елово-лиственных древосгоях в типах леса черничник и кисличник достигнуто увеличение доли сухого вещества ели на 10-13 % по сравнению с разреженной секцией, что является следствием реального повышения общей производительности древостоя.

9. В результате проведенных исследований выявлено преимущество комплексного ухода перед разреживанием. Удобрения ускоряют восстановительные процессы в разреженном древостое и формируют более устойчивую структуру насаждения. Под влиянием комплексного ухода осуществляется позитивная структурная перестройка на всех уровнях: на уровне популяции (распределение деревьев по ступеням толщины), на уровне отдельных деревьев (показатели формы и полнодревесности ствола), а также на внутриструктурном уровне (плотность древесины).

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Смирнов A.A. Результаты внесения азотного удобрения в почву разреженного ельника-черничника // Человек и почва в XXI веке: тез докл. Всероссийской конференции "VII Докучаевские молодежные чтения". СПб, 2004. С. 121-122.

2. Смирнов A.A. Влияние комплексного ухода на форму ствола и плотность еловой древесины // Строение, свойства и качество древесины -2004: Tp.IV Международного симпозиума. СПб, 2004. С. 131-133.

3. Смирнов A.A. Влияние комплексного ухода на прирост запаса, форму ствола и плотность древесины в ельнике-черничнике // Сб. докладов молодых ученых на ежегодной научной конференции Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Вып. 8. СПб, 2004. С. 53-56.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просьба направлять по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия, Ученый совет.

СМИРНОВ АЛЕКСЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 16.11.05.

Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная.

_Уч.-изд. л. 1,0. Печ. л. 1,25 Тираж 100 экз. Заказ № 282. С 18а._

Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТА 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 3

РНБ Русский фонд

2ЩА 27667