Влияние механизированных рубок ухода на состояние корневой системы и прирост ели в условиях среднетаежной подзоны Карелии

Карпечко, Анна Юрьевна

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Влияние механизированных рубок ухода на состояние корневой системы и прирост ели в условиях среднетаежной подзоны Карелии
ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации по теме "Влияние механизированных рубок ухода на состояние корневой системы и прирост ели в условиях среднетаежной подзоны Карелии"

На правах рукописи

Карпечко Анна Юрьевна

ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ РУБОК УХОДА НА СОСТОЯНИЕ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ

И ПРИРОСТ ЕЛИ В УСЛОВИЯХ СРЕДНЕТАЕЖНОЙ ПОДЗОНЫ КАРЕЛИИ

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 в Институте леса Карельского научного центра РАН

Научный руководитель:

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Синькевич Сергей Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Смирнов Александр Петрович; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Ряхин Виктор Александрович

Ведущая организация:

Агентство лесного хозяйства по Республике Карелия

Защита состоится «_»_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 «_»_2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

И.А. Маркова

2 ооМ 2157036

Введение

Актуальность темы. Лесоводственная необходимость проведения рубок ухода является характерной чертой насаждений на освоенных хозяйственной деятельностью территориях. В последние годы расширяются масштабы применения агрегатной лесозаготовительной техники для проведения коммерческих разреживаний. Карелия одним из первых в России регионов стала полигоном для широкомасштабного испытания машин нового поколения, лесоводственные последствия которого можно оценить теперь, по прошествии десяти лет. Вызванное истощением лесосырьевой базы постепенное увеличение доли промежуточного пользования в таежной зоне делает актуальной оценку последствий работы механизмов под пологом леса, а также разреживания на формирование корневой системы.

Существенным фактором, определяющим качество выполнения разреживания и влияющим на эффективность всего цикла лесопользования, является невозможность полной сохранности ризосферы лесного биогеоценоза от воздействия лесозаготовительной техники. При этом ключевым моментом, по-видимому, становится сокращение продуцирующей площади насаждения, как из-за уменьшения массы тонких корней в результате сплошной рубки деревьев в технологических коридорах, так и вследствие изменения водно-физических свойств почвы в них.

В средней подзоне тайги, более половины лесопокрытой площади занимают ельники. В Карелии в больших масштабах древесина ели используется на Кондопожском ЦБК, что делает вопросы ее выращивания очень важными для района исследований.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы было выявить закономерности воздействия механизированных разреживаний на ризосферу и прирост ели в условиях южной Карелии.

Для достижения цели исследований необходимо было решить следующие задачи:

- изучить изменения водно-физических свойств почвы в технологических коридорах и корненасыщенность ее верхних горизонтов;

- оценить влияние горизонтальной структуры древостоя на корненасыщенность верхних горизонтов почвы;

- сравнить динамику прироста у деревьев после разреживания в зависимости от расстояния до технологического коридора;

- выявить закономерности размещения корней деревьев в пройденных рубками древостоях;

- выяснить соотношение положительного-эффекта и отрицательных после»™» разре***™*. | I

Научная новизна. Впервые в среднетаежной подзоне проведено исследование влияния механизированных рубок ухода на корненасыщен-ность верхних горизонтов почвы. Выявлены закономерности динамики массы корней ели в послерубочный период продолжительностью до 20 лет. Получены данные о характере корневой конкуренции ели и лиственных пород.

Практическая значимость работы. Полученные результаты позволяют оптимизировать соотношение между положительным эффектом механизированных разреживаний и возможными отрицательными последствиями.

Защищаемые положения.

1. Для восстановления плотности почвы после воздействия на нее лесозаготовительной техники требуется не менее 10 лет.

2. Восстановление (формирование) корневой системы определяется давностью рубки и интенсивностью уплотнения почвы в технологических коридорах.

Апробация работы. Результаты исследований представлены на международной научно-практической конференции «Интеграция науки и высшего лесотехнического образования по управлению качеством леса и лесной продукции» (г. Воронеж, 2001); на международной конференции «Стационарные лесоэкологические исследования: методы, итоги, перспективы» (Сыктывкар, 2003); на международной научно-практической конференции «Антропогенная трансформация таежных экосистем Европы: экологические, ресурсные и хозяйственные аспекты» (Петрозаводск, 2004).

Работа над диссертацией выполнялась в ходе исследований по теме №гос.регистрации 01200100601 - «Научное обоснование экологической устойчивости лесного хозяйства в условиях Карелии».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ.

Личное участие. Автором выполнены все основные работы по сбору и камеральной обработке первичного материала, проведен анализ экспериментальных данных.

Объем и структура. Работа состоит из четырех глав, введения и заключения. Общий объем работы - печатных страницы, 22 рисунка, 17 таблиц. Список использованной литературы включает 119 источников, в том числе - 34 иностранных.

1. Состояние вопроса

Вопрос о необходимости оценки воздействия техники на почву стал предметом исследований во многих странах в связи с появлением много-

операционных машин, благодаря которым повысилась производительность труда, однако вместе с тем увеличилась и нагрузка на почву (Декатов H.H. и др., 1999). По мнению исследователей, применение лесозаготовительной техники всегда ведет к повреждениям насаждений, и нет таких технических средств, которые бы позволили заготовить лесоматериалы в насаждении, не повредив оставшуюся часть (Jonsson Y, 1976, Moskalik Т., Sadowski J., 1998). Почва может не восстановиться по прошествии десятков лет после проезда техники (Murphy G., 1982, Толкач О.В. и др., 1983, Буш К.К., Иевинь И.К., 1984). Было выяснено (Кайрюк-штис Л., Шакунас 3., 1990), что уплотнение почвы значительно снижает прирост хвойных пород, а также от него существенно страдают питающие дерево корни (Соколовская H.A., Ревут И.Б., Маркова И.А., Шевля-ков И.Р., 1977,, Kardell L., 1978, Dimitri L., 1986).

Лесозаготовительные работы лучше проводить зимой, когда мерзлая почва и снег надежно предохраняют корни от повреждений, и техника почти не продавливает почву (Kyttala, Т., 1980, Назаров A.B., Мартынов А.Н., 2002).

Изменяя состав и полноту древостоев в процессе проведения лесохозяй-ственных мероприятий можно целенаправленно регулировать пищевой, водно-воздушный и тепловой режимы почв (Морозова P.M., 1964, Зябченко С.С. и др., 1979, Мелехов И.С., 1980, Данилов Н.И., 1986). Рубки способствуют большему поступлению влаги к почве (Морозова P.M., 1964, Родин А.Р., 1977). Изменение условий среды под влиянием рубок вызывает интенсификацию ряда физиологических процессов в растении, повышая фотосинтез и транспирацию. Активизация биохимических и физиологических процессов в тканях древесных растений вызывает развитие ассимиляционного аппарата и усиливает деятельность камбия, в результате чего увеличивается прирост древесины ствола и рост корневых систем (Савина A.B., Журавлева М.В., 1978, Зябченко С.С. и др., 1979).

Масса корневой системы оставшихся деревьев, по мнению ряда исследователей, после разреживания древостоя увеличивается (Савина A.B., Журавлева М.В., 1978, Абражко М.А., 1982). В то же время, по некоторым данным (Банева H.A., 1986, Сенов С.Н., Банева H.A., 1992) масса мелких корней сразу после рубки уменьшается. Однако, в дальнейшем, разреживание древостоя стимулирует рост мелких корней, и корненасы-щенность почвы в разреженных и неразреженных древостоях постепенно уравнивается.

Распределение корней по площади, согласно данным ЛЕННИИЛХ (Банева H.A., 1980), а также эстонских исследователей (Оя Т.А. и Лыхмус К.Н., 1985), вес корней не коррелирует с расстоянием до ближайшего

ствола. При удалении соседних деревьев уменьшается не локальная, а общая напряженность корневой конкуренции (Сенов С.Н., 1980). Тонкие корни, снабжающие дерево водой и питательными веществами, распределены в почве случайно, перекрывая соседние площади питания в пределах всего древостоя, без какой либо зависимости от распределения в надземной части древостоя.

Общепризнано, что сразу после разреживания прирост древостоя по запасу уменьшается. Ряд исследователей связывают это с уменьшением массы мелких корней и неполным использованием питательных ресурсов места произрастания.

Согласно H.A. Баневой (1990), после проведения механизированных рубок ухода в почве на волоках резко (на 80-90 %) снижается масса физиологически активных корней. Ухудшение водно-физических свойств почвы препятствует восстановлению массы корней. Соответственно, площадь, занятая волоками, на 50-70% древостоем не используются (Аникин A.C., Ковязин В.Ф., 1990, Банева H.A., 1990).

В лесоводственной литературе большое внимание уделено влиянию механизмов на изменение верхних горизонтов почвы. Однако недостаточно освещены вопросы формирования (восстановления) корневой системы в технологических коридорах в разные периоды после рубки. Существуют различные точки зрения на зависимость роста корней от конкурентных взаимоотношений. Поэтому в настоящей работе большое внимание уделено именно этим проблемам.

2. Природные особенности района, методика и объекты исследований

Климат южной Карелии характеризуется мягкой и продолжительной зимой и коротким, но прохладным летом, что является следствием преобладания циклонической деятельности. В южной части Карелии за год выпадает в среднем 600 - 650 мм осадков. В течение вегетационного сезона - 300-350 мм. Более половины территории лесопокрытой площади среднетаежной подзоны Карелии занято насаждениями с преобладанием ели Ш - IV класса бонитета. Самым распространенным типом еловых лесов Карелии является черничный, который занимает 69 % их площади. На территории южной части Карелии наиболее распространенными (Морозова P.M. и др., 1981, Морозова P.M., 1991) являются подзолистые почвы, в которых разложение органики и усвоение питательных веществ корнями происходят в основном на границе подстилки и минерального слоя.

Климат южной Карелии с точки зрения влияния на производительность еловых лесов является вполне благоприятным. При хорошей обеспеченности минеральным питанием и влагой еловые насаждения здесь могут давать высокий прирост древесины (Казимиров Н.И., 1971).

Работа велась на стационарных и временных пробных площадях (ПП), заложенных в еловых и смешанных насаждениях, пройденных механизированными рубками ухода различной давности и интенсивности. Тип леса на всех ПП - ельник черничный свежий, кроме ПП8, где ельник черничный влажный. Транспортировка древесины при лесосечных работах осуществлялась по заранее подготовленным технологическим коридорам в виде сортиментов или хлыстов с использованием колесных тракторов с тросово-чокерной оснасткой (МТЗ-82), форвардеров (ЛТ189А, ЛТ189М).

Для изучения изменения корненасыщенности верхних горизонтов почвы после рубки использовался метод монолитов (Рахтеенко И.Н. 1963, Орлов А.Я., 1967), отбираемых по всей площади участка с учетом сети технологических коридоров. Размер монолитов составлял 10 х 10 х 20 см. Для выяснения вопросов корневой конкуренции, а также для того, чтобы проследить, как таксационные показатели влияют на корненасы-щенность, вокруг места взятия образца в радиусе 5 м учитывались все окружающие деревья. Помимо этого фиксировалось расстояние от монолита до технологического коридора. Из почвенного монолита (отдельно из подстилки Ао и горизонта А;Аг) извлекались корни, которые затем разделялись на фракции по толщине. Корни диаметром до 1 мм согласно классификации И.Н. Рахтеенко (Рахтеенко И.Н. 1952), условно принимались за мелкие, а диаметром 1-3 мм - за крупные корни. После сортировки каждая фракция корней высушивалась до воздушно-сухого состояния и взвешивалась.

Для исследования влияния механизмов на плотность (объемную массу) и влажность почвы на пробной площади в зоне технологических коридоров и в пасеках были взяты образцы почвы ненарушенного сложения в верхних горизонтах. В лабораторных условиях были определены объемная масса и влажность почвы.

Прирост по диаметру и запасу определялся по повторным перечетам, а также с помощью кернов, которые отбирались буравом Пресслера на высоте 1,3 м на разном расстоянии от технологических коридоров.

Описание насаждений на пробных площадях проводилось в соответствии с общепринятыми методиками (Сукачев В.Н. и др., 1957) и ОСТ 56 69-83. При описании живого напочвенного покрова определяли встречаемость преобладающих видов.

Оценка влияния исследуемых факторов выполнялась методами корреляционного и регрессионного анализа. Теснота связей определялась с помощью коэффициентов детерминации и корреляции. Математико-статистическая обработка выполнена с помощью электронных табличных процессоров Microsoft Excel и SuperCalc4, а также пакета StatGraphics.

3. Влияние лесозаготовительной техники на водно-физические свойства почвы и ее кориенасыщениость

3.1. Изменение водно-физических свойств почвы под воздействием

лесозаготовительной техники На 6 пробных площадях, где проводились рубки ухода, были проведены исследования водно-физических свойств почвы в технологических коридорах и в пасеках. При анализе акцент был направлен на давность рубки, которая в нашем исследовании варьирует от 2 до 19 лет. Было выяснено, что на всех обследованных пробных площадях в коридоре влажность достоверно больше, чем в пасеке. Возможно, это связано с нарушением баланса прихода осадков и испарения их с почвы. После рубки в зону коридоров попадает большее количество осадков по сравнению с пасекой. Кремле того, повышенную влажность почвы в коридоре по сравнению с пасекой, можно объяснить еще и тем, что из-за снижения корненасыщенности и ухудшения условий для функционирования корней уменьшается расход влаги на суммарное испарение с коридоров. На исследуемых пробных площадях влажность почвы в коридоре превышает влажность в пасеке в 1,1-1,8 раза. Однако, в подавляющем большинстве случаев влажность почвы в пасеке находится не на том уровне, чтобы после некоторого ее увеличения произошло критическое для корней переувлажнение.

Объемная масса почвы в коридоре и в пасеке в насаждениях, где рубка была проведена более 10 лет назад, различается незначительно. Видимо это объясняется достаточным периодом времени после разреживания. Однако, для полного восстановления физических свойств почв, как это следует из зависимости, изображенной на рис. 1, требуется более продолжительный период.

На рис. 1 достаточно отчетливо прослеживается зависимость снижения разницы объемной массы почв коридора и пасеки от давности рубок. Имеющийся разброс точек можно объяснить точностью определения, погодными условиями и сроком окончания рубки. Разница в объемной массе почвы в технологическом коридоре и пасеке в насаждениях с давностью рубки более 10 лет составила 2-12 %. В насаждениях с давностью рубки менее 10 лет разница в объемной массе почвы в коридоре и в пасеке более выражена и составляет 15-22%. По-видимому, после рубки прошло недостаточно времени для того, чтобы плотность почвы могла восстановиться.

1,25 1,20

<§ 1.15 §

1,05

1,000

Рис. I. Соотношение между плотностью почвы в коридоре (ОВк) и пасеке (ОВп) в зависимости от давности рубки

При сравнении водно-физических свойств почвы в колее и центре коридора выяснилось, что разница в плотности почвы составляет не более 9 %, а влажность в 1,1 раза больше в колее, что может объясняться перераспределением поступающих осадков. Несмотря на то, что по всему технологическому коридору, включая колею и центр, объемная масса почвы различается несущественно, нельзя делать вывод о незначительности влияния колеи как на водно-физические свойства почвы, так и на рост корней в ее области. Незначительность разницы меаду плотностью почвы в колее и центре коридора в данном случае может объясняться достаточным промежутком времени для сглаживания данных величин на этих участках.

3.2. Влияние трелевочных механизмов на корненасыщенность верхних горизонтов почвы В рамках выполненного исследования в еловых насаждениях, представленных 9 пробными площадями, изучалось влияние механизированных рубок ухода на изменение корненасыщенносги. Для оценки влияния давности рубки все обследованные объекты были условно поделены на две группы: 1) рубка проводилась более 10 лет назад; и 2) менее 10 лет назад.

3.2.1. Изменение массы корней диаметром до 3 мм при рубках ухода При анализе полученных результатов выяснилось, что на всех пробных площадях верхний 20-сантиметровый слой почвы в той или иной степени более насыщен корнями диаметром до 3 мм в пасеке. Причем прослеживается четкая линейная зависимость разницы в корненасыщенносги технологического коридора и пасеки от давности рубок (рис. 2).

Оценка выполнялась по формуле: Р=(т,-тп)х 100/т„, %,

где т* - масса корней в технологическом коридоре, т/га; т„ - масса корней в пасеке, т/га.

-60 ----—--

О 4 8 12 16 20

Давность рубки, годы

Рис.2. Связь изменения массы корней диаметром до 3 мм в 20-см слое почвы с давностью рубки

Существенная разница между насыщенностью корнями верхних горизонтов почвы в коридоре и в пасеках наблюдалась в насаждениях, где рубка проводилась менее 10 лет назад. Полученный результат объясняется, по-видимому, ухудшением водно-физических свойств почвы.

В ходе работы сравнивалась масса корней в коридоре и пасеке отдельно по исследуемым почвенным горизонтам (А0, А1А2). Результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1

Масса корней диаметром до 3 мм по почвенным горизонтам

пп Давность рубки, лет Масса корней, т/га

Подстилка Минеральный го ризонт

Коридор Пасека Разница, % Коридор Пасека Разница, %

2.5 19 1.08 1.35 -20 0.60 0.44 + 36

1.3 18 1.54 1.65 -7 0.77 0.81 -5

1.4 18 1.60 2.78 -42 2.10 1.06 + 98

9 16 1.01 1.94 -48 1.38 0.49 +182

3 15 0.35 0.88 -60 1.70 1.35 + 26

11 8 0.82 1.42 -42 0.67 0.62 + 8

6.2 3 0.21 0.56 -62 0.60 1.12 -46

4 2.5 0.40 0.84 -52 0.59 1.01 -42

8 2 0.23 0.70 -67 0.60 1.03 -42

На всех пробных площадях независимо от давности рубки, в подстилке четко и стабильно проявляется большая корненасыщенность в пасеке, поскольку именно этот горизонт в первую очередь подвержен отрицательным воздействиям лесозаготовительной техники, а также последующим резким микроклиматическим колебаниям. Одной из важных причин является большее разреживание полога леса над технологическими коридорами, что приводит к увеличению в данной зоне количества достигающих поверхности земли осадков. В свою очередь осадки при инфильтрации их с поверхности вглубь выносят с собой питательные вещества из подстилки в нижние горизонты, что способствовало перемещению туда же и корней.

Не менее важным фактором, вызывающим пониженное корнена-сыщение подстилки коридора в сравнении с пасекой является нарушение этого почвенного слоя лесозаготовительной техникой, в связи с чем, корни в своем большинстве размещаются в нижележащих горизонтах.

Там где рубка проводилась 2-8 лет назад, пониженное содержание корней в подстилки коридора можно объяснить тем, что за такой короткий промежуток времени водно-физические свойства почвы, измененные вследствие передвижения лесозаготовительных машин, не успели восстановиться. На фоне увеличения объемной массы почвы количество корней в коридоре по всей исследуемой глубине почвы меньше, чем в пасеке, как и следует из табл. 1. Незначительно большее содержание корней в минеральном горизонте почвы в коридоре по сравнению с пасекой наблюдается только на участке с давностью рубки 8 лет (ПП 11).

3.2.2. Изменение массы корней диаметром до 1мм и 1-3 мм при рубках ухода

При рассмотрении отдельно размещения корней диаметром до 1 мм и 1-3 мм в 20-см слое почвы было выяснено, что как для мелких (диаметром менее 1 мм), так и для более крупных (диаметром от 1 до 3 мм) корней прослеживается тенденция уменьшения со временем разницы их содержания в 20-см слое почвы технологического коридора и пасеки. Это, видимо, связано с восстановлением физических свойств почв по мере увеличения давности рубки. Одновременно проявляется большая скорость изменения массы тонких (до 1мм) корней по сравнению с более толстыми, в результате чего при максимальной давности рубки (19 лет) тонкие корни более обильно представлены в коридоре.

Глава 4. Динамика массы корней и прироста стволовой древесины в связи с пространственной структурой древостоя

4.1. Изменение массы корней после разреживания древостоя В рамках выполненной работы изучалось влияние разреживаний на рост корней в пасеках. Общая масса корней толщиной до 3 мм в первое десятилетие после рубки (2-8 лет) на 21 % меньше, чем на контроле. На разреженных участках она составляет 1,77 ± 0,09 т/га, а там, где ухода не было — 2,24 ±0,14 т/га (рис. 3). В насаждениях с давностью рубки более 10 лет среднее значение массы корней того же размера составляет 2,63±0,43 т/га, что на 15 % больше, чем на участках нетронутых рубкой (рис. 3).

Масса корней диаметром до 1 мм сразу после рубки, также как и общая масса корней (до 3 мм), уменьшается. В насаждениях, где рубка проводилась менее 10 лет назад, оно равняется 0,47 ± 0,04 т/га; при давности рубки более 10 лет - 0,78 ± 0,31 т/га, а в контрольном насаждении это значение равно 0,64 ± 0,06 т/га (рис. 4).

Рис. 3. Средняя масса корней диаметром до Змм на разреженных участках и на контроле

Рис.¿Средняя масса корней диаметром до 1мм на разреженных участках и на контроле

Следовательно, масса тонких корней (до 1мм) заметно сильнее подвержена колебаниям в результате разреживания насаждений, закономерно реагируя на изменение гидротермических условий и доступных ресурсов почвенного питания.

Полученные данные подтверждают имеющиеся в литературе мнения о стимулировании роста корней разреживанием древостоев.

В ходе исследования было выяснено, что между массой корней и расстоянием до ближайшего дерева зависимости не прослеживается.

Полученный результат подтверждает известное мнение (Сеннов С.Н., 1980) о том, что активные корневые окончания, заполняя доступные участки почвы, размещаются по площади более или менее независимо от расстояния до стволов. Таким образом, повреждения корневой системы лесозаготовительной техникой не будут зависеть от размещения транспортной сети при условии, что технологические коридоры не проходят в непосредственной близости от дерева.

Как известно, надземная биомасса коррелирует с подземной. Показателем, позволяющим судить о надземной массе древостоя, является сумма площадей сечений древостоя на высоте 1,3 м. Собранные в процессе настоящего исследования данные позволяют ответить на важный вопрос: существует ли связь между суммой площадей сечений древостоя и массой

корней. Анализ этого вопроса показал, что можно сделать вывод об отсутствии зависимости между пространственной неоднородностью абсолютной полноты и корненасыщенностью внутри насаждения.

4.2. Изменения прироста деревьев после разреживания древостоя Изменения текущего среднепериодического прироста по диаметру после разреживания древостоя

Во время данной работы исследовалась динамика текущего среднепериодического прироста по диаметру в зоне прилегающей к технологическим коридорам, где более всего изменяются условия для роста деревьев. Также изучалось изменение прироста после разреживания по периодам.

Увеличение прироста, как правило, происходит во второе пятилетие (рис. 5) после рубки. Затем прирост снижается и через 10-15 лет он, как правило, меньше, чем был сразу же после разреживания. Видимо небольшой прирост фазу после рубки объясняется стрессовой реакцией деревьев на резкое изменение микроклимата, а также уменьшением корневой массы. По мере ее возобновления, а также адаптации оставшихся деревьев он увеличивается. Смыкание крон и возрастные изменения в древостое приводят к уменьшению прироста через 15 лет после разреживания.

Рис. 5. Изменение процента текущего среднепериодического прироста по диаметру за 18 лет после рубки в зависимости от расстояния до технологического коридора

У деревьев возле коридора, где существенно выше поступление солнечной радиации, прирост во второе пятилетие после рубки, когда в па-

секе уже начинают смыкаться кроны, больше, чем у деревьев вдали от него (рис.5). Со временем, в результате смыкания крон и в коридоре раз-нища в приросте по мере удаления от него может сглаживаться.

Отсутствие ясных выводов о наличии связи между ростом корней и динамикой прироста побудило нас подробнее рассмотреть этот вопрос.

Для выяснения связи роста надземной часта древостоя с подземной масса корней на гектаре сопоставлялась с текущим изменением запаса за последние четыре года. Результаты полученных расчетов представлены в табл. 2.

Анализ приведенных данных (табл. 2) позволяет отметить следующую тенденцию: текущее изменение запаса тем больше, чем выше эффективность работы корней, причем последняя обратно пропорциональна их массе. Согласно литературным данным (Сеннов С.Н., 1984; Сеннов С.Н., Банева H.A., Смирнов А.П., 1994), ухудшение почвенных процессов обычно сопровождается увеличением массы мелких корней. Чем беднее почва, тем больше ее требуется на каждое дерево для достаточного питания и водоснабжения. И, наоборот, в древостоях мелких корней тем меньше, чем богаче почва и лучше рост.

Таблица 2

Масса корней и прирост древостоя

ПП Давность рубки, лет Текущее изменение запаса, м3/га Вес корней, т/га Эффективность работы корней*

7.1 20 4.00 1.22 3.28

2.4 19 6.00 3.41 1.76

2.5 19 7.50 1.68 4.46

1.3 18 5.00 2.50 2.00

1.4 18 4.50 3.84 1.17

9 16 3.00 2.60 1.15

3 15 4.87 1.93 2.52

11 8 2.15 2.06 1.04

6.2 3 3.00 1.54 1.95

♦эффективностью работы корней в настоящей работе принято считать отношение текущего изменения запаса древостоя к весу корней.

На ПП 1.4, где наблюдается самая большая масса корней, эффективность их работы, определяемая как отношение текущего изменения запаса к весу корней, относительно небольшая, также как и текущее изменение запаса. Напротив, на ПП 2.5 при сравнительно небольшой корневой массе текущее изменение запаса наибольшее, и, соответственно, высокая эффективность работы корней.

4.3. Влияние возраста древостоя на массу и эффективность работы корней

При решении ряда методических вопросов, касающихся, в частности, исследования влияния рубок ухода на условия роста оставленных деревьев, важной является проблема влияния возраста насаждения на массу корней. Исследования по этой проблеме проводились в насаждениях разного возраста.

Выполненные в этом направлении исследования свидетельствуют об «

отсутствии строгой зависимости между возрастом древостоя и массой корней (рис.6). Вместе с тем, нельзя отрицать наличия некоторой тенденции уменьшения веса корней при увеличении возраста древостоя. Это относится и к общей массе корней диаметром до 3 мм и отдельно к тонким корням (до 1 мм). Коэффициенты корреляций этих связей не превышают 0,52.

4,0

3,5

2 з.о "Р

« 2,5 о>

£, 2,0 §

5 1.5

т 1,о 0,5 0,0

К = 0,45+0,30

) 1

1 о > < к

1 = 0, 52±0,28

оГ — ?

Одо 1 им |АдоЗ мм

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

Возраст, лег

Рис. 6. Связь корненасыщенности почвы с возрастом древостоя

Показатель эффективности работы корней и прирост древостоя связаны. Известно, что в большой степени прирост зависит от возраста насаждения, в связи с чем целесообразно оценить также его влияние на эффективность работы корней. На представленном ниже рисунке (рис. 7) отдельно показаны пройденные рубками ухода ельники и насаждения, в которых полностью был убран лиственный ярус, так как там могла бы отличаться картина в связи с реакцией корней на резкое снижение конкуренции со стороны лиственных. С увеличением возраста эффективность работы корней падает в обеих группах насаждений (рис.7).

1а »4

О ,

1 1

\ < > 0,60

о N Я »0,6«

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 _Возраст, лег_

I о РУ в ельниках (пунктир) д удаление листе, яруса (сплошная линия) I

Рис. 7. Связь эффективности работы корней с возрастом древостоя

В то же время эффективность работы корней связана с мощностью подстилки, - чем она больше, тем меньше эффективность, о чем свидетельствует рис. 8.

Рис. 8. Связь эффективности работы корней с мощностью подстилки

Мощная подстилка свидетельствует о невысокой скорости разложения опада и, соответственно, - малом количестве доступных питательных веществ. Можно предположить, что повторные разреживания могут увеличить скорость ее разложения. Существуют данные (Синькевич Т.А., Синькевич С.М., 1991), полученные, в том числе и на тех же объектах,

где проводились наши исследования, о наличии ярко выраженной тенденции к ускорению разложения подстилки в результате разреживания древостоев. Этот процесс, в свою очередь, должен положительно сказаться на эффективности работы корней.

4.4. Рост корней ели и лиственных пород в еловых и смешанных насаждениях

Наличие в Карелии сравнительно больших площадей еловых насаждений со значительным участием лиственных пород предполагает необходимость изучения особенностей формирования корневых систем в этих лесах.

В ходе исследования был собран материал, который позволил проанализировать насыщенность верхних почвенных горизонтов корнями лиственных пород и ели в ельниках с примесью лиственных и смешанных насаждениях. В настоящей работе к еловым отнесены насаждения с примесью лиственных до 30% по запасу. В группу смешанных насаждений включены те, где ель занимает преимущественно подчиненное положение по отношению к лиственным породам.

В еловых насаждениях, как в технологических коридорах, так и в пасеках 20-сантиметровый слой почвы более насыщен еловыми корнями. Это относится ко всем обследованным участкам независимо от давности рубки. Со временем, в связи с более интенсивным ростом корней оставшихся деревьев лиственных пород при увеличении давности рубки до 20 лет разница массы корней ели и лиственных уменьшается.

В смешанных насаждениях, как в зоне технологического коридора, так и в пасеке масса корней лиственных пород в 2-4 раза выше, чем ели.

Анализ отдельно доли еловых и лиственных корней в общей их массе в технологическом коридоре и пасеке в 20-см слое почвы показал, что и в древостоях с абсолютным преобладанием ели и в смешанных насаждениях, как правило, корни ели и лиственных пород в своем большинстве занимают одни и те же почвенные горизонты и таким образом существуют конкурентные отношения за одно жизненное пространство.

Заключение

1. При прогнозировании последствий механизированных рубок необходимо учитывать, что на протяжении первого десятилетия после проезда машин в технологических коридорах наблюдается уплотнение почвы на 15 - 22 %.

2. В результате движения машин по технологическому коридору в 20-см слое почвы существенно снижается масса корней и держится на этом

уровне на протяжении десятилетия; в последующие 10 лет в подстилке коридора масса корней все еще не восстанавливается до конца.

3. В пространстве между технологическими коридорами разреживание стимулирует рост корней, однако их масса по сравнению с контролем увеличивается не сразу, а лишь во втором десятилетии после рубки.

4. Увеличение текущего среднепериодического прироста по диаметру после разреживания, как правило, происходит во второе пятилетие. Период интенсивного роста ограничен 5-10 годами. Через 10-15 лет после разреживания наблюдается спад прироста.

5. Текущее изменение запаса связано с эффективностью работы корней, которая обратно пропорциональна их массе. Эти зависимости, в свою очередь, по-видимому, обусловлены различиями в плодородии почв.

6. С целью сокращения нежелательного влияния лесозаготовительной техники на корневые системы и прирост еловых древостоев следует:

- исходя из неизбежности уничтожения большей части корней, находящихся на границе подстилки и минерального горизонта, проектировать возможно более редкую сеть технологических коридоров - не менее 25 м между ними;

- планировать проведение лесосечных работ с учетом значительных сезонных колебаний несущей способности грунтов.

7. Результаты выполненных исследований будут полезны при прогнозировании отдаленных результатов разреживания и оценки экономической эффективности всего цикла лесовыращивания. Особенно важно учитывать долговременное сохранение повышенной плотности почвы, поскольку небольшие значения прироста в насаждениях старших возрастов могут ощутимо уменьшаться под влиянием любого дополнительного негативного фактора.

Список публикаций по материалам диссертации

1. Воздействие механизированных рубок ухода на корневые системы древостоев. Интеграция науки и высшего лесотехнического образования по управлению качеством леса и лесной продукции. Матер, межд. научно-практической конференции 25-27 сентября, 2001 г. Воронеж, 2001, с. 139-140.

2. Изменения в ризосфере ельников черничных после механизированных рубок ухода. Лесной комплекс: состояние и перспективы развития. Сб.науч.тр. Вып.З. Брянск, 2002, с. 79-80. (в соавторстве с Синькевич С.М.).

3. Корненасыщенность почвы в ельниках после механизированных рубок ухода. Актуальные проблемы лесного комплекса. Сб.науч.тр. Вып.б. Брянск, 2002, с. 13-14. (в соавторстве с Синькевич С.М.).

4. Корненасыщенность верхних горизонтов почвы в древостоях, пройденных рубками ухода. Сборник работ аспирантов и соискателей Института леса. Петрозаводск, 2002, с. 37-42.

5. Долговременное влияние транспортной техники в еловых биогеоценозах средней тайги. Стационарные лесоэкологические исследования: методы, итоги, перспективы. Матер, и тезисы докл. межд. конф. Сыктывкар, Республика Коми, Россия 15-18 сентября 2003 г. Сыктывкар, 2003, с. 7576. (в соавторстве с Синькевич С.М.).

6. Изменение массы корней после разреживания древостоя при рубках ухода. Антропогенная трансформация таежных экосистем Европы: экологические, ресурсные и хозяйственные аспекты. Матер, межд. научно-практической конференции. Петрозаводск, 2004, с. 175-177.

7. Влияние механизированных разреживаний на ризосферу еловых насаждений. Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ. Вып. 6. Петрозаводск, 2005, с. 63- 64 (в соавторстве с Синькевич С.М.).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим направлять по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., д. 5 (главное здание). Ученый совет.

Изд. лиц. № 00041 от 30.08.99. Подписано в печать 12.10.05. Формат 60х84'/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Times». Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,1. Усл. печ. л. 1,2. Тираж 100 экз. Изд. № 66. Заказ № 530

Карельский научный центр РАН 185003, Петрозаводск, пр. А. Невского, 50 Редакционно-издательский отдел

f^25 8 40

РНБ Русский фонд

2006-4 28757

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Карпечко, Анна Юрьевна

1-Ъу:

Введение

1. Состояние вопроса

2. Природные условия района исследований. Объекты и методика исследований

2.1. Природные особенности района исследований (Южная Карелия)

2.2. Объекты и методика исследования

3. Влияние лесозаготовительной техники на водно-физические свойства почвы и ее корненасыщенность

3.1. Изменение водно-физических свойств почвы под воздействием лесозаготовительной техники

3.2. Влияние трелевочных механизмов на корненасыщенность верхних горизонтов почвы

3.2.1. Изменение массы корней диаметром до 3 мм при рубках ухода

3.2.2. Изменение массы корней диаметром до 1мм и 1-3 мм при рубках ухода

4. Динамика массы корней и прироста стволовой древесины в связи с пространственной структурой древостоя

4.1. Изменение массы корней после разреживания древостоя

4.2. Изменения прироста деревьев после разреживания древостоя

4.3. Влияние возраста древостоя на массу и эффективность работы корней

4.4. Рост корней ели и лиственных пород в еловых и смешанных насаждениях

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Влияние механизированных рубок ухода на состояние корневой системы и прирост ели в условиях среднетаежной подзоны Карелии"

Актуальность темы. Лесоводственная необходимость проведения рубок ухода является характерной чертой насаждений на освоенных хозяйственной деятельностью территориях. В последние годы расширяются масштабы применения агрегатной лесозаготовительной техники для проведения коммерческих разреживаний. Карелия одним из первых в России регионов стала полигоном для широкомасштабного испытания машин нового поколения, лесово-дственные последствия которого можно оценить теперь, по прошествии десяти лет. Вызванное истощением лесосырьевой базы постепенное увеличение доли промежуточного пользования в таежной зоне делает актуальной оценку последствий работы механизмов под пологом леса, а также разреживания на формирования корневой системы.

Существенным фактором, определяющим качество выполнения разреживания и влияющим на эффективность всего цикла лесопользования, является невозможность полной сохранности ризосферы лесного биогеоценоза от воздействия лесозаготовительной техники. При этом ключевым моментом, по-видимому, становиться сокращение продуцирующей площади насаждения, как из-за уменьшения массы тонких корней в технологических коридорах в результате вырубки части деревьев, так и в результате изменения водно-физических свойств почвы в них.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы было выявить закономерности воздействия механизированных разреживаний на ризосферу и прирост ели в условиях южной Карелии.

Для достижения цели исследований решались следующие задачи:

- оценить влияние горизонтальной структуры древостоя на корненасыщенность верхних горизонтов почвы;

- выявить закономерности размещения корней деревьев в пройденных рубками древостоях;

- выяснить соотношение положительного эффекта и отрицательных последствий разреживаний.

Научная новизна. Впервые в среднетаежной подзоне проведено исследование влияния механизированных рубок ухода на корненасыщенность верхних горизонтов почвы. Выявлены закономерности динамики массы корней ели в послерубочный период продолжительностью до 20 лет. Получены данные о характере корневой конкуренции ели и лиственных пород.

Практическая значимость. Полученные результаты позволяют оптимизировать соотношение между положительным эффектом механизированных разреживаний и возможными отрицательными последствиями.

Защищаемые положения.

Апробация работы. Результаты исследований представлены на международной научно-практической конференции «Интеграция науки и высшего, лесотехнического образования по управлению качеством леса и лесной продукции» (г. Воронеж, 2001); на международной конференции «Стационарные лесоэкологические исследования: методы, итоги, перспективы» (Сыктывкар,

2003); на международной научно-практической конференции «Антропогенная трансформация таежных экосистем Европы: экологические, ресурсные и хозяйственные аспекты» (Петрозаводск, 2004).

Работа над диссертацией выполнялась в ходе исследований по теме №гос.регистрации 01200100601 - "Научное обоснование экологической устойчивости лесного хозяйства в условиях Карелии".

Публикация работ. По материалам диссертации опубликовано 7 работ.

Объем и структура. Работа состоит из четырех глав, введения и заключения. Общий объем работы - 109 печатных страницы, 22 рисунка, 17 таблиц. Список использованной литературы включает 119 источников, в том числе -34 иностранных.

1. Состояние вопроса

Известно, что корневая система играет исключительно важную роль в жизнедеятельности растения. Она обеспечивает его водой и минеральной пищей, участвует в синтезе органических соединений. Корни прикрепляют растение к почве; участвуют в обеспечении его углекислотой; улучшают ле-сорастительные свойства почвы, обогащают ее органическими веществами; превращают неусвояемые минеральные вещества в усвояемые [37, 49]. Корневые системы извлекают элементы минеральной пищи из почвы и, после отмирания, накапливают их в перегнойном горизонте, где обычно развивается основная масса корней. С деятельностью корневой системы тесно связан рост надземной части: угнетение одной отрицательно сказывается на продуктивности другой.

Агрегатная лесозаготовительная техника, применяемая для рубок промежуточного пользования, влияет на водно-физические свойства почвы, увеличивая ее плотность. Это в свою очередь негативно отражается на развитии корней, в зоне действия механизмов, нарушая их жизнедеятельные процессы. Также машины наносят корням механические повреждения, деформируют, ломают их и разрывают мелкие корешки. Все это приводит к сокращению продуцирующей площади насаждения [12].

1.1. Особенности строения и функционирования корневых систем

Распространение корневой системы в почве определяется не только наследственными особенностями, но и свойствами среды [14]. Плодородие почвы, в том числе водно-воздушный режим, играют существенную роль в формировании корневой системы. По мнению В. Горки [95], радиус корневой системы не зависит от древесной породы, но обусловлен, прежде всего, почвенными условиями. Небольшой радиус корневой системы наблюдается на легких почвах с низким уровнем грунтовых вод. Самый большой - на тяжелых почвах с глеем на глубине до 50 см. Согласно Г.А. Чибисову [82], отношение радиусов кроны и корневой системы показывает, что с возрастом радиальный прирост корневой системы ели идет медленнее, чем кроны. По мнению В. Горки [95] взаимозависимости между радиусами корневых систем и крон деревьев нет. Согласно М.И. Калинину [37], напротив, между площадью проекции крон и корней существует очень тесная корреляционная зависимость.

Как утверждает М.И. Калинин [36], площади горизонтальных проекций корневых систем деревьев намного превышают площади проекций их крон. Корневые системы деревьев обладают способностью взаимопроникновения: в одном и том же физическом объеме почвы одновременно могут находиться и выполнять свои функции корневые системы разных деревьев и разных пород. По С.Н. Сеннову [72], который исследовал вопросы конкуренции в древостое, корневая система дерева занимает большую площадь, чем его крона. Радиус корневой системы у ели равен 2-3 радиусам кроны. Активные корневые окончания, заполняя экологически доступные участки почвы, размещаются по площади практически независимо от расстояния до стволов.

Наибольшее содержание корневой массы приходится на верхний слой почвы (0-20 см). Сосущие корни располагаются в основном на стыке лесной подстилке и минерального горизонта, так как там содержится большее количество питательных веществ и, как было отмечено Т.А. Конгоховой [41], в верхнем слое почвы, влага наиболее доступна корням, отсюда более полное их развитие по количеству, а значит и по массе. Ею же было отмечено, что в чистом еловом древостое почвы наиболее насыщенны корнями. Немного им уступали почвы сосновых насаждений. В березняке масса корней была меньше, чем в ельнике в 1,9 раза. Причем, содержание корней с диаметром более 3 мм в большинстве случаев преобладало над содержанием более тонких корней [41].

Ель и береза являются биологически совместимыми породами. Однако если количество березы в составе насаждения превышает 30 %, то их совместное существование отрицательно сказывается на росте и жизнедеятельности ели, и в том числе, ее корневой системы [63]. По данным Г.А. Чибисова [82] толщина еловых корней под влиянием угнетения березы быстро снижается, а также уменьшается количество сосущих корешков. Еловые корни при встрече с корнями березы могут частями отмирать или сильно деформироваться. По мере естественного изреживания березы и разложения ее корней почвенные условия для роста ели улучшаются. Однако процесс этот медленный и в молодняках не выражен [82].

Гидротермический режим почвы является главным показателем, который определяет сроки и интенсивность роста корней. По некоторым данным в северных районах рост корней начинался при более низких температурах почвы, чем в южных. Так в условиях северной тайги рост еловых корней начинается при среднесуточной температуре почвы 2,5 - 4° С. В условиях средней подзоны тайги начало роста корней отмечалось при среднесуточной температуре почвы 3 - 6°С, а в южной тайге - при 6 - 8 °С [14]. В.А. Закам-ский [27] утверждает, что начало активного роста корней весной происходит при температуре около 10°С, а заканчивается осенью при 15 - 20°С. Температура и влажность по-разному определяют прирост корней в течение сезона. В мае-июне на рост влияет, в большей степени, температура, а с середины июля - запас продуктивной влаги [27, 48]. По-видимому, такое чередование факторов объясняется тем, что в начале лета в таежной зоне всегда наблюдается оптимальное количество или даже избыток влаги в почвогрунтах [39], поэтому лимитирующим рост растений является тепло. Во второй половине лета количество влаги в почве уменьшается и ее величина, особенно в отдельные засушливые годы, является сдерживающим рост растений фактором. К.С. Бобковой и Т.Д. Богдановой [15] было выяснено, что в вегетационный период строгой периодичности роста корней не наблюдается. А замедление и затухание их роста в отдельные вегетационные периоды вызывается снижением влажности органогенного горизонта.

При изреживании древостоя наблюдается повышение температуры почвы. Эти изменения в совокупности с другими факторами положительно сказываются на росте корней и, соответственно, на продуктивности надземной части [82].

Развитие корневых систем подроста ели после рубки изучалось А .Я. Орловым [58]. Согласно полученным им результатам, корневая система срубленных берез практически полностью отмирает в первый период вегетации. При наличии достаточно сомкнутого елового подроста освободившийся объем почвы в течение второго и третьего после рубки периодов вегетации полностью заполняется всасывающими корнями подроста ели. В дальнейшем интенсивность роста корней снижается, значения массы тонких корней стабилизируется. Она составляет примерно 60 г/м в кислично-черничных и около 100 г/м в неморальной группе типов леса, что в 3-4 раза больше, чем на соответствующих контрольных участках.

1.2. Влияние разреживания на лесорастительные свойства почвы

1.2.1. Изменения температурного и водного режима почв после рубок

Рубка является наиболее доступным лесохозяйственным мероприятием, при помощи которого можно регулировать световой, тепловой, пищевой и водно-воздушный режимы почвы [50]. Причем, чем выше интенсивность рубки, тем изменения более выражены [25, 29, 52, 56].

Огромную роль в развитии корневых систем в таежной зоне играет температурный режим почвы. От него в значительной мере зависят интенсивность разложения органического вещества и всасывающая способность корней [20]. С изменением типа леса, состава, возраста, сомкнутости древостоя меняется и температурный режим [84]. При изреживании тепловой режим почвы изменяется, поскольку увеличивается количество солнечной энергии, проникающей под полог [25, 52]. Наиболее благоприятные условия для жизнедеятельности корней наступают при температуре выше 10°С [60]. Самыми лучшими для их для роста, в этом смысле, являются почвы березняков, которые прогреваются значительно быстрее, чем почвы ельников [25]. В елово-лиственных древостоях при полном удалении лиственных пород было отмечено [69, 82], что температура горизонта Ао (глубина 3 см) в мае-июне была на 7°С выше, чем в молодняках без ухода. В середине лета (июль) эта разница уменьшается до 4°С и в конце лета (август) - до 1,5 - 2°С. Сравнивались секции полной и частичной выборки лиственных пород (50% и 100%) с секцией, где разреживание не проводилось. Температура приземного слоя воздуха и почвы на секциях с частичной и полной уборкой лиственных пород была выше, чем на контроле [43]. По данным В.А. Аникеевой и Н.И. Кубрака [4] в березово-еловом древостое в результате рубки температура почвы повысилась на 1,5-2,0°, количество осадков, проникающих под полог леса, возросло на 10-20%, что способствовало заметному (на 30-40 мм) повышению влагозапасов в почве.

Максимальные изменения в тепловом режиме почв при изреживаниях наблюдаются в верхнем горизонте почвы в начале сезона (в слое 20 см на 2 -3,5 °С, в слое 40 - 240 см на 0,3 - 0,9 °С), а минимальные - в конце сезона (от 0 до 0,6 - 0,8 ° С по всему профилю). Верхние слои находятся в большей зависимости от температурных колебаний в атмосфере и интенсивности рубок ухода, по сравнению с нижними [25].

Увеличение температуры обуславливает интенсификацию процессов аммонификации, нитрификации, целлюлозоразрушения и выделения СО2 из почвы. На секциях с уходом мощность лесной подстилки уменьшилась на 6 % [43].

При интенсивных рубках ухода на поверхность почвы поступает на 7 % больше атмосферных осадков [66]. В лиственно-еловых молодняках выборка 50 % лиственных пород и более повышала приход влаги к почве на 18

22 % по сравнению с поступлением ее в молодняках без ухода [34]. Это, естественно, сказывается на влажности почвы [52, 67].

Изменение условий среды под влиянием рубок вызывает интенсификацию ряда физиологических процессов в растении, повышая фотосинтез и транспирацию. Активизация биохимических и физиологических процессов в тканях древесных растений вызывает развитие ассимиляционного аппарата (хвои, листьев) и усиливает деятельность камбия, в результате чего увеличивается прирост древесины ствола и рост корневых систем [29, 69].

1.2.2. Нарушение верхних горизонтов почвы при механизированных рубках ухода

В последние годы расширяются масштабы применения агрегатной лесозаготовительной техники для проведения рубок промежуточного пользования. При появлении многооперационных машин производительность труда возросла в 1,5 - 2 раза, однако вместе с тем увеличилась нагрузка на почву, появилась опасность нарушения лесной среды. Возник вопрос о необходимости оценки воздействия техники на поверхность почвы. Это стало предметом исследований во многих странах. Ученые большинства стран Европы, а также ученые США, Канады, Новой Зеландии, изучавшие проблему последствий применения машин, подтвердили, что использование лесозаготовительной техники приводит к таким отрицательным факторам как уплотнение почвы, нарушение ее водно-физических свойств и смещение горизонтов почвы. Эти показатели отрицательно влияют на рост деревьев. Степень уплотнения в значительной мере зависит от используемой техники, технологии, типа почвы, сезона заготовки и масштабности мероприятий на определенной территории.

По мнению Т. Москалика и Я. Садовского [112] применение лесозаготовительной и трелевочной техники всегда ведет к повреждению насаждений. Как указывалось уже четверть века назад [101], нет таких технических средств, которые бы позволили заготовить лесоматериалы в насаждении, не повредив оставшуюся часть. Установлено, что на рост древостоя влияет простое сжатие почвы. Недопустимым считается увеличение ее плотности более чем на 15-20 %. Даже сведенная к минимуму нагрузка является достаточной, чтобы уменьшить пористость почвы, в том числе количество микропор, которые обусловливают аэрацию и инфильтрационные способности почвы. В результате упомянутых негативных факторов из общей площади лесовыра-щивания часть ее может выпасть.

В результате уплотнения верхних слоев почвы и образования колеи от проезда техники существенно страдают питающие дерево корни, основная масса которых размещена в этих горизонтах [77,103]. Уплотнение почвы способствует загниванию корней [91], сдерживает их рост, из-за чего они деформируются и укорачиваются, особенно при многократном использовании транспортного коридора. При нарушении поверхности почвы происходит уменьшение пористости и ухудшается водный, воздушный и тепловой режим ее и, соответственно, ухудшается функционирование корневой системы. Работа техники затрагивает и нижние горизонты, где также имеет место перемешивание почвы и повреждение корней. Уплотнение почвы значительно снижает прирост хвойных пород. Потери продуктивности при повреждении почвы составляют 10-15 % [35].

Повышение уровня механизации лесного хозяйства обычно связано с увеличением интенсивности движения по поверхности почвы. Повреждения ее в результате движения машин составляют 10-30 % общей площади насаждений [99]. Согласно результатам Б.Ф. Якобсена [99] на глубине до 10 см на трелевочном волоке плотность почвы на 16 % больше плотности на участке, не нарушенном проездом техники. По данным Л. Кайрюкштиса [35] свежие супесчаные почвы в зависимости от количества рейсов уплотняются в 1,6 раза на пасечных волоках и в 2,2 - на магистральных. Пористость снижается соответственно в 1,2 - 1,4 и 1,4-1,7 раза, водопроницаемость - в 9 - 12 и 30 - 40 раз. В межволочном пространстве разрушение и уплотнение незначительно. На тяжелых суглинках и глинах воздействие агрегатных машин более выражено. Исследования Л. Кайрюкштиса показали [35], что верхние горизонты почвы на пасечных волоках уплотняются в 1,7 - 1,9 раза, водопроницаемость снижается в 43 и более, на магистральных — соответственно, в 4 -4,5 раза. Это увеличивает накопление и застой воды в лужах на поверхности волоков. По данным Я. Демко [90], на магистральных волоках объемная масса в отдельных горизонтах увеличивается по сравнению с почвой, куда техники не заходила, на 300-400 кг/м и превышает 1900 кг/м . При лесозаготовках вся поверхность почвы в зоне волоков претерпевает существенные изменения, но наибольшее воздействие лесозаготовительной техники проявляется в колее [45].

О. Толкач и др. [79] утверждали, что и по прошествии 17 лет после рубки главного пользования плотность почвы на магистральном волоке остается вдвое выше, а водопроницаемость в 72 раза ниже, чем в лесу. Непосредственно в колеях ухудшение водно-физических свойств оказалось более значительным. Не восстановились водно-физические свойства почвы даже на пасечных волоках, укрепленных порубочными остатками. По данным A.C. Аникина и В.Ф. Ковязина [3], мощность верхних горизонтов модергумусной среднеподзолистой суглинистой почвы на волоках, не укрепленных сучьями, после трелевки сортиментов трактором МТЗ-82А существенно (в 2 раза) снижается. На такой же почве даже, несмотря на укрепление волоков сучьями, сохраняется заметное уплотнение (на 14 %) гумусового горизонта. Это привело к уменьшению общей пористости, повышению содержания влаги и в результате резкому снижению запасов воздуха в верхнем слое почвы (с 40 до 18 %). На волоках в 2,5-3 раза уменьшена мощность лесной подстилки по сравнению с пасекой. Нанесенные повреждения в течение десятков лет сказываются на свойствах почвы и росте корней деревьев и могут уменьшить прирост древесины [ИЗ]. В зависимости от степени уплотнения почвы для восстановления ее водно-физических свойств может потребоваться от 18 до 40 лет [17].

На основании многочисленных научных исследований для предотвращения уплотнения почвы рекомендуется до начала заготовки наметить места волоков, минимальное расстояние между которыми должно быть 25-30 м, что составляет примерно 20 % площади лесосеки [92]. По данным Т. Моска-лика и Я. Садовского [112] обработка и трелевка сортиментов должны осуществляться только на постоянных волоках. Вследствие того, что на влажных и мокрых почвах уже после двух — трех рейсов трактора волока становятся непригодными для трелевки, въезд в лес после продолжительных дождей не желателен [92, 112]. Перевозка древесины разрешается в том случае, если на почве не остается заметных отпечатков колес. Экологическая граница уплотнения почвы - сохранение ненарушенным слоя гумуса [92]. По данным A.B. Назарова и А.Н. Мартынова [54] осенние и весенние рубки считаются наиболее опасными, так как в это время сильно повреждается почва. На участках, где рубка проводилась летом, модуль деформации почвы в несколько раз больше, чем там, где ее проводили зимой. Различия в модуле деформации почвы в колее и на пасеке, а также в колее и межколейном пространстве на летних делянках достоверны. На зимних делянках различий практически не было, так как промерзания почвы и снежный покров снижает степень воздействия машин на почву. На летних делянках может происходить перемешивание тонкой подстилки с нижележащим горизонтом, то есть, при летней рубке нарушается почвенная структура.

При бессистемной рубке машины передвигаются по всей лесосеке, что ведет к долговременным изменениям почвы и повреждениям деревьев на больших площадях [112]. По некоторым данным, после такой рубки повреждается 90 - 95 % поверхности всей лесосеки. Уплотняется и минерализируется почва примерно на 65 - 80 % территории. В Западной Украине на вырубках, где движение техники практически не регулировалось, общая повреж-денность поверхности почвы составила 45,1 - 97,6 %, а там, где машины двигались по заблаговременно заложенным волокам - 14,0 - 44,3, т.е. в 2,4 раза меньше [16]. Хорошо устроенные транспортные пути могут снизить повреждения в целом для всей лесосеки [119]. Исследователи едины в том, что передвижение только по волокам, продуманная сеть технологических пространств (волоков, складов, погрузочных площадок) позволяют не только локализировать повреждения почвы, но и сохранить наиболее уязвимые участки [35].

Очень важное значение в решении проблемы повреждения насаждений имеет выбор применяемой техники и технологии. Метод короткомерных (до 2 м) сортиментов, при котором используются бензопила, транспортировка лесоматериалов самозагружающимся трактором или конная трелевка, вызывает наименьшие повреждения. Незначительны также повреждения, если при заготовке короткомерных сортиментов использовались лесозаготовительная машина для валки деревьев и форвардер [119]. Латвийские ученые К. Буш и И. Иевинь утверждают [17], что гусеничный трактор создает несколько меньшее уплотнение, чем колесный. Исследователями Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства и Санкт-Петербургской лесотехнической академии [26], а также шведскими исследователями [17] сравнивалась трелевка гусеничными тракторами и колесным форвардером. При трелевке пачки хлыстов в полуподвешенном состоянии нагрузка более равномерно распределяется по площади волока. При вывозке сортиментов общий вес груза вместе с форвардером полностью ложится на оси колес. В то же время, по мнению Л. Кайрюкштиса [35] интенсивное лесоводство требует мобильных, малогабаритных, многоколесных тракторов, оснащенных электроникой для регулирования управления машиной при различной нагрузке. Давление на грунт не должно превышать 30 - 40 кПа. Однако согласно Т. Кюттала [109], маленькие и легкие машины оказывают такое же давление на почву, как большие и тяжелые. Большое влияние на степень уплотнения почвы оказывает рельефность покрышек колес трелевочных механизмов: широкие шины с закругленными выступами по сравнению со стандартными покрышками гораздо меньше травмируют почву.

Для профилактики уплотнения почв на лесосеках при работе лесохо-зяйственных машин рекомендуется выкладывать трассы их прохода хворостом и порубочными остатками, что считается важным мероприятием, снижающим отрицательное воздействие машин на почву. По данным литовских ученых под настилом из сучьев верхние горизонты, особенно в начале трелевки, уплотняются значительно меньше. Однако, с увеличением количества рейсов порубочные остатки теряют защитные функции, измельчаются и перемешиваются с почвой. Примерно после 15 проходов трактора на покрытых волоках уплотнение начинает резко увеличиваться. Согласно данным, полученным на Урале [35], установлено, что водопроницаемость на покрытых сучьями волоках снизилась в 6, а на не покрытых - в 25 раз. По мнению М. Кярккяйнена [105, 106] эффективность покрытия площади порубочными остатками, как защиты от повреждений, очень невелика. Они не спасают от облома корни деревьев. Большие машины могут повредить комель дерева и шейку корня, которые невозможно укрыть ветками. Однако с помощью отходов рубок, несомненно, можно снизить повреждаемость поверхности транспортного коридора. Проведенные в Германии опыты [116] показали, что укрепление трасс 25 см слоем хвороста и порубочными остатками достаточно защищает почву от нарушения ее физических свойств. По данным Б. Якобсона [100], слой порубочных остатков сохранял защитный эффект только при первых трех проездах.

Для снижения негативного влияния лесозаготовительной техники лесоводами предложен ряд мероприятий. Это - применение тракторов с уменьшенным удельным давлением на грунт, передвижение машин строго по волокам, ограничение густоты сети трелевочных волоков или, наоборот, числа проходов по ним трактором, укрепление волоков порубочными остатками, а также прокладка их с учетом рельефа и ряд др. По утверждению ученых выполнение этих требований значительно снизит отрицательные воздействия применяемой техники [81].

1.3. Влияние рубок ухода на древостой

1.3.1. Влияние рубок ухода на мелкие (активные) корни

Отдельные звенья корневой системы отличаются друг от друга по морфологии, анатомическому строению и функциям [14].

В корневой системе толстые корни выполняют механическую, проводящую и, отчасти, запасающую функцию. Более тонкие корни выполняют проводящую и, частично, запасающую функцию. Корневые окончания являются наиболее активной частью корневой системы, выполняя поглотительную, выделительную, синтетическую, проводящую, а также запасающую функции. Помимо этого они осваивают новые участки почвы [70]. Тонкие корни, поглощающие воду из почвы, имеют определенные функциональные и морфологические различия.

Отдельные исследователи применяют разную классификацию корней. Л.Н. Згуровская [28] на основе анатомо-физиологических исследований делит корни древесных растений на 3 категории: проводящие, ростовые и всасывающие. Согласно классификации Р.К. Саляева [70], существует 4 типа корневых окончаний: ростовые быстрорастущие, ростовые медленнорастущие, сосуще-ростовые и сосущие. По А.Я. Орлову каждый корень с возрастом приобретает вторичное строение и становится проводящим, следовательно, по морфологии корни ростовой и проводящий идентичны, поэтому он предлагает выделять всего 2 категории: проводящие и сосущие. Поглощающие корни называют физиологически активными или тонкими. Как правило, к физиологически активным корням относят корни диаметром менее 2 мм [7, 37]. Корни, имеющие диаметр от 1-2 мм и до 10 мм являются проводящими, а свыше 10 мм, - скелетными (и в то же время проводящими) [7]. В.А. Колесников [40] считает, что поглощающие функции исполняют корни диаметром менее 1 мм. По А.Я. Орлову, к физиологически активным корням относятся корни диаметром менее 0,6 мм. Соотношение толщины корней и их поглотительной способности формируется под влиянием конкретных экологических условий и является неодинаковым у разных древесных пород [37]. Основная функция проводящих корней - транспортировка воды и питательных веществ в ствол дерева. Помимо этого, проводящие корни — носители поглощающих корней. Они представляют основу, на которой формируется активная часть корней и их поглощающая поверхность. В их тканях накапливаются запасы органического вещества, продуцируемого деревом.

Величина прироста корней этих категорий (сосущая и проводящая) существенно различается, однако сезонная динамика роста у них одинакова. Сосущие корни образуют неветвистую или разветвленную часть корневой системы, располагаются на проводящих корнях последнего и предпоследнего порядка ветвления. Сосущие корни представляют собой недолговечную, постоянно обновляющуюся часть корневой системы, длина сосущих корней ели не превышает 12 мм, диаметр от 0,3 до 0,8 мм. Появляются они, как правило, во второй половине лета и довольно интенсивно растут в течение первых 2-3 вегетаций [14]. По данным И.Н. Рахтенко [64] сосущие корни в течение года обновляются несколько раз. Постоянное отмирание и появление новых тонких корней позволяет дереву полнее использовать почвенные ресурсы [93]. Продолжительность жизни сосущих корней зависит от циклов сезонного развития растения. Большая часть сосущих корней ели отмирает на четвертый-пятый год жизни [14]. Сосущие корни являются местом симбиоза с грибами у микротрофных древесных пород.

Поглощение воды и минеральное питание деревьев осуществляется через поверхность корней. Свойства почвы и расположение корней между собой взаимосвязаны и от них зависит доступность нужных для растения веществ. Таким образом, при анализе продуктивности древостоя нельзя забывать о пространственном распределении подземных органов растений [62].

По мнению многих исследователей, разреживание способствует улучшению режима разложения остатков и усилению гумификации; после него происходит увеличение массы корневой системы оставшихся деревьев вследствие усиления накопления органических веществ и снижения корневой конкуренции [24, 30, 36, 37, 69]. В то же время, согласно С.Н. Сеннову [73] увеличение в почве азота, зольных элементов, гумуса непосредственно после рубок ухода происходит в связи с недоиспользованием почвенного плодородия. По данным М.А. Абражко [1] корневые окончания ели резко реагируют на устранение конкуренции со стороны окружающих деревьев. Количество сосущих корней в опытном варианте в расчете на одну особь может повыситься в 1,6 раза по сравнению с контролем. При удалении соседнего дерева одновременно наблюдается снижение корневой конкуренции и конкуренции в кронах.

По данным H.A. Баневой [72], изучавшей корненасыщенность почвы в связи с рубками ухода, вес корней не коррелирует с расстоянием до ближайшего ствола. При удалении соседних деревьев уменьшается не локальная, а общая напряженность корневой конкуренции. Локально может увеличиться освещенность крон, но реакция, отображаемая текущим приростом, будет или не продолжительна, или ее не будет вообще. Это можно объяснить только лимитирующим действием корневой конкуренции [72]. Похожие результаты были получены Т.А. Оя, К.Н. Лыхмусом [62]. По их мнению, зависимости содержания корней в почве от расстояния до соседних деревьев не может быть, так как локальная вариабельность корней в почве довольно велика. Тонкие корни, снабжающие дерево водой и питательными веществами, распределены в почве случайно, перекрывая соседние площади питания в пределах всего древостоя, без какой либо зависимости от распределения в надземной части древостоя. Некоторое увеличение массы корней может быть отмечено лишь в непосредственной близости от ствола.

Погодичные колебания массы мелких корней и текущего прироста происходят на фоне возрастных изменений этих показателей [8, 110]. Однако в разреженных насаждениях (до момента смыкания крон), влияние возрастных изменений на массу мелких корней и текущий прирост выражено слабее, чем в неразреженном. Здесь большее влияние оказывают погодные условия [8].

Особенности морфологии корневых систем деревьев после рубки, изучались в еловых древостоях, имея в виду, что основная масса деятельных корней у ели расположена в верхнем слое почвы. Результаты исследования показали, что средняя масса тонких корней на одно дерево у молодых деревьев ели на разреженном участке в 2 раза больше, чем у деревьев такого же возраста из насаждений, не пройденных рубкой. В дальнейшем увеличивается рост корней в длину. При повышении количества физиологически активных корней наблюдается улучшение корневого питания у деревьев ели в прореженных насаждениях. Интенсификация физиологических процессов у оставленных на выращивание деревьев после рубки ведет к увеличению прироста древесины и улучшению развития корневых систем [67]. Согласно некоторым исследованиям [9, 10, 74, 117] сразу после разреживания масса мелких корней уменьшается. В дальнейшем корненасыщенность участка, пройденного рубкой, уравнивается с неразреженным. После достаточно интенсивной рубки ростовая деятельность корней активизируется, что происходит благодаря повышенной, по сравнению с контролем температурой почвы [10].

H.A. Банева [11] изучала изменение массы мелких корней сосны и ели через 5 и 10 лет после проведения рубок ухода. После первого интенсивного разреживания с уменьшением массы мелких корней уменьшается текущий прирост древостоя. Основной причиной уменьшения текущего прироста древостоя после разреживания является неполное использование питательных ресурсов места произрастания. Несмотря на повторные рубки корненасыщенность почвы в разреженных и неразреженных древостоях постепенно уравнивается, хотя иногда временная разница в массе корней будет иметь место. Следовательно, разреживание древостоя стимулирует рост мелких корней [11].

Согласно H.A. Баневой [12], после проведения механизированных рубок ухода в почве волоков резко (на 80-90 %) снижается масса физиологически активных корней. Ухудшение водно-физических свойств почвы препятствует восстановлению массы корней: на суглинистой хорошо дренированной почве за 10 лет их восстановление не произошло. Соответственно, площадь, занятая волоками, на 50-70% древостоем не используются [3, 12].

1.3.2. Повреждения корней во время механизированной заготовки древесины Проблема механических повреждений деревьев во время рубок ухода, является очень важной, но в достаточной мере еще не изучена. В результате повреждений наблюдается ухудшение санитарного состояния древостоя и снижение качества древесины. В основном ущерб древостою наносится во время трелевки [107].

Количество поврежденных деревьев при механизированной проходной рубке зависит от ее интенсивности, густоты древостоя и среднего диаметра деревьев. Чаще всего повреждаются деревья, расположенные вдоль трелевочных волоков. По данным У. Бьеркхема [86], 84% деревьев, находившихся ближе метра от транспортного коридора, были повреждены.

Следствием применения механизмов являются обломы крупных поверхностных корней, обрыв питающих корешков. Это, а также ухудшение снабжения кроны элементами питания, вследствие заболевания корней, нарушает физиологические процессы дерева, ослабляет его жизнедеятельность, что отражается на приросте. Сильней всего, в результате воздействия колес или гусениц транспортных средств, страдают древесные породы, корневые системы которых залегают у поверхности [118]. Обычно повреждаются тонкие корни, у толстых - повреждается кора. Несмотря на сохранность древесины корня при этом ухудшается питание растения, и потери прироста могут составить 12% [87].

Травмирование корней и стволов приводит к заражению деревьев гни-лями и развитию раковых заболеваний, особенно в ельниках [2, 104]. По данным А. Исомяки [97, 98] корневые повреждения более опасны, чем стволовые. Серьезные обломы корней снижают рост в толщину до 50 %, а стволовые повреждения более 9 см - до 30 %. По утверждению Т. Кюттяля [109] корневые повреждения, вызывают более быстрое распространение гнили, продвижение которой по стволу при площади повреждения корня около одного квадратного дециметра достигает 10 см/год. Корни ели, расположенные, как правило, между минеральным грунтом и слоем подстилки весьма ранимы, особенно на удалении до метра от ствола. Они более восприимчивы к инфекциям. Скорость распространения гнили тем выше, чем ближе к шейке корня происходит повреждение. По утверждению Т. Каллио [102], гниль может захватывать до 80 см за год. При хлыстовой трелевке, гнили, развивающиеся после рубок, являются главным фактором, обусловливающим потери древесины в количественном и качественном отношении [89].

Деревья чаще всего подвержены заражению у своего основания и у корней вблизи ствола. Наиболее опасное место для развития гнили - комлевая часть ствола. В этой зоне расположено 50-80 % всех повреждений от трелевки [17, 89]. В Карелии и Ленинградской области при проходных рубках повреждаются от 10 до 13 % оставленных деревьев [42]. На пораженных деревьях появляется комлевая гниль, распространяющаяся на 15-25 % их объема. Аналогичные сведения приводят и зарубежные исследователи. В Швеции в результате тракторной трелевки хлыстов в ельнике 79 % деревьев были поражены корневой губкой, что привело к снижению прироста [19]. По данным В.В. Гринченко [23] в США повреждения деревьев при трелевке снижают прирост на 12 %, а вместе с уплотнением почвы - на 21 %.

Реакция на повреждения при прочих равных условиях зависят от пород деревьев. Ель реагирует более сильно, чем сосна и береза [114].

С возрастом уязвимость корней к повреждениям усиливается. У старых елей поверхностные корни разветвляются далеко от ствола, что делает их легко ранимыми. Поэтому поздних разреживаний стоит избегать.

Ущерб оставшемуся древостою, главным образом, причиняют трактора. Согласно исследованиям [105] тяжелое оборудование и применение слег скольжения дало такую же повреждаемость, как и легкое оборудование. Однако тяжелая техника, наносит более сильные повреждения из-за размеров груза и трудности соблюдения ширины коридора. Такое оборудование продавливает поверхностный слой почвы, образует глубокий след, что способствует повреждению питающих дерево корней, основная масса которых размещена в верхних почвенных горизонтах, вследствие чего дерево лишается большей или меньшей доли питательной среды. Для ликвидации последствий этого требуется более 10 лет [103]. Однако, с другой стороны, механизация штабелевки требует тяжелого оборудования, так как для уравновешения манипулятора нужна устойчивая база. Преимуществом же легкого оборудования является более легкая регулировка процессов труда. Количество и степень повреждений зависят от профессиональной подготовки операторов. С ростом профессионализма число повреждений снижается. При одной и той же технологии заготовки, поврежденные деревья составили от 1 до 5 % [109].

Повреждения корней при использовании харвестера исследованы мало. Однако исследователями предполагается, что массивная валочная машина продавливает почву и трамбует ее, сдерживая рост корней. Поэтому высказывается мнение, что такая машина может быть использована преимущественно на твердых грунтах. Частично исследовались корневые повреждения от валочно-штабелевочной машины на базе маленького трактора. Они составили 2,2 - 4,5 % от оставляемых деревьев [94]. По данным A.B. Назарова, А.Н. Мартынова [54] обдир корневых лап составляет 4,8 %, перерезание корней — 0,65 %.

Для избежания ранения деревьев необходимо тщательное планирование работ, так как часто именно ошибочное планирование и неаккуратная рубка приводят к повреждению древостоя [54, 109]. Во время лесозаготовке необходимо учитывать время года и характер почвы. При трелевке по мягким грунтам, болотам и по талой земле повреждения почвенного покрова и корней неизбежны. Таким образом, рубки ухода лучше проводить зимой, когда повреждения корней в 2 - 4 раза меньше [109]. Весной и летом повреждения корней опаснее [111]. От повреждений этого периода легко распространяется гниль. Зимой мерзлая почва и снег надежно предохраняют корни от повреждений, и техника почти не продавливает почву. Было определено [109], что летом корни повреждаются в 1,5-2 раза чаще, чем зимой. Согласно A.B. Назарову, А.Н. Мартынову [54] повреждение корней в большей степени происходит на влажных участках, где рубки проводили летом или до формирования устойчивого снежного покрова. При этом они сопровождались образованием колеи. Установлено, что летом и весной деревья легко ранимы и подвержены инфекциям, следовательно, в это время прореживать лес не следует.

Уменьшить повреждения можно, применяя для трелевки более легкую и с меньшим удельным давлением на почву технику. Сама по себе легкая техника не сокращает повреждений. Легкие машины противоречат требованиям производительности, так как на них трудно поместить погрузчики с длинным манипулятором, хотя их необходимость диктуется лесоводствен-ными требованиями рубок ухода. Необходим компромисс - сочетание погрузчика с достаточным радиусом действия и снижение удельного давления на грунт. Уже испробованы разные гусеничные варианты [109].

1.3.3. Изменение прироста у деревьев в результате разреживания

После удаления определенного количества деревьев из древостоя оставшиеся на корню получают больший приток света, тепла, влаги. Образовавшийся при этом микроклимат во многих случаях является более благоприятным для интенсификации биологических и биохимических процессов в почве и растениях, усиливается деятельность ассимиляционного аппарата. За счет ускорения разложения подстилки повышается плодородие почв [49, 50]. Улучшенные условия могут привести к повышению прироста у оставшихся деревьев. Согласно А.Н. Красновидову и др. [43] изменение гидротермического режима и эффективного плодородия почвы при рубках ухода положительно сказывается на росте ели. По данным С.С. Зябченко и др. [29] прирост по диаметру у осветленных деревьев уже в первое десятилетие может превышать прирост неосветвленных примерно в 1,5 раза. Однако не все деревья в одинаковой мере осветляются и реагируют на изреживание, а количество и запас их на единице площади меньше, чем до рубки, поэтому прирост по запасу изреженного насаждения, как правило, не превышает прирост контрольного. По данным С.Н. Сеннова [71] в ельниках, особенно молодых, древостой реагирует на разреживание усиленным приростом. Однако увеличение текущего прироста по сравнению с контрольной площадью, наблюдаемое в первые 5-10 лет, в последствии сменяется его уменьшением. В лиственно-еловых насаждениях разреживания привели к устойчивому повышению прироста. Установлено, что умеренно-интенсивеым разреживанием еловых молодняков можно значительно увеличить производительность древостоя, что обусловлено улучшением светового режима, более интенсивной минерализацией лесной подстилки; последнее улучшает питание растений.

Наблюдаемое снижение прироста обуславливается, по-видимому, тем, что во время механизированных работ деревьям часто наносятся повреждения. По данным У. Бьеркхема в 84 % [86] деревьев, находящихся ближе метра от колеи, были повреждения. Эти повреждения согласно К.К. Бушу, и И.К. Иевиню [17] снижают средний ежегодный прирост дёрева на 30 %. Уплотнение почвы также значительно снижает прирост хвойных пород.

Как следует из обзора литературы, вопросы, касающиеся корневой системы, изменения корневой массы под воздействием разреживаний, положительного влияния рубок ухода на рост корневой массы и древостоя в целом, были объектом интереса многих исследователей.

В лесоводственной литературе большое внимание уделено влиянию механизмов на изменение верхних горизонтов почвы. Много работ посвящено данной тематике и выявлено негативное влияние проезда техники на водно-физические свойства почвы. В настоящем исследовании это также было одной из задач. Однако, также была проведена параллель между влиянием техники на водно-физические свойства почвы и ростом корней. Впервые в Карелии автором было проведено исследование влияния механизированных рубок ухода на насыщенность верхних горизонтов почвы корнями.

Из обзора следует, что существуют разные точки зрения относительно влияния разреживаний на рост корней. Некоторые исследователи указывают на снижение корневой конкуренции после рубки и, как следствие, разрастание корней. Другие, напротив, утверждают, что при разреживании уменьшается не локальная, а общая напряженность корневой конкуренции и масса корней не зависит от расстояния до ближайшего дерева. В нашем исследовании мы также попытались выяснить есть ли зависимость корневой массы от расстояния до ближайшего дерева.

Изучение изменения прироста после рубки является очень важной задачей, что подтверждается большим вниманием исследователей к этому вопросу. Нами было проанализирована динамика прироста после рубки.

Большая доля лесопокрытой площади в подзоне средней тайги занята елово-лиственными насаждениями. Поэтому одной из задач работы было исследование особенностей совместного развития корневых систем ели и лиственных пород.

Таким образом, из всего вышесказанного следует, что недостаточно освещены вопросы формирования (восстановления) корневой системы в технологических коридорах в разные периоды после рубки. Существуют различные точки зрения на зависимость роста корней от конкурентных взаимоотношений. Поэтому в настоящей работе большое внимание уделено именно этим проблемам.

Заключение Диссертация по теме "Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними", Карпечко, Анна Юрьевна

Заключение

2. В результате движения машин по технологическому коридору в 20-см слое почвы масса корней существенно снижается и держится на этом уровне на протяжении десятилетия; в последующие 10 лет в подстилке коридора масса корней все еще не восстанавливается до конца.

4. Увеличение текущего среднепериодического прироста по диаметру после механизированных разреживаний, как правило, происходит во второе пятилетие. Период интенсивного роста ограничен 5-10 годами. Через 10-15 лет после разреживания наблюдается спад прироста.

- исходя из неизбежности уничтожения большей части корней, находящихся на границе подстилки и минерального горизонта, проектировать, возможно, более редкую сеть технологических коридоров — не менее 25м между ними;

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Карпечко, Анна Юрьевна, Петрозаводск

1. Абражко М.А. Реакция тонких корней ели на исключение корневой конкуренции соседних деревьев // Лесоведение. 1982. № 6. С. 41-46.

2. Аникин A.C. Лесоводственная оценка разных вариантов технологии прореживаний и проходных рубок в хвойных древостоях южной тайги: Ав-тореф. дисс. на соиск. уч. ст. к. с-х.н. Спб., 1992. 20 с.

3. Аникин A.C., Ковязин В.Ф. Влияние механизированных рубок ухода на компоненты лесной экосистемы // Проблемы лесоведения и лесной экологии: Тез. докл. Ч. II. М. 1990. С. 363-366.

4. Аникиева В.А., Кубрак Н.И. Влияние рубок ухода различной интенсивности в двухъярусных березово-еловых древостоях на рост ели // Проблемы лесоведения и лесной экологии: Тез. докл. Ч. II. М. 1990. С. 361-363.

5. Атрохин В.Г. Формирование высокопродуктивных насаждений. М., 1980. 232 с.

6. Атрохин В.Г., Иевинь И.К. Рубки ухода и промежуточное лесопользование. М., 1985. 255 с.

7. Ахромейко А.И. Физиологическое обоснование создания устойчивых лесных насаждений. М., 1965. 312 с.

8. Банева H.A. Динамика массы мелких корней и текущего прироста в древостоях, пройденных рубками ухода // Лесоводственные способы формирования и оценки насаждений эксплуатационного, и рекреационного назначения. Л. 1989. С. 103-109.

9. Банева H.A. Изменение массы мелких корней ели в чистых древостоях//Лесоведение. 1980. № 1. С. 86-89.

10. Банева H.A. Восстановление массы корней ели после рубок ухода // Лесоведение. 1986. № 3. С. 62-66.

11. Банева H.A. К биологическому обоснованию рубок ухода в чистых хвойных древостоях // Система рубок ухода в лесах Северо-Запада РСФСР. Л., 1981. С. 31-40.

12. Банева H.A. Влияние проходных рубок на массу корней деревьев в почве волоков // Лесоведение, лесные культуры и почвоведение. Л. 1990. С. 38-40.

13. Бискэ Г.С. Четвертичные отложения и геоморфология Карелии. Петрозаводск, 1959. 307 с.

14. Бобкова К.С. Биологическая продуктивность хвойных лесов Европейского Северо-Востока. Л. 1987. 158 с.

15. Бобкова К.С., Богданова Т.Л. Сезонная динамика роста корней сосны и ели // Тр. Коми фил. АН СССР. 1979. № 44. С. 46-53.

16. Бузун В.О., Турко В.М. Люозагствельш машини i стан грунту шсосис // Лю. ж. 1993. № 6. С. 28-29.

17. Буш К.К., Иевинь И.К. Экологические и технологические основы рубок ухода. Рига. 1984. 174 с.

18. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы определения физических свойств почв и грунтов. М., 1961. 346 с.

19. Василяускас А., Пимпе Р. Влияние механических повреждений на зараженность сосны и ели корневой губкой // Лесное хозяйство. 1976. № 12. С. 78-79.

20. Воронков H.A., Кожевников С.А., Шомполова В.А. температурный режим почв под лесом и залежью в условиях Подмосковья // Почвоведение. 1979. №6. С. 90-99.

21. Воропанов П.В. О повышении общей продуктивности лесов рубками ухода. М., 1960. 155 с.

22. Георгиевский Н.П. Рубки ухода за лесом. М., 1957. 142 с.

23. Гринченко В.В. Повреждение деревьев при рубках ухода // Лесное хозяйство. 1984. № 12. С. 23-25.

24. Давыдов A.B. Рубки ухода за лесом. М., 1971. 184 с.

25. Данилов Н.И. Влияние насаждений различного состава и рубок ухода на температурный режим почвы // Лесное хозяйство. 1986. № 8. С. 1820.

26. Декатов H.H. и др. Скандинавская лесозаготовительная техника и технология. История развития, лесоводственная оценка // Таежные леса на пороге XXI века. СПб. 1999. (Труды СПбНИИ лесного хозяйства). С.103-116.

27. Згуровская JI.H. Анатомо-физиологические исследования всасывающих, ростовых и проводящих корней древесных пород // Тр. Ин-та леса АН СССР. 1958. Т. 41. С. 6-32.

28. Зябченко С.С., Козлов А.Ф., Иванчиков A.A., Дьяконов В.В. Рубка ухода за лесом в Карелии. Петрозаводск, 1979. 85 с.

29. Изюмский П.П. Влияние рубок ухода на рост насаждений // Лесное хозяйство. 1970. №2. С. 23-26.

30. Изюмский П.П. Площадь питания и ее значение для роста и развития насаждений // Лесоводство и агролесомелиорация. Вып. 24. Киев. 1971. С. 3-11.

31. Казимиров Н.И. Ельники Карелии. Л., 1971. 139 с.

32. Казимиров Н, Сбоева Р. Лесу нужен уход. Петрозаводск, 1962. 60 с.

33. Казимиров Н.И. Изменение микроклиматических условий в лиственно-еловых молодняках под воздействием рубок ухода // Рубки ухода в лиственно-еловых молодняках Карельской АССР. М. 1964. С. 20-34.

34. Кайрюкштис Л., Шакунас 3. Воздействие лесных машин на почву // Лесное хозяйство. 1990. № 8. С. 37-40.

35. Калинин М.И. Корневые системы деревьев и повышение продуктивности леса. Львов, 1975. 174 с.

36. Калинин М.И. Формирование корневой системы деревьев. М., 1983.152 с.

37. Каратыгин И.В. Коэволюция грибов и растений. СПб. 1993. 199 с.

38. Карпечко Ю.В. Исследование водного баланса малых водосборов Корзинской низины // Почвенно-мелиоративные исследования в Карелии. Петрозаводск. 1986. С. 23-43.

39. Колесников В.А. Методы изучения корневой системы древесных растений. М., 1972. 152 с.

40. Краев М.В., Валяев В.Н. Экономика рубок ухода за лесом. М.,1980.118 с.

41. Красновидов А.Н., Блиев Ю.К., Мартынов А.Н. Влияние интенсивных рубок ухода на лесорастительные свойства почвы // Роль науки в создании лесов будущего: Тез. докл. Всес. конф., Пушкино, 1981. JI. 1981. С. 26.

42. Лак Г.Ц., Лукашов А.Д. Новейший этап развития рельефа юго-восточной окраины Балтийского щита // Четвертичная геология и геоморфология восточной части Балтийского щита. Л. 1972. С. 5-14.

43. Ленева Л.Н. Влияние лесозаготовительной техники на водно-физические свойства почвы // Система рубок в лесах Северо-Запада РСФСР. Л. 1981. С. 126-130.

44. Лукашов А.Д. Новейшая тектоника Карелии. Л., 1976. 106 с.

45. Лукашов А.Д. Основные результаты морфометрического анализа рельефа при изучении неотектоники Карелии // Четвертичная геология и геоморфология восточной части Балтийского щита. Л. 1972. С. 119-127.

46. Лыхмус К.Н., Ласн P.P., Оя Т.А. Рост корней ели европейской в зависимости от почвенных условий И Почвоведение. 1986. № 6. С. 89-97.

47. Мелехов И.С. Лесоведение. М., 1980. 408 с.

48. Мелехов И.С. Лесоводство. М., 1989. 302 с.

49. Морозова P.M. Лесные почвы Карелии. Л., 1991. 184 с.

50. Морозова P.M. Влияние рубок ухода в лиственно-еловых молодня-ках на лесорастительные свойства почвы // Рубки ухода в лиственно-еловых молодняках Карельской АССР. М. 1964. С. 35-43.

51. Морозова P.M., Володин A.M., Федорченко М.В., Володина Г.Ф., Нестеренко И.М. Почвы Карелии. Петрозаводск, 1981. 192 с.

52. Назаров A.B., Мартынов А.Н. Скандинавская технология проходных рубок в еловых древостоях Карелии // Лесное хозяйство. 2002. № 2. С. 23-24.

53. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Вып. 3. Ч. 1-6. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 693 с.

54. Нефедова А.И. Температура почвы в сосняках, пройденных рубками ухода // Матер, годич. сессии, по итогам НИР за 1981 год. Архангельск. 1982. С. 32-39.

55. Орлов А.Я. Метод определения массы корней деревьев в лесу и возможность учета годичного прироста органической массы в толще лесной почвы // Лесоведение. 1967. №1. С. 64-70.

56. Орлов А.Я. Развитие корневых систем подроста ели на сплошных вырубках//Лесоведение. 1982. № 2. С. 18-27.

57. Орлов А.Я. Рост и жизнедеятельность сосны, ели и березы в условиях затопления корневых систем // Влияние избыточного увлажнения почв на продуктивность лесов. М. 1966. С. 112-154.

58. Орлов А.Я., Кошельников С.П. Почвенная экология сосны. М., 1971.323 с.

59. ОСТ 56 69-83 Площади пробные лесоустроительные. Метод закладки.

60. Оя Т.А., Лыхмус К.Н. Горизонтальное распределение корней ели в средневозрастном древостое // Лесоведение. 1985. № 1. С. 44-47.

61. Рахтеенко И.Н. Корневое питание ели и березы при взаимодействии их корневых систем. Караневая жыуленне елю i бярозы пры узаемадзеянш ix караневых ыстэм // Becui АН БССР. Сер. Ыял. н. Изв. АН. БССР. Сер. биол. н. 1981. №3,5-8. С.123

62. Рахтеенко И.Н. Рост и взаимодействие корневых систем древесных растений. Минск, 1963. 254 с.

63. Рахтеенко И.Н. Корневые системы древесных и кустарниковых пород. М.; Л., 1952. 107 с.

64. Ремезов Н.П. Влияние рубок ухода на лесорастительные свойства почвы // Почвоведение. 1953. №3.

65. Родин А.Р. Культуры ели на вырубках. М., 1977. 168 с.

66. Романов A.A. О климате Карелии. Петрозаводск, 1961. 140 с.

67. Савина A.B., Журавлева М.В. Физиологическое обоснование рубок ухода. М., 1978. 104 с.

68. Саляев Р.К. К вопросу о классификации корней и корневых окончаний у древесных пород при лесоводственных исследованиях // Вопросы лесоведения и лесной энтомологии в Карелии. М.; Л. 1962. С. 53-58.

69. Сеннов С.Н. Рубки ухода за лесом. М., 1977. 160 с.

70. Сеннов С.Н. Рубки ухода за лесом и внутривидовая конкуренция // Восстановление и мелиорация лесов Северо-Запада РСФСР. Л. 1980. С. 1727.

71. Сеннов С.Н. Уход за лесом. Экологические основы. М., 1984. 128 с.

72. Сеннов С.Н., Банева H.A. Устойчивость лесной экосистемы к разреживанию древостоя // Сб. науч. тр. Экологические предпосылки и последствия лесохозяйственной деятельности. С.-Петербург. 1992. С. 85-95.

73. Сенов С.Н., Банева H.A., А.П. Смирнов. Корненасыщенность и парцеллярная структура в высокопроизводительном ельнике // Лесоведение. 1994. №2. С. 78-80.

74. Синькевич Т.А., Синькевич С.М. Комплексный уход в лиственно-еловых лесах Карелии. Петрозаводск, 1991. 136 с.

75. Соколовская H.A., Ревут И.Б., Маркова И.А., Шевляков И.Р. Роль плотности почвы при лесовосстановлении // Лесоведение. 1977. № 2. С. 4451.

76. Сукачев В.Н., Зонн С.В., Мотовилов Г.П. Методические указания к изучению типов леса. М., 1957. 116 с.

77. Травлеев Л.П., Травлеев А.П. Спутник геоботаника по почвоведению и гидрологии. Днепропетровск, 1979. 86 с.

78. Чертовский В.Г. Влияние лесозаготовительной промышленности на средообразующие функции северотаежных лесов // Влияние промышленных предприятий на окружающую среду. Всес. конф., Звенигород, янв., 1985. М. 1987. С. 67-72.

79. Чибисов Г. А. Рост корневых систем в березово-еловых насаждениях и влияние на них рубок ухода // Сб. работ по лесному хозяйству и лесохимии. Архангельск. 1971. С. 121-130.

80. Чибисов Г.А., Вялых Н.И., Минин Н.С. Рубки ухода за лесом на Европейском севере. Архангельск, 2004. 128 с.

81. Шульгинов A.M. Климат почвы и его регулирование. Л., 1972. 341с.

82. Яковлев Ф.С., Воронова B.C. Типы лесов Карелии и их природное районирование. Петрозаводск, 1959. 189 с.

83. Bjorkhem U. Skador genom korning med timga maskiner i gallringsskog // Summary: damage by heavy vehicle in thinnings. K. Stögs- о. Lantbr Akad. Tidskr. 1974. B. 113(4-5). S. 304-317.

84. Bredberg V. C.-J., Wasterlund I. Wurzel und Bodenshaden durch Fahrzeuge // Fortwiss. Cbl. 1983. B. 102. № 2. S. 86-98.

85. Bustrom C. Skador i praktiskt utforda gallringar. Skogsarbeten. Preliminar samman-stallning. 1978. S. 1-18.

86. Butora Anselm, Schwager Gerold. Holzerntescha den in Durchforstung sbestan den // Ber. Eidgenoss. Anst. forstl. Versuchsw. 1986. № 288. S. 1-51.

87. Demko Jaroslav. Technologicke zatazenie lesnych pod na priblizovacich linkach // Acta fac. Forest. Zvolen. 1992. B. 34. S. 321-330.

88. Dimitri Lyubomir. Biologie der Stammfaulen, ihre Bedeutung für den Waldbau und die Möglich. Keiten ihrer Verhütung // Schweiz. Z. Fortstw. 1986. B. 137. №5. S. 377-388.

89. Eichorn Kurn. Befahrbarkeit von Waldboden // Osterr. Forstrtg. 1995. B. 106. №7. S. 25-26.

90. Fogel R. Root turnover and productivity of coniferous forests // Plant and soil. 1983. Vol. 71. № 1-3. P. 75-85.

91. Furuberg Gjedtjernet A.M. Forest operations and environmental protection // Water, Air, and Soil Pollut. 1995. Vol. 85. № 1, 2. P. 35-41.

92. Gorka Wojciech. Penetracja gruntow uprawnych przez korzenie drzew niektorych gatunkow w zadrzewieniach // Pr. Inst. Bad. Les. 1989. № 678-681. S. 1-26.

93. Gover Stith T., Vitousek Peter M. // Oecologia. 1989. Vol. 81. № 4. P. 566-568.

94. Isomaki A. Forluster som fororsakas virkesproduktionen vid maskinell drivning // Skogsbruket. 1977. B. 47(11). S. 220-223.

95. Isomaki A. Puun korjuun aiheuttamat vauriot harvennusmetsissa // Tio-tehoseuran metsatiedotus. 1972. B. 194. S. 1-2.

96. Jakobsen B.F. Persistence of compaction effects in a forest Kraznozem // Austral. Forest Res. 1983. Vol. 13. № 3-46. P. 305-308.

97. Jakobsen B.F., Moore G.A. Effects of two types of skiders and of a slach cover on soil compation by logging of Mountain Ash // Austral. Forest Res. 1981. Vol. 11. №3-4. P. 247-255.

98. Jonsson Y. Mekaniserade metoder I gallringen. Stockholm, Skogs-O. Landlr.- Skad. Todskrift. 1976. 113 p.

99. Kallio T. Rotutveckling efter skador i gran // Esitelma. 1978. S. 1-5.

100. Kardell L. Traktorskador och tillvaxtforluster hos gran analys av ett 10 arigt forsok. Summary: Increment losses of Norway spruce caused by tractor logging. Sveriges SkogsvForb. Tidskr. Hafte. 1978. B. 3. S. 305-321.

101. Kardell Lars, Nilson Per Olov. Ett stanskt korskadeforsoki i gran // Sver. Skogsvardsforb. Tidskr. 1986. № 4. s. 3-17.

102. Karkkainen, M. Eri traktorityypnen vaikutus puiden vaurioitumisen harvennuspen koryuussa. Summary: The affect of different factor types on the damaging trees in thinning. Heisingin yliopiston metsateknologian laitos. Tie-donantoja. 1970. B. 3. S.l-28.

103. Karkkainen M. hakkuutahteiden merkityksesta puustor varioitumisen ja raiteen muodostuksen kannalta harvennusmetsissa. Summary: On the significance of waste in thinning as to scarsand tracks. Silvanenn. 1970. B. 4(2) S.155-171.

104. Krpan Ante P.B., Petres Stjepan, Ivanovic Zelika. Neke fizicke stete u sastojini, posljedice i zastita // Glas. Sumske pokuse. 1993. №4. S. 271- 279.

105. Kyttala T. Tyon organisointimahdollisuudet puunkorjuussa. Summary: Aspects of work organizing in logging // Folia Forest. 1978. № 361. S. 1-37.

106. Kyttala T. Puuston vauriotuminen harvennushakkuissa. Kirjallisuustar-kastelu. Summary: Stand damage during thinnings. Literature review // Folia Forest 1980. № 431. S.l-20.

107. Li Linghao, Lin Peng, Xing Xuerong. Yingyong Shengtai xuebao ChinJ. // Appl.Ecol. 1998. Vol. 9. № 4. P. 337-340.

108. Meng, W. Baumverletzunger durch Transportvorgange bei der holzernte. Ausmass und Verteilung, Folgeschaden am Holz und Versuch ihrer

109. Bewertung. Schriftenreihe der Landesforstverwaltung Baden-Württemberg. 1978. B. 53. S. 1-159.

110. Murphy G. Soil damage associated with production thinning // N. Z. J. Forest. Sei. 1982. Vol.12. P. 281-292.

111. Nillson, P.O., Hyppel, A. Studier over rotangrepp i sarskador hos gran // Sveriges SkogsvForb. Tidskr.1968. B. 8. S. 675-713.

112. Page-Dumroese Deborah S., Harvey Alan E., Jurgensen Martin F., Amaranthus Michael P, Can. J. // Soil Sei. 1998.Vol. 78. № 1. P. 29-34.

113. Schaffer Jürgen, Hildebrand Ernst E., Mahler Gerold. Bodenverformung beim Befahren // Allg. Forstz. 1991. Vol. 46. № 11. P. 550-554.

114. Simoncic Primoz et al. Krozenje hranil in pestrost ektomikorize v smrekovem gozdu na Pokljuki. Gor. gozd: Zb.ref.19 Gozd. Stud. Dnevi, Logarska dolina, 26-27 marec, 1998. Ljubljana. 1998. P.207-221.

115. Siren Matti. Puuston vaurioituminen karsimattomien puiden ja puun-osein korjuussa // Folia Forest. 1986. № 645. 17 s.

116. Suwala Marian. Uszkodzenia drzew i gleby przy polyskiwaniu drewna w poznych rtzebiezach drzewostanow sosnowych // Pr. Inst. bad. les. A. 1999. № 873. S. 1-79.

Информация о работе

Карпечко, Анна Юрьевна
кандидата сельскохозяйственных наук
Петрозаводск, 2005
ВАК 06.03.03

Диссертация

Влияние механизированных рубок ухода на состояние корневой системы и прирост ели в условиях среднетаежной подзоны Карелии - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Влияние механизированных рубок ухода на состояние корневой системы и прирост ели в условиях среднетаежной подзоны Карелии - тема автореферата по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы