Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние осушения и выборочных рубок на хвойно-лиственные болотные древостои

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

Автореферат диссертации по теме "Влияние осушения и выборочных рубок на хвойно-лиственные болотные древостои"



На правах рукописи

Матвеева Мария Александровна

ВЛИЯНИЕ ОСУШЕНИЯ И ВЫБОРОЧНЫХ РУБОК НА ХВОЙНО-ЛИСТВЕННЫЕ БОЛОТНЫЕ ДРЕВОСТОЙ

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных паук

Екатеринбург 1998

Работа выполнена в Уральской государственной лесотехнической академии в период очного обучения в аспирантуре при кафедре лесных культур и мелиорации

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор, член-

корр. РАЕН, академик МАН ВШ, А.С.Чиндяев

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор,

Ведущее предприятие: Свердловское управление лесами

Защита состоится « 29 » октября 1998 г. в « 10 » часов на заседании диссертационного совета Д.063.35.01 Уральской государственной лесотехнической академии

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке УГЛТА

Автореферат разослан « 1998 г.

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 620032 г.Екатеринбург, Сибирский тракт, 37. Диссертационный совет.

Ученый секретарь диссертационного - '=-^-?>'С.В.Залесов

академик РАЕН, С.Г.Шиятов

кандидат сельскохозяйственных наук,

заслуженный лесовод РФ, В.А.Шаргунова

совета, кандидат сельскохозяйственк

наук, доцент

Введение

Актуальность темы обусловлена большой заболоченностью лесов гослесфопда Среднего Урала и отсутствием опыта несплошных рубок в мелиорируемых лесах.

Согласно принятой в 1997 г. Федеральной целевой программе «Леса России» на период до 2001 г. предстоит мелиорировать 98 тыс. га земель, в т.ч. по Рослесхозу - 83 тыс. га. Одним из условий выполнения этих работ является четкая их организация и научная обоснованность. В ряду десохозяйственных мероприятий на осушаемых площадях важное место принадлежит и несплошным рубкам, которые не оказывают отрицательного воздействия на природную среду, позволяют формироваать хвойные насаждения без лесных культур с меньшим периодом выращивания, что было подчеркнуто и на международном совещании по гидролесомелиорации 12-14.08.98 в г.Вологде. Поэтому весьма актуально изучение влияния несплошных рубок на основные элементы биоценоза в богатых лесорастительных условиях. Данное направление исследований вполне соответствует принятому правительством «Федеральному закону о мелиорации земель».

Цель и задачи исследований. Целыо работы являлось обоснование выборочных рубок в хвойно-лиственных осушаемых древостоях, установление критериев назначения деревьев в рубку, а также определение оптимальной интенсивности рубок. Для выполнения поставленных задач выполнены опытные рубки и исследован широкий круг вопросов, связанных с трансформацией компонентов фитоценозов в результате рубок, их количественных и качественных характеристик.

Научная новизна. Впервые на Среднем Урале проведены выборочные рубки в осушаемых хвойно-лиственных- древостоях. Обоснована их интенсивность. Исследовано состояние и численность подроста ели предварительной и последующей генераций на низинных болотах и его реакция на осушение и выборочные рубки. Впервые проанализировано содержание микро- и макроэлементов в хвое подроста ели на осушенных болотах, дана характеристика ее биометрических показателей. Изучены основные физико-химические свойства торфяной почвы и содержание в ней элементов питания. Дана характеристика травяно-кустарничкового яруса и изменение его биологической продуктивности ' под влиянием выборочных рубок. Все перечисленное создает опытную базу для дальнейших исследований в этом направлении.

Практическая ценность работы. В результате проведенных исследований обоснованы выборочные рубки в елово-лиственных осушаемых древостоях, установлены критерии назначения деревьев ели в рубку, а также разработаны предложения по подбору болотных древостоев для проведения выборочных рубок, особенно в зоне первоочередных (в

области) лесоосушительных работ. Проведение этих мероприятий обеспечивает как дополнительное получение до 100 м3/га древесины, так и непрерывное лесовыращивание, когда осушаемые площади постоянно заняты лесом, что исключает вероятность вторичного заболачивания.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на региональной молодежной научной конференции «Актуальные проблемы лесоведения» (Екатеринбург, 1996), совещании «Гидролесомелиорацня: наука - производству» (С-Петербург, 1996), совещании «Гидротехническая мелиорация земель, ведение лесного хозяйства и вопросы экологии» (С-Пегербург, 1997), конференции молодых ученых и аспирантов (Екатеринбург, 1998), совещании «Гидролесомелиорация и эффективное использование земель лесного фонда» (Вологда, 1998).

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 7 печатных работах. Пять работ находятся в печати.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения, приложения и списка использованной литературы, включающего 162 работы, в том числе 4 на иностранных языках. Основной материал изложен на 100 страницах машинописного текста, имеет 48 таблиц, 29 рисунков и 4 приложения.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Лесоосушительная мелиорация, выполняющая задачу направленного регулирования водного режима почв, является одной из наиболее эффективных и надежных форм повышения продуктивности заболоченных лесов. Однако, необходимо преобразование поступающих в осушение древостоев в соответствие с лесорастительными условиями, формирование древостоев оптимального состава и возрастной структуры.

Сплошные рубки главного пользование на осушаемых площадях не всегда обеспечивают последующее возобновление; приводят к повышению уровня болотных вод, конкуренции со стороны быстрорастущих трав и кустарников, а также к усилению опасности от низких температур зимой и высоких летом (Хонелл, Сирин, 1997). Такие рубки рекомендуется проводить лишь в одновозрастных ельниках (Ананьев и др., 1992), спелых сосняках с запасом более 40 м3/га (Лешок, Попов, 1983) при наличии и сохранении не менее 3-3,5 тыс. шт/га хвойного подроста (Медведева, 1989; Ананьев, Матюшкин, 1994).

В настоящее время приоритетным направлением исследований является изучение влияния нссплошных рубок на изменение породного состава, полноты, продуктивности и особенностей роста древостоев, па ход процессов естественного возобновления (Не1кигатеп, 8ерра1а, 1966; Кузнецов и др., 1977; Медведева, Матюшкин, 1978; С толяров, Книзе, 1980; Федюков, Рубцов, 1980; Медведева, 1989; Ананьев и др., 1992; Хонелл, Сирин, 1997 и др.).

На низинных болотах, при наличии в составе древостоя 1-2 ед. ели, под пологом имеется то или иное количество елового подроста. Поэтому на староосушенных (80 лет назад) площадях после сплошных и выборочных рубок (50-летней давности) проводимых в сосняках травяно-сфагновых происходит смена пород (Тараканов, 1997). Для устойчивости оставленной части древостоя необходимо соблюдение определенных условий. Полнота после рубки должна быть не ниже 0,4, густота 700-800 шт/га (Тараканов, 1998).

Хорошие результаты дают рубки по улучшению породного состава с частичным или полным удалением лиственного полога в хвойно-лиственных древостоях (Медведева, 1989; Ананьев и др., 1992; Неволин, 1997). При назначении таких рубок следует уделять внимание состоянию и жизнеспособности подпологовой ели (Неволин, Шленкин, ¡998). Адаптационный период после проведения таких рубок длится от 2 до 8 лет. Для формирования высокопродуктивных древостоев достаточно 2,02,5 тыс.шт/га елового элемента леса (Неволин, 1997).

В спелых разновозрастных ельниках следует проводить несплошные рубки с целью омоложения древостоя (Артемьев, Дружинин, 1991). Авторы считают такие рубки длительно-постепенными двухприемными, интенсивностью от 15 до 40 % по числу стволов и 40-70 % по запасу. Второй прием назначают через 40-60 лет. С другой стороны Н.А.Дружинин и Н.Н.Неволин (1998) установили, что целесообразнее назначать несплошные рубки в несколько приемов повторяемостью через 15-20 лет одновременно с ремонтом осушительной сети.

В Швеции в староосушенных ельниках рекомендуют проводить многоприемные равномерно-постепенные рубки (Хонелл, Сирин, 1997). Комплексными рубками занимались В.М.Медведева (1989), В.А.Ананьев и др. (1992), В.А.Матюшкин (1994а). Рубки в осушаемых древостоях проводятся в весенне-зимний период до оттаивания почвы по технологиям с сохранением подроста.

Несмотря на то, что многие авторы занимались отдельными вопросами рубок в осушенных древостоях, интенсивность рубок, принципы отбора деревьев в рубку, методы формирования оптимальной структуры осушенных древостоев разработаны недостаточно, а на Среднем Урале, где главные рубки в осушенных древостоях не проводились. Это и определило программу и методику исследований по данной проблеме.

ГЛАВА 2 ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Свердловская область расположена в глубине материка в пределах Среднего и Северного Урала и на равнинах Западной Сибири, примыкающих к Уралу с востока. Согласно лесорастительному районированию Б.П.Колесникова (1969) район исследований расположен в

южно-таежной подзоне тайги Зауральской холмисто-предгорной провинции. По районированию торфяных ресурсов район относится к западной окраине Тагильско-Режевского болотного района Восточного склона Уральского хребта.

В главе приводится описание рельефа, климата, почв и растительности, а также дается характеристика лесных ресурсов и гидролесомслиоративного фонда области.

ГЛАВА 3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ, ОБЪЕМ СОБРАННОГО МАТЕРИАЛА. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Программа и методика работ, объем собранного материала.

Исследования предусматривали изучение на опытно-промышленном участке осушения «Мостовое» следующих вопросов:

1. Гидрологический режим и почвенные условия.

2. Влияние осушения на рост елового древостоя и подроста на низинном болоте.

3. Определение критериев назначения деревьев в рубку и проведение выборочных рубок разной интенсивности.

4. Влияние рубок на состояние древостоя, рост подроста и развитие травяно-кустарничкового покрова.

5. Разработка предложений производству по проведению выборочных рубок п осушенных древостоях.

В основу исследований положены методические разработки ряда авторов: изучение динамики УПГВ - С.Э.Вомнерского (1964); закладка ПГ1П - В.Г.Рубцова, А.А.Книзе (1977); почвенные исследования -И.С.Кауричева (1973); продуктивность трявяно-кустарничкового яруса-Л.А.Гришиной, Е.М.Самойловой (1971); определение поверхности хвои -Ю.Л.Целышкер (1982). Изучение подроста проводилось по группам высоты: 1-я группа высоты - 0-0,25 м; 2-я - 0,26-0,50 м; 3-я - 0,50-1,00 м: 4-я - 1,01-1,51 м; 5-я - 1,51-2,00 м (Столяров, Кузнецова, 1978). Анализ прироста деревьев по радиусу выполнен в соответствие с рангами по категориям крупности: тонкие (мелкие), средние, и крупные (толстые). К тонким отнесены деревья диаметр которых имеет ранг 0-49, к средним -50-70, к крупным - 71-100 (Третьяков, 1927; Поздняков, 1955; Комин, 1970).

В период исследований (1995-1997гг.) было заложено 9 ППП. Па ПГШ выполнено около 1800 измерений деревьев. Было взято 50 модельных деревьев ели и сосны, 120 кернов ели. Произведено определений возраста - 220 раз, замеров по радиусу и высоте - 2400. Выполнен сплошной перечет подроста на площади 1,61 га. Также выполнено 4400 измерений высоты подроста, прироста но высоте - около 5000. Взято 50 моделей

подроста с определением его биометрических характеристик (150 замеров). При определении морфометрических показателей хвои выполнено 4200 замеров. Было исследовано 80 образцов почвы. В ходе выполнения почвенных анализов и определения фитомассы травяного покрова было произведено 1400 взвешиваний.

3.2 Характеристика объекта исследований.

Полевые"исследования выполнены на опытно-промышленном участке осушения «Мостовое». Основная часть его представляет собой низинное осоково-сфагновое болото с мощностью торфа до 2,5 м, с произрастающими на нем смешанными одно и двухъярусными хвойно-лиственными древостоями (Чиндяев и др., 1995).

Осушительные работы проведены зимой 1988-89 гг. под руководством профессора А.С.Чиндяева. Осушители выполнены через 140, 160 м в хвойных и 120 м в березовых древостоях. Опытные рубки проведены через 9 лет после осушения на площади 7,6 га в зимние периоды 1994-96 гг. Сложные по составу древостой характеризуются V классом бонитета, полнотой от 0,75 до 1,33 в одноярусных насаждения. Полнота 1 яруса в двухъярусных древостоях колеблется от 0,4 до 1,0 , второго - 0,4-0,7. Общий запас составляет 158-295 м7га.

3.3 Климатические особенности района исследований.

Для характеристики климатических особенностей района расположения участка «Мостовое» использованы данные Северского метеопоста, расположенного в 30 км от объекта исследований. Средневегетапионная температура воздуха в период исследований составила 12,9 °С, что на 1,1 С больше , чем в предыдущие 27 лет. Количество осадков за вегетационный период также превысило среднее многолетнее значение (343 мм), и составило за 1995-97 гг. - 396 мм. Средний многолетний коэффициент увлажнения составляет 1,08.

ГЛАВА 4 ОСОБЕННОСТИ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ И ПОЧВЕННЫХ УСЛОВИЙ НА ОБЪЕКТЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Гидрологический режим.

Основной характеристикой водного режима заболоченных и избыточно увлажненных лесных земель и главным критерием эффективности гидролесомелиорации, как известно, является динамика уровня ПГВ, поскольку она определяет режим влажности вышележащих горизонтов почвы, влияет на изменение всего комплекса экологических условий, а также на производительность древостоев (Вомперский, 1968; Залитис, 1983; Бабиков, 1992; Чиндяев, 1989 и др.).

По данным трехлетних наблюдений менее влажным был 1995 г., когда после весеннего максимума уровни ПГВ уже к концу июня опустились до 0,5 м (табл. 1). А в 1996 и 1997 гг. уровень Г1ГВ и к концу лета опускался не ниже 30 см, что связано, вероятно, с тем, что максимум осадков

Год

1995 :

1996 ;

1997 Средний;

Таблица

Динамика уровня ПГВ по месяцам, см

Май ... __. ; ИЮНЬ Июль Август Сентябрь Средиш

; 26 * ......50....... """' бо...... 40

18-28 : 6-40 ; 37-64 51-69 не опр. 16-69

11 : 25 .....26......... ' 27 ;......4!...... ;.......25

[3-22 15-зо ; 25-27 ' 22-34 ^ 39-43 А 13-43

"11...... ;.......11.......: "' "......26...... '"'".......27'"" " :........з<>......... 22

9-16 :5-29; 20-36 27 24-40 5-40

17..... 22 ""'"'"'29 "'"""......38.......... ' 38 ' ' " 29

9-28 1 5-40 ! 20-64 22-69 24-43 5-69

и эти годы отмечен в июле и августе.

Средневегетационная величина уровня ПГВ обычно недостаточно характеризует условия водного режима так как не отражает сезонную динамику, однако она считается весьма важной если сопровождается указанием пределов ее колебаний. Наибольшие колебания уровня ПГВ, равные 53 см, отмечены нами в 1995 г. вследствие более сухой и теплой погоды, чем в последующие годы. Ьолышгм колебаниям уровень ПГВ подвержен в июне, и составил 34 см в 1995 г., 15 см - в 1996 и 24 см - в 1997 г. Средневегетационный уровень ПГВ составил по годам соответственно 40, 25 и 22 см.

Таким образом, осушительная сеть, расположенная через 140 и 160 м в полной мере обеспечивает сброс талых вод весной и почвенно-груптовых вод летом. Средневегетационный уровень ПГВ за период исследований составил 29 см, то есть корнеобитаемый горизонт почвы практически был свободен от избытка воды.

4.2. Почвенные условия.

Почва является важнейшим компонентом любого биогеоценоза, которая взаимодействует с атмосферным, растительным и животным его компонентами. Корнеобитаемый почвенный горизонт (0-30 см) объекта исследований слагает слабо и среднеразложившийся древесно-осоковый торф, причем после осушения образовалась лесная подстилка мощностью 2 см. В результате осушения торфяная почва стала менее рыхлой, ее объемный вес (ОВ) увеличился 1,6 раза и стал равен 0Д96 г/см3, удельный вес (УВ) также увеличился в 1,1 раза и стал равен 1,61 г/см*. Скважность и полная влагоемкость уменьшились и составляют соответственно 87,8 и 453 % (табл. 2).

Зольность и кислотность почвы практически не изменились, так как и до осушения минерализационные процессы в почве протекали достаточно интенсивно. Кроме того, осадка и уплотнение торфа ведет к углублению корней с почвой, что имеет немаловажное значение для повышения устойчивости ели на осушенных низинных болотах. Характерной

Слой см

Таблица 2

Характеристика торфяной почвы

ОВ, УВ, : Скваж- Полная золь_

, з = о/ влагоем- : „. рНкп

г/см г/см ;(юсть, % . ность, % f

кость, %

До осушения

;...... V-Ú) ; 0,14! 1,50 [ 92,1 131 12,1 5,04

После осушения

:..........0-40..........•.........0.196 ......1,61...........87,8........453 .......... 14,5.....; 1.99

особенностью торфяных почв является мозаичность их сложения. Показания ОВ значительно варьируют даже в пределах одного слоя. Так, в верхнем слое корвеобитаемого горизонта (0-10 см) ОВ составляет 0,1600,191 г/см3, в слое 10-20 см - 0,153-0,210 и в слое 20-30 см - 0,158-0,252 г/см3. Причем, зачастую средний слой (10-20 см) характеризуется более высокими значениями ОВ, чем нижний. По мнению С.Э.Вомперского (1968), начиная с глубины 20 см действие осушения на почну выражено слабее, а в слое 0-5 см моховой покров занижает значения ОВ, особенно с удалением от канав. Значения скважности и полной влагоемкости с глубиной уменьшаются. УВ верхнего слоя составляет от 1,55 до 1,75 г/см ', среднего - 1,42-1,66, нижнего - 1,44-1,57 г/см3. Значения скважности колеблются в пределах 5 %. Кроме того, почвы на опытном объекте характеризуются высокой зольностью, значения которой на отдельных пробах достигают 22 % в верхнем 0-10 см слое. Несмотря на то, что с глубиной зольность уменьшается, даже в нижнем слое ее значения составляют не менее 7 %. По данным ряда авторов (Вомперский, 1968; Морозова, 1987; Чиидяеи, 1995) торфяные почвы с зольностью более 6-7 % считаются потенциально плодородными -и пригодны для выращивания древостоев вплоть до I класса бонитета.

Обменная кислотность торфа несколько увеличивается ближе к каналу и выше по профилю, что, скорее всего связано с вымыванием оснований из верхних слоев в нижние и с увеличением проточности по мере приближения к каналу. Ее значения в верхнем слое составляют 4,44,8, в среднем - 4,6-4,9, в нижнем -4,7-5,1.

В главе дается также характеристика водных свойств торфа, которые во многом определяются его физическими показателями.

4.3 Химический состав торфа.

Минеральная часть торфов состоит как из веществ генетически связанных с растспиями-торфообразователями, так и веществ, не связанных с ними, но вовлеченных в биологический круговорот после привноса в профиль торфяной почвы извне эоловым путем или грунтовыми, речными, атмосферными водами. Химический анализ почвы корнеобитаемого горизонта выполнен на 6 ПП. Следует отметить, что

ш

концентрация элементов в почве значительно варьирует даже на соседних участках. Их концентрация с глубиной уменьшается. Наибольшую из всех элементов концентрацию имеет железо, максимальное значение которой отмечено в верхнем слое корнеобитаемого горизонта (0-10 см) равное 3,40 % и минимальное в нижнем слое (20-30 см), равное 0,24 %. Коэффициент вариации составляет от 21 до 40 %.

Значительную концентрацию имеет и кальций, амплитуда колебаний которой больше в верхнем слое и составляет 0,93 до 2,36 % и меньше в нижнем 1,32-1,76 %. Как правило, концентрация кремния в низинных торфах меньше, чем и верховых и составляет около 1 %. Концентрация алюминия п корнеобитаемом горизонте колеблется от 0,91 до 0,58 %, серы

- 0,12 до 0,35, что в среднем составляет около 0,2 % к абсолютно сухому веществу. Фосфор как и другие элементы аккумулируется в верхнем слое, с глубиной концентрация его уменьшается в два раза и в среднем по слою 0-30 см составляет 0,116 % (от 0,152 в верхнем до 0,075 % в нижнем слое). В.Н.Ефимов (1980) определяет концентрацию фосфора в низинном торфе от 0,08 до 0,6, а В.А.Ипатьев и др. (1984) - от 0,1 до 0,4 %. И в том и в другом случае концентрация фосфора в почвах нашего объекта соответствует нижней границе приводимых значений.

Также весьма варьирует содержание в почве микроэлементов В слое 0-10 см содержание калия составляет 668 мг/кг, магния - 954, хлора - 390, натрия - 401, марганца - 595, никеля - 79, хрома - 50, кобальта - 23, меди

- 165, цинка - 117 мг/кг. Следует отметить, что торфяная почва на объекте обеспечена всеми перечисленными элементами, а содержание хрома, никеля, кобальта, меди и цинка превышает величины, известные по литературным данным на другах территориях.

ГЛАВА 5 ЛЕСОВОЗОБНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПОД ПОЛОГОМ БОЛОТНЫХ ДРЕВОСТОЕВ

5.2 Предварительное возобновление.

Под пологом болотных древостоев естественное возобновление протекает неудовлетворительно, что обусловлено, в основном, высоким положением уровня ПГВ и структурными особенностями древостоя. Установлено, что на объекте исследований в одноярусных хвойно-лиственных древостоях подроста ели меньше (1-1,3 тыс. шт/га), чем в двухъярусных лиственно-хвойных дрсвостоях (1-2,3 тыс. шт/га) (табл. 3). Наряду с этим, в одноярусных дрсвостоях максимальное количество елового подроста (1,3-1,4 тыс. шт/га) имеется при полноте 0,9-1,0, а в двухъярусных - при полноте 2 яруса 0,6-0,7 (1,5-2,3 тыс. шт/га). Установлено также, что возникновение елового подроста наблюдается даже при единичном участии ели в составе древостоя (Чиндяев, Маковский, 1987; Медведева, 1989). Так, при наличии в составе 5 единиц ели численность подроста составляет около 1,5 тыс шт/га, при этом густота

Il

аолица j

№ Ярус, состав ПП древостоя

всего

в т.ч.

Численность подроста, шт/га

ели

! ! 1- 5БЗС2Е 1,33 .......7 1363 664 ........610

: 14 1- 8Ё2Б................... 0,75..............747......;......671 ...... Î059.........

.....15 : "" 1-УЁ2СЗБ ..............0,90..................1126 ......7-17 ......... 1368 '

Ï3" "1-5ЁЗБ2С.......1...........1.01.....................1000 ! 780 ;.........1352

22 ! НН>. 2 8Н20 0,59 0,16 ' 937.............574.....^ .....1013

12 ! - 5051). 2-ТоЕ Г 1.06 ": " 0,40........1484 "Г 847 г 1474

; 21........;.....1-9Б1С. 2- ЮН .....0,60 0,71 "1 1362" . 1076 ? ......Ï528.....

.... ]()i; 2- 8П2С ! 0,40 : 0.61 j i084.....Г 817..... ......Î889"

i '24 : i-\oi^ 2- 7H3(: ; d.38 ; ; _ i262 г " ssV j . * 2306......

древостоя должна быть 800-1000 деревьев ira 1 га. Качественное состояние подроста имеет различия в зависимости от ярусности древостоя. Большее количество благонадежного подроста имеется в одноярусных древостоях (89 % от его общей численности), чем в двухъярусных (78 %). Аналогичные данные получены и Столяровым и др. (1991) для елово-березовых древостоев севера.

В болотных древостоях преобладает подрост высотой 0,26-0,50 м (2 группа-'высоты). Однако, в двухъярусных его доля больше (59 %), чем в одноярусных (48 %). По мере увеличения высоты подроста его численность резко снижается, причем больше в двухъярусных, чем в одноярусных.

По группам высоты подрост - характеризуется следующими показателями: возраст подроста 2, 3, 4 и 5 групп высоты составляет соответственно 14, 18, 25 и 34 года, высота 37, 74, 126 и 170 см. Положительно сказалось осушения на росте подроста. Прирост по высоте подроста 2 и 3 группы высот увеличился в 1,3 и 1,6 раза; 4 и 5 групп - в 1,5 и 1,8 раза. Причем абсолютные значения прироста составили в среднем 3,6, 6.0, 7,9 и 10,4 см в год. Важным является и то, что с каждым годом после осушения прирост по высоте продолжает увеличиваться.

5.2 Последующее возобновление.

На интенсивное возобновление после осушения , особенно в первое его десятилетие, указывают многие авторы (Сабо и др., 1981; Ипатьев и др., 1984; Чиндяев, 19886; Гаврилов, 1994; Матвеева, Чиндяев, 1996). Так, на объекте исследований под пологом хвойно-листвспных древостоев численность благонадежного подроста ели последующей генерации в среднем составляет 1,7 тыс. шт/га или или 91 % от общей его численности.

Кроме того, отмечена тенденция к увеличению количества подроста с удалением от канала.

Подрост последующей генерации представляет 1 группу высоты и характеризуется следующими средними показателями: высота - 16,5 см, возраст - 6 лет, средпегодичный прирост по высоте - 1,8 см.

Таким образом, в результате осушения численность подроста увеличилась почти в 2 раза и составила в среднем 2,9 тыс. шт/га (1947-3783 шт/га). Такое количество подроста хвойных пород по существующим шкалам (Руководство..., 1986; Основные положения..., 1995) соответствует нижней границе удовлетворительного возобновления на осушенных болотах и не требует создания лесных культур. Наряду с подростом ели под пологом древостоев имеется подрост сосны высотой до 30 см и около 1 тыс. шт/га возобновления березы высотой 15-20 см, расположенного группами

5.3 Химический состав хвои подроста ели.

Исследования химического состава хвои подроста ели на осушенных болотах на Среднем Урале проведены впервые, поэтому данные по содержанию элементов сравнивали с существующими показателями на суходольных и болотных площадях (Вомперский, 1968; Лир и др., 1974; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). Считается, что насаждения низших классов бонитета характеризуются меньшим содержанием физиологически важных элементов в хвое. Результаты анализа свидетельствуют что однолетняя хвоя. подроста ели обеспечена большинством элементов питания (табл. 4).

Таблица 4

Концентрация зольных элементов в хвое подроста ели 1-5 групп высоты, %

Группа

К Са Р 1 Мп . М_ц ; Я 1-е Си

1 1 0,099 [0,264 : 0,041 I 0,042 ; 0,020 : 0,012 ; 0,020 1 0,008 : 0,006

2.......'• 0,146 0,140 0,034 0,098 : 0,017 0.007 * 6,015 ' 0.007 0,003

3......."(1.361 : 0,450 : а095 ! 0,061 : 0,0 И 0,036 : 0,043 : 0,008'. 0.013'

"4 .....: (1229 • 0.513 Т 0,074 ^ 0,028 • 0,026 : 0.069'' 0,049 Го,005 ; 0,022

5......: 0Л22 ! 0,319 0,079 ' 0,019 : 0.032 (!,(№\ 0,026 0,006; 0,008"

Сред няя

0,231 , 0,337 | 0,065 ! 0,050 ; 0,027 | 0,032 | 0,031 ; 0,007 ; 0,010

Так, концентрация калия, кальция, фосфора, марганца, магния, кремния, серы поданным С.Э.Вомперского (1968) является недостаточной или соответствует нижней границе обеспеченности. Содержание железа и меди аналогично его данным. По мнению других авторов (Лир и др., 1974) недостаточной является концентрация калия, кальция и серы. Концентрация остальных элементов (Р, Мп, Б!, Ре) является достаточной и

даже большей Си). Ряд распределения элементов выглядит

следующим образом: Са>К>Р>8|'>8>Рк%. Наибольшую концентрация имеет хвоя подроста 3 и 4 групп высоты.

ГЛАВА 6 РЕАКЦИЯ ДЕРЕВЬЕВ ЕЛИ ИЛ ОСУШЕНИЕ

6.1 Динамика прпроста по радиусу.

Изучение прироста по радиусу выполнено за 9-летние периоды до и после осушения, когда древостой находился в начальном периоде перестройки и приспособления к изменившимяс в результате мелиорации условиям среды (Рубцов, Книзе, 1981).

Анализ прироста' ели по радиусу до осушения показал, что крупные и средние по размерам деревья находились в фазе падения ростовой активности, а тонкие - продолжали, хотя и незначительно, увеличивать прирост (рис. 1).

После осушения деревья ели разной толщины по-разному реагируют на осушение. Наиболее активной реакцией характеризуются тонкие деревья. Их диаметр составляет 8-12 см, возраст колеблется в пределах 6179 лет, высота - ¡0-12 м. В результате осушения прирост по радиусу увеличился в 1,6 раза и составил после осушения в среднем 0,9 мм в год. Больший прирост по радиусу наблюдается в древостоях с преобладанием ели и средней полнотой (0,75).

Менее активно, чем тонкие реагируют на осушение средние по диаметру деревья (12-14 см). Их высота составляет в среднем 16 м, возраст - 79 лет. Прирост по радиусу после осушения таких деревьев увеличился на 40 % и составил 1,16 мм в год.

Наиболее слабой реакцией на осушение характеризуются крупные по диаметру деревья ели, диаметром более 14 см. Высота крупных деревьев варьирует в пределах 19-22 м, возраст - 91-М 1 лет. В результате осушения они увеличили радиальный прирост лишь в 1,1 раза, и он составил после осушения 0,94 мм в год.

Выявлено также, что деревья ели разной крупности характеризуются разным периодом адаптации. Средние деревья начинают увеличивать прирост по радиусу с первого года осушения, крупные - со второго, а тонкие в силу большей угнетенности - лишь с третьего года осушения.

Таким образом, наиболее активно на осушение реагируют тонкие и средние по крупности деревья ели.

6.2 Динамика прироста ели но высоте.

Динамика прирост ели по высоте существенно отличается от динамики радиального прироста. Так, до осушения лишь крупные по диаметру деревья ели несколько увеличивали прирост, так как они составляют верхний полог древостоя (рис. 2).

Средние и особенно тонкие деревья ели до осушения снижали прирост по высоте. После осушения деревья ели всех категорий крупности

Рис. 1 Динамика прироста ели но радиусу

Рис. 2 Динамика прироста ели по высоте

увеличили прирост в 1,4-],7 раза. Однако, его абсолютная величина минимальна у крупных деревьев и составляет в среднем 10,4 см. У тонких и средних по диаметру деревьев ели прирост по высоте увеличился в 1,4 и 1,5 раза, что составляет после осушения соответственно 16,4 и 15,8 см в год.

Таким образом, и по высоте лучшим приростом характеризуются тонкие и средние по размерам деревья ели.

6.3 Критерии отбора деревьев ели в рубку.

Исходя из различной реакции деревьев ели на осушение нами предпринята попытка обосновать критерии их отбора при проведении выборочных рубок в осушаемых елово-лиственных древостоях. При анализе связи возраста , высоты и диаметра деревьев ели разной крупности с их приростом по высоте оказалось, что наиболее объективную реакцию на осушение отражает высота деревьев. Установлено, что начиная с высоты 16 м ель разного диаметра и возраста резко снижает прирост по высоте. Причем, чем выше деревья, тем меньший текущий прирост онн имеют (табл. 5).

Таблица 5

Динамика прироста по высоте деревьев ели разной высоты после осушения

Высота, ; Текущий годичный прирост по высоте за годы осушения, см '

м 1 2 3 1 „ 4 5 : Средний

7-9....." Г '......10.......~...... ..........11.......... .......13 .........; г........"'16 "" ........23........ 14,6

10-12 Г .....13.......... ......14 ' :"" 17.....: :......17........: .....21 "" 16.4

13-15" Т " ' 17..........; ........13........ ' 18.......: : 21 :.....32" 1 20,2

16-18 ~ - ..........8.....*......; .......9......... : 10........... '......11 16 .......10,8

19-21.....Г ......<Г.........; 7 7 ........10 ;"" 9 ■ 7,8

Деревья ели высотой более 16 м имеют диаметр более 18 см и возраст - 81-100 лет. Такие деревья, как уже отмечалось, характеризуются и низкими темпами прироста по радиусу.

Поэтому, при проведении неенлошных рубок в осушаемых елово-лиственных древостоях на низинных болотах Среднего Урала в первую очередь, наряду с сухостойными, поврежденными, необходимо выбирать наиболее крупные деревья ели высотой более 16 м и диаметром более 20 см. Это позволит выровнять вертикальный полог древостоя, избежать вывала ели, спять угнетение средних.и тонких деревьев, а также корневую конкуренцию за элементы минерального питания.

ГЛАВА 7 ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ ДРЕВОСТОЯ, ОСОБЕННОСТИ РОСТА ПОДРОСТА И ТРАВЯНО-КУСТЛРНИЧКОВОГО ЯРУСА ПОД ВЛИЯНИЕМ ВЫБОРОЧНЫХ РУБОК

7.1 Густота и запас древостоя.

Как и следовало ожидать, изменение численности деревьев и запаса древостоя зависят от интенсивности проведенных рубок. Поскольку в первую очередь вырубались перестойная береза, сосна и ель согласно вышесказанным критериям, интенсивность рубки была обусловлена их наличием в составе древостоя. Интенсивность рубки по числу стволов варьировала от 8 до 35 %, по запасу - от 10 до 50 %. При максимальной

выборке вырублено деревьев 350 шт/га, а по запасу - 90 м'Уга. При этом интенсивность рубки должна лимитироваться тем, чтобы после рубок оставалось не менее 800 стволов на 1 га. При несоблюдении этого условия увеличивается опасность ветровала, а увеличение освещенности способствует чрезмерному разрастанию травяной растительности, что затрудняет лесовозобновительные процессы.

7.2 Состав и полнота древостоя.

Одна нз целей проведения выборочных рубок в осушаемых древостоях - улучшение породного состава, что также определяется интенсивностью рубок. При интенсивности рубки 10-30 % по запасу и до 15 % по числу стволов состав древостоя не меняется. При интенсивности рубок 37-45 % доля ели в составе древостоя увеличилась на 1-2 сд. Л при максимальной интенсивности, равной 50 % по запасу, участие ели в составе остающейся части древостоя увеличилось па 3 ед. Иначе говоря, интенсивностью рубок можно сформировать желаемый породный состав -древостоя.

В зависимости от интенсивности изреживания древостоя полнота снижается на 0,1-0,5. Минимальной следует считать полноту равную 0,5 (при густоте деревьев не менее 800 шт/га). И если в высокополнотных древостоях возможны рубки интенсивностью 45-50 % по запасу, то в среднеполнотных древостоя интенсивность изреживания должна составлять 30-35 %. Рубки же малой интенсивности (10-20 %) существенных изменений в древостое не вызывают, хотя и улучшают его санитарное состояние.

Изменение среднего диаметра древостоя при малой интенсивности рубки составляет 0,4 см, при средней 0,5-2,1 см, а при высокой - 2,8-3,9 см. Средний диаметр еловой части древостоя после рубки снизился и составляет 14,5 см, что свидетельствует о существенном омоложении древостоя.

7.3 Травяно-кустарничковый ярус.

Биологическая продуктивность травяно-кустарничкового яруса чаше всего обусловлена условиями освещения и полнотой древостоя. Так в опытных осушаемых елово-лиственных древостоях фитомасса травяного покрова составляет в среднем 18 г/м2. В изреженных рубками древостоях эта величина в 3-5 раз больше и составляет 58-107 г/м2. В составе травяно-кустарничкового яруса преобладают осоковые, злаки, а также лесное мелкотравье (линнея северная, грушанка круглолистная и др.). Кустарнички представлены, в основном, малиной полярной и костяникой хмелелистной.

7.4 Подрост ели.

Улучшение экологической обстановки под пологом леса после выборочных рубок активизирует рост подроста ели. Прирост но высоте у подроста последующей генерации увеличился в 1,2-1,3 раза, причем

большие его значения имеют место при полноте древостоя после рубки равной 0,6. После рубок увеличивается и прирост подроста ели предварительной генерации. При этом, чем выше подрост, тем больший прирост по высоте он формирует. В осушенном древостое, при полноте, равной 0,9, прирост по высоте у подроста высотой более 0,5 м начинает снижаться. То есть рост подроста ели по высоте после рубки древостоя обусловлен полнотой оставшейся его части.

7.5 Морфометрическая характеристика хвои подроста ели.

Состояние ассимиляционного аппарата деревьев и подроста обычно характеризуется длиной и шириной хвои, массой 100 пар хвоинок, ассимиляционной поверхностью хвои. Такие данные были получены для хвои подроста ели предварительной и последующей генерации на осушаемых низинных болотах Среднего Урала впервые.

Выяснено, что через три года после рубки древостоя длина хвои подроста ели имеет небольшие различия: подрост ели высотой до 50 см формирует хвою длиной в среднем 0,9 см, более высокий подрост -1,05 см. Ширина хвои варьирует в пределах 0,75-1,07 мм.

Масса 100 пар хвоинок елового подроста несколько больше там, где проведены рубки большей интенсивности. Естественно, что чем выше подрост, тем большую массу имеет его хвоя. Масса 100 пар хвоинок подроста I группы высоты колеблется в пределах 0,135-0,165 г, 5 группы -0,253-0,476 г.

Поверхность одной сухой хвоинки ели у подроста 1, 2, 3, 4 и 5 группы высоты в среднем составляет соответственно 20,1, 20,8, 29,1, 29,5 и 34,4 мм2 при полноте древостоя равной 0,5-0,9.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Таким образом, выполненные исследования относятся к начальному этапу перестройки и приспособления древостоя к изменившимся условиям среды под влиянием осушения Проведение именно в этот период выборочных рубок усиливает эффект от осушительной мелиорации. Сроки проведения рубок после осушения должны быть обусловлены полнотой древостоя, их породным составом и возрастом. При полноте древостоя более 1,0 рубки можно проводить через 7-8 лет, при меньшей полноте -через 10-12 лет. Этот период необходим для формирования после осушения хвойного подроста, благоприятные условия для возникновения которого складываются в одноярусных древостоях при полноте 0,9-1,0, в двухъярусных - при полноте 2 яруса 0,6-0,7, и количеством деревьев ели не менее 800 шт/га.

В рубку назначаются сухие, фаутные деревья всех пород, перестойные деревья сосны и березы, а также ель высотой более 16 м. Назначение в рубку ели обусловлено ее высотой, независимо от диаметра и возраста. Так как ель высотой более 16 м слабо реагирует на осушение, она и является

объектом рубки. Густота древостоя после рубок должна составлять не менее 800 деревьев на 1 га, при этом необходимо обеспечить сохранение подроста и тонкомера ели".

Также, необходимо учитывать породный состав древостоя и возможности его улучшения. Оптимальным следует считать наличие в составе 2-3 ед. березы. Подобный состав древостоя на осушаемом низинном болоте будет обладать необходимой устойчивостью, что снизит вероятность вывала ели. Интенсивность рубки должна обусловливаться устойчивостью древостоя после их проведения. Снижение полноты при рубках возможно до 0,5 в древостоях с преобладанием в напочвенном покрове мелкотравья и до 0,6 - с преобладанием злаковых и осок.

Выполнение данных предложений при проведении выборочных рубок в осушаемых хвойно-лиственных древостоях позволит формировать продуктивные древостой, наиболее полно соответствующие лесорастительным условиям. Наряду с этим, обеспечивается сокращение срока выращивания новых древостоев, и сохранение лесопокрытых площадей со всеми свойствами и признаками леса.

ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ:

1. Лесоводственно-мелиоративная характеристика лесоболотного стационара «Мостовое» // Опытное лесохозяйственное предприятие Уральской лесотехнической академии. Екатеринбург: УГЛТА, 1995. С.67-80. (соавт. А.С.Чиндяев, А.Р.Иматов)

2. Обоснование критериев реакции ели на осушение // Леса Урала и хозяйство в них. Вып. 18. Екатеринбург: УГЛТА, 1995. С 128-132. (соавг. А.С.Чиндяев)

3. Лесовозобновление в болотных хвойно-лиственных древостоях // Актуальные проблемы лесоведения / Тез. молод, конф ин-та леса УрО РАН. Екатеринбург: изд-во Урал, ун-та, 1996. С. 42-44. (соавт. А.С.Чиндяев)

4.- Рубки главного пользования в древостоях на осушаемых торфяных почвах Среднего Урала // Гидролесомелиорация: наука -производству / Тр. С1Т6НИИЛХ. С.-Петербург, 1996. С.45-46. (соавт. А.С.Чиндяев)

5. Главные рубки в болотных древостоях Среднего Урала // Лесной журнал. № 4-5. Архангельск: гос. техн. ун-т, 1996. С. 40-45. (соавт. А.С.Чиндяев)

6. Ветроустойчивость осушенных елово-лиственных древостоев после несплошных рубок // Гидротехническая мелиорация земель: ведение лесного хозяйства и вопросы экологии / Тр. СПбНИИЛХ. С.-Петербург, 1997. С.79-80. (соавт. А.С.Чиндяев)

7. Лесоводственная эффективность осушения болот Среднего Урала // Гидролесомелиорация и эффективное использование земель лесного фонда / Ииф. мат-лы к совет. 12-14 августа 1998 г. Вологда, 1998. С. 54-56. (соавт. А.С.Чиндяев)

Принято к печати:

1. Динамика естественного возобновления на осушенных низинных болотах // Леса Урала и хозяйство в них. Вып. 19. Екатеринбург: УГЛТА. (соавт. А.С.Чиндяев)

2. Особенности формирования травяного покрова под влиянием выборочных рубок на осушенном низинном болоте // Леса Урала и хозяйство в ник. Вып. 20. Екатеринбург: УГЛТА. (соавг. А.С.Чиндяев)

3. Свойства почв осушенных низинных болот // Леса Урала и хозяйство в них. Вып. 20. Екатеринбург: УГЛТА.

4. Влияние осушения и выборочных рубок на элементы фитоценоза в болотных лесах И Сб. молол, ученых. Екатеринбург: УГЛТА.

5. Особенности химического состава торфяной почвы // Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса. Екатеринбург: УГЛТА.

Поди, в печать^^"(|ЗЙ98. Объем 1 п.л. Зак. №<?С?Тираж 100 Уральская государственная лесотехническая академия 620032 Екатеринбург, Сибирский тракт, 37 Отдел оперативной полиграфии

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Матвеева, Мария Александровна, Екатеринбург

УРАЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

Матвеева Мария Александровна

ВЛИЯНИЕ ОСУШЕНИЯ И ВЫБОРОЧНЫХ РУБОК НА ХВОЙНО-ЛИСТВЕННЫЕ БОЛОТНЫЕ ДРЕВОСТОЙ

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

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор, член-корр. РАЕН, академик МАН ВШ, А.С.Чиндяев

Екатеринбург-1998

Содержание

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................4

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.............................................7

ГЛАВА 2 ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ 2Л Физико-географическое положение Свердловской

области, геология и рельеф...........................................17

2.2 Климат, почвы и растительность....................................19

2.3 Характеристика лесных ресурсов и ГЛМФ области............25

ГЛАВА 3 ПРОГРАММА, МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБЪЕМ

СОБРАННОГО МАТЕРИАЛА. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Программа и методика исследований, объем собранного материала................................................................28

3.2 Характеристика объекта исследований...........................31

3.3 Климатические особенности района исследований............41

ГЛАВА 4 ИЗМЕНЕНИЕ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ И ПОЧВЕННЫХ

УСЛОВИЙ НА ОБЪЕКТЕ НА ОСУШЕНИЯ

4.1 Гидрологический режим.............................................46

4.2 Почвенные условия...................................................56

4.3 Химический состав торфа............................................65

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 5 ЛЕСОВОЗОБНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПОД ПОЛОГОМ БОЛОТНЫХ ДРЕВОСТОЕВ

5.1 Последующее возобновление........................................80

5.2 Предварительное возобновление....................................88

5.3 Химический состав хвои подроста ели.............................94

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 6 РЕАКЦИЯ ДЕРЕВЬЕВ ЕЛИ НА ОСУШЕНИЕ

6.1 Динамика прироста по радиусу.....................................104

6.2 Динамика прироста по высоте............................■..........114

6.3 Критерии отбора деревьев в рубку................................118

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 7 ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ ДРЕВОСТОЯ И НИЖНИХ ЯРУСОВ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ПОД ВЛИЯНИЕМ ОПЫТНЫХ ВЫБОРОЧНЫХ РУБОК

7.1 Густота и запас древостоя.........................................125

7.2 Состав и полнота древостоя.......................................129

7.3 Растительный покров...............................................138

7.4 Подрост ели...........................................................150

7.5 Морфометрическая характеристика хвои подроста ели.....156

ВЫВОДЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.................173

ЛИТЕРАТУРА...:.................................................................178

ПРИЛОЖЕНИЕ.....................................................................196

Введение

Актуальность темы. Улучшение использования земель лесного фонда связано со своевременным регулированием и правильной организацией этого процесса. Наличие большой площади заболоченных земель снижает общий ежегодный прирост древесины и является серьезным препятствием для ведения лесного хозяйства и освоения . спелых и перестойных насаждений. Гидротехническая мелиорация как основной вид мелиорации заболоченных и избыточно увлажненных земель лесного фонда имеет целью повышение производительности лесов и вовлечение обширных болотных площадей в лесохозяйственный оборот.

Согласно принятой в 1997 г. Федеральной целевой программе «Леса России» на период до 2001 г. предстоит мелиорировать 98 тыс. га земель, в т.ч. по Рослесхозу - 83 тыс. га. Одним из условий выполнение этих работ является четкая их организация и научная обоснованность. В ряду лесохозяйственных мероприятий на осушаемых площадях важное место принадлежит несплошным рубкам, которые не оказывают отрицательного воздействия на природную среду, позволяют формировать хвойные насаждения без лесных культур с меньшим периодом выращивания, - было подчеркнуто и на международном совещании по гидролесомелиорации 12-14.08.98 в г.Вологде. Поэтому весьма актуально изучение влияния несплошных рубок на основные компоненты биоценоза в богатых лесорастительных условиях. Данное направление исследований вполне соответствует принятому правительством «Федеральному закону о мелиорации земель».

Цель и задачи исследований. Целью работы являлось обоснование выборочных рубок в хвойно-лиственных осушаемых древостоях, установление критериев назначения деревьев в рубку, а также определение оптимальной интенсивности выборочных рубок. Для

выполнения поставленных задач исследован широкий круг вопросов, связанных с трансформацией компонентов фитоценозов, их количественных и качественных характеристик.

Научная новизна. Впервые на Среднем Урале проведены выборочные рубки в осушаемых хвойно-лиственных древостоях. Обоснована интенсивность рубок в насаждениях. Исследовано состояние и количество подроста ели предварительной и последующей генераций на низинных болотах и его реакция на осушение и выборочные рубки. Впервые проанализировано содержание микро- и макроэлементов в хвое . подроста ели осушенных болот, дана характеристика ее биометрических показателей. Изучены основные физико-химические свойства торфяной почвы и содержание в ней элементов питания. Дана характеристика травяно-кустарничкового яруса и изменение ее биологической продуктивности под влиянием выборочных рубок. Все перечисленное создает опытную базу для дальнейших исследований в этом направлении.

Практическая ценность работы. В результате проведенных исследований обоснованы выборочные рубки в елово-лиственных осушаемых древостоях, установлены критерии назначения деревьев ели в рубку, а также разработаны предложения по подбору болотных древостоев для проведения выборочных рубок, особенно в зоне первоочередных (в области) лесоосушительных работ. Проведение этих мероприятий обеспечивает как дополнительное получение до 100. м3/га древесины, так и непрерывное лесовыращивание, когда осушаемые площади постоянно заняты лесом, что исключает вероятность вторичного заболачивания в результате рубок.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на региональной молодежной научной конференции «Актуальные проблемы лесоведения» (Екатеринбург, 1996), совещании

«Гидролесомелиорация: наука - производству» (С-Петербург, 1996), совещании «Гидротехническая мелиорация земель, ведение лесного хозяйства и вопросы экологии» (С-Петербург, 1997), конференции молодых ученых и аспирантов (Екатеринбург, 1998), совещании «Гидролесомелиорация и эффективное использование земель лесного фонда» (Вологда, 1998).

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 7 печатных работах. Пять работ находятся в печати.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения, приложения и списка использованной литературы, включающего 171 работы, в том числе 4 на иностранных языках. Основной материал изложен на 100 страницах машинописного текста, имеет 48 таблиц, 29 рисунков и 4 приложения.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Осушение земель и связанные с ним исследования имеют Давнюю историю. В небольших объемах осушительные работы в России проводили еще в 16-17 веках. Осушение лесных земель с целью улучшения условий ведения лесного хозяйства и повышения продуктивности леса началось лишь в 19 веке. Первые работы были проведены под Петербургом (Сабо, 1966).

В настоящее время, в целом по России имеется 3,5 млн.га осушенных лесных земель (Колобов, 1978; Бабиков, 1984), но объемы лесоосушения в последние 10 лет снижаются по экономическим причинам. Поэтому, в данной ситуации реальными являются предложения о выборочной (Елпатьевский и др., 1970; Сабо, 1985) или поэтапно-дифференцированной, ограниченно-целевой (Ефремов, 1986) осушительной мелиорации, которая вполне приемлема на Среднем Урале (Чиндяев, 1988; Чиндяев и др., 1988а). Выборочное осушение обеспечит более быстрое освоение самых эффективных объектов, поскольку пока это единственный широко применяемый способ повышения продуктивности лесов и расширенного воспроизводства лесных ресурсов.

В отличие от минеральных, на торфяных почвах в условиях постоянного избыточного увлажнения древесные растения имеют свои специфические особенности роста, обусловленные почвенными и микроклиматическими факторами. Высокое стояние уровня почвенно-грунтовых вод уменьшает корнеобитаемый горизонт почвы (Згуровская, 1962). Установлено (Вомперский, 1968; Ефремов, 1987), что в верхнем 10-см слое торфа сосредоточено до 98 % всей массы корней древесной и кустарничковой растительности. Поверхностные слои торфяной почвы наиболее плотно заселены микрофлорой и почвенной фауной, что вызывает интенсивное потребление питательных элементов.

Значительное потребление их происходит и травяно-кустарничковой растительностью. Все это вызывает обостренную конкуренцию за элементы питания между корневыми системами рядом расположенных деревьев (Heikurainen, 1959; Пьявченко, 1960). Однако основной причиной угнетающего влияния переувлажнения является кислородное голодание древесной растительности (Лопатин, 1947; Бабиков, 1963; Вомперский, 1968; Смирнов, 1987).

Неблагоприятные условия произрастания древесной растительности на неосушенных болотах ограничивают породный состав лесов лишь теми, которые в той или иной степени приспособлены к длительному переувлажнению почвы, слабой аэрации и недостатку питательных веществ. Поэтому болотные леса, по сравнению с лесами на дренированных почвах, характеризуются небольшой высотой, значительной сбежистостью стволов, малой сомкнутостью крон на' верховых болотах и высокой полнотой на низинных. Лесоосушительная мелиорация, выполняющая задачу направленного регулирования водного режима почв, является одной из наиболее эффективных и надежных форм повышения продуктивности заболоченных лесов.

Гидролесомелиорация позволяет улучшить термический режим 'почвы, так как в результате осушения удаляется избыток гравитационной воды из пор почвы (Валк, 1959; Козловская, 1975; Смагина, 1987). Также, в результате осушения понижается уровень ПГВ, что улучшает и гидрологический режим почвы (Эркин, 1934; Будыка, 1959; Пятецкий, 1963; Смоляк, 1969; Елпатьевский и др., 1970; Медведева, 1971; Бабиков, 1976; Корепанов, 1984; Ефремов, 1987; Чиндяев, 1995; Бабиков, 1998). Наряду с этим изучаются и особенности трансформации лесорастительных свойств торфяных почв в результате осушения: водно-физические и химические свойства почвы, динамика подвижных форм элементов питания (Вомперский, 1968; Корепанов,

Дружинин, 1994; Чиндяев, 1995; Апарин, 1998; Тимофеев, Савицкая, 1998). Уделяется внимание реакции нижних ярусов растительности лесоболотных биогеоценозов (Шахова, 1974; Корепанов, Малеев, 1980; Маковский, Чиндяев, 1988; Маковский, Новогородова, 1990).

Наибольшее же число публикаций посвящено изучению реакции древесных фитоценозов на осушение (Буш и др., 1960; Сабо, 1966; Вомперский, 1968; Залитис, 1982; Артемьев и др., 1983; Чиндяев, 1988, 19954 Чиндяев, Матвеева, 1998).

В то же время вопросам ведения хозяйства на лесопокрытых осушенных площадях не уделялось до сих пор должного внимания, хотя большое разнообразие их растительных условий, безусловно, предопределяет дифференцированный подход к ведению хозяйства в этих лесах. А критерием эффективности осушения на лесопокрытых площадях служит, в конечном, итоге, дополнительный прирост стволовой древесины, который наращивают древостой под влиянием изменяющихся при понижении уровня ПГВ почвенных и микроклиматических условий. Исследования динамики приростов, отпада, фаутности, возобновления в осушенных лесах показали, что для выращивания на осушенных площадях высокопроизводительных древостоев с качественной древесиной необходима разработка системы лесохозяйственных мероприятий, направленных на оптимизацию возрастной структуры и строения древостоев применительно к условиям произрастания, возраста древостоев и давности мелиорации. Поэтому преобразование древостоев, поступающих в осушение, в соответствие с лесорастительными условиями, иными словами, формирование древостоев оптимального состава и возрастной структуры с помощью рубок, является актуальной задачей.

А.А.Книзе (1972), обращая внимание на более позднее наступление количественной спелости в таких лесах, считает установление в них

возрастов рубок, принятых для суходольных лесов, необоснованными. В Швеции, например, возраст рубки устанавливают в зависимости от условий местопроизрастания, чем они беднее, тем выше возраст рубки (Хонелл, Сирин, 1997). К.К.Буш и др. (1960), ссылаясь на слабую отзывчивость спелых и перестойных древостоев на осушение рекомендует вырубать их одновременно со строительством мелиоративной сети. Другие авторы (Кузнецов, Рубцов, Книзе, 1977) указывают на целесообразность проведения лесохозяйственных мероприятий в мелиорированном насаждении через 20-25 лет, когда выравниваются классы бонитета наличного древостоя и новых лесорастительных условий. Г.Е.Пятецкий (1976) рекомендует вырубать как средневозрастные, так и перестойные древостой через 35-45 лет; молодняки, возникшие до осушения - через 50-60 лет, а древостой, сформировавшиеся на болотных почвах после осушения : через 80-100 лет. При этом он отмечает, что вопрос о рубках главного пользования в осушенных лесах требует специального изучения. Отсутствие единого методического подхода к решению вопросов лесоводственно-экономического обоснования лесохозяйственных мероприятий в мелиорированных насаждениях порождает нередко негативное отношение к возможности их рационального использования и целесообразности их осушения вообще.

Сплошные рубки главного пользования на осушаемых площадях нередко создают проблемы для последующего лесовозобновления: повышение уровней болотных вод, конкуренция со стороны быстрорастущих трав и кустарников, усиление опасности от низких температур зимой и высоких - летом (Хонелл, Сирин, 1997). Для сохранения же болотных вод на приемлемом для лесовозобновления уровне часто требуется дополнительный дренаж. Поэтому сплошно-лесосечные рубки рекомендуют проводить лишь в одновозрастных и

условно одновозрастных еловых древостоях, где в составе присутствует 7-8 единиц спелой ели (Ананьев и др., 1992), в спелых сосняках У-Уа класса бонитета с запасом сосны более 40 м /га, где нет достаточного количества перспективных для доращивания деревьев сосны и где частичная замена древостоя нецелесообразна ввиду сильной горизонтальной расчлененности полога вновь формирующегося насаждения после рубки (Лешок, Попов, 1983). При наличии благонадежного хвойного подроста эффективнее проводить рубки по технологиям, обеспечивающим максимальное его сохранение с применением агрегатной техники ЛП-19А + ЛТ-157 + ЛП-30Б (Бузун, Турко, 1994). Так, в низкополнотных сосняках, при сохранении 3-3,5 тыс.шт/га хвойного подроста после рубок необходимо проводить не менее двух уходов в течение 20 лет, так как береза (и другие лиственные породы) сильно угнетают сосновый подрост. При условии проведения перечисленных мероприятий формируются сосновые насаждения с небольшой примесью лиственных пород с полнотой 0,7 и выше (Медведева, 1989; Ананьев, Матюшкин, 1994).

В ельниках же, по данным В.А.Ананьева и С.А.Мошникова (1994), после рубок с сохранением 1-1,7 тыс.шт/га елового подроста и 300-600 -шт/га тонкомера через 10 лет формируется еловый древостой с запасом

3 3

47 м /га и абсолютной полнотой 8,5 м /га. При этом .отпад не превышает 2-3% по запасу. С.С.Лешок и П.П.Попов (1983) выделяют лесовосстановительную рубку, которая проводится в сосняках имеющих неэксплуатационные запасы (до 40. м /га), а доращивание сосны нецелесообразно. Оставляемый тонкомер сосны выполняет роль обсеменителей, то есть рубка носит лесохозяйственный характер.

Определенный опыт накоплен по проведению несплошных, реконструктивных, комплексных рубок (Не1кигатеп, 8ерра1а, 1966; Кузнецов и др., 1977; Медведева, Матюшкин, 1978; Столяров, Книзе,

1980; Федюков, Рубцов, 1980, Медведева, 1989; Ананьев и др., 1992). Изучение влияния таких рубок на изменение роста, породного состава, полноты и продуктивности древостоев, на ход процессов естественного возобновления весьма актуальны.

Рубки по улучшению возрастной структуры, проводимые в низкополнотных сосняках кустарничково-сфагновых с выборкой 3040%, по данным В.М.Медведевой (1989) малоэффективны. Напротив, хорошие результаты дают рубки по улучшению породного состава в сосняках травяно-сфагновых и травяно-болотных, а также рубки с выборкой всей спелой березы в хвойно-лиственных насаждениях. Аналогичные результаты получены В.А.Ананьевым и др. (1992). После реконструкции главную рубку назначают через 40-60 лет (Лешок, Попов, 1983).

Исследования роста насаждений, формирующихся после сплошных и выборочных рубок 50-летней давности и под влиянием длительного (80 лет) осушения выполнены А.М.Таракановым (1997). После сплошных рубок сосняка травяно-сфагнового (8С1Е1Б) с сохранением подроста и тонкомера ели и березы за 50-летний период сформировался разновозрастный березово-еловый древостой (1 ярус - 4Е6Б 2 ярус -ЗЕ7Б) 111,5 класса бонитета. �