Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние рубок ухода на возрастную динамику ельников южной тайги

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

Автореферат диссертации по теме "Влияние рубок ухода на возрастную динамику ельников южной тайги"

ПО и"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ им. С.М.Кирова

КУЗНЕЦОВ Евгений Николаевич

На правах рукописи

ВЛИЯНИЕ РУБОК УХОДА НА ВОЗРАСТНУЮ ДННАШСУ ЕЛЬНИКОВ ЮЖНОЙ ТАЙГИ

06.03.03.- "Лесоведение и лесоводство,

лесные пожары и борьба с ними"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург 1994

Работа выполнена в Санкт-Петербургской лесотехнической академии им. С.М.Кирова

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Сеннов С.Н.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор Маслаков Е.Л..

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Полубояринов О.И.

Ведущая организация: Комитет по лесу

Ленинградской области

Защита состоится "29" <^гк£и>р>Я 1994 г. в // часов на заседании специализированного совета К 063.50.01 в Санкт-11е-тербургской лесотехнической академии им. С.М.Кирова . (194018, Санкт-Петербург, Институтский пер., д. 5, главное здание, зал заседаний).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

- з -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. В настоящее время объём рубок ухода за лесом постоянно увеличивается. В этих условиях большое значение приобретает их теоретическое обоснование. Необходимы знания естественных процессов, происходящих в лесном■ биогеоценозе, как влияют рубки ухода на эти процессы, а также использование закономерностей роста леса для получения желаемого результата при уходе с наименьшими затратами.

Анализ литературы показал, что при составлении моделей или таблиц хода роста древостоев не учитывается изменение бонитета с возрастом или используются данные непродолжительного периода наблюдений, из-за чего снижается точность таких таблиц и моделей.

Целью исследования является изучение возрастной динамики ельников южной тайги, установление связи между изменением естественных процессов после рубок ухода и степни влияния разреживаний на эти изменения, лесоводственное обоснование рубок ухода.

Основными задачвми являются: 1) определение закономерностей формирования и возрастной динамики ельников; 2) выявление влияния рубок ухода на фитоценотические отношения в ельниках; 3) составление моделей хода роста еловых древостоев как в естественном развитии, так и после рубок ухода.

Научная новизна. Впервые для южнотаёжной подзоны Северо-Запада России на основании 60-летних наблюдений на постоянных пробных площадях были исследованы процессы формирования ельников, перегруппировки деревьев в процессе роста, возрастная динамика древостоев и нижних ярусов растительности. Получены данные по влиянию на эти процессы рубок ухода. Составлены таблицы хода роста по всем опытным объектам. Проведено моделирование и получены модели хода роста для исследуемых древостоев. Предложены рекомендации по режиму рубок ухода в ельниках, не приводящие к снижению продуктивности и устойчивости древостоя.

Обоснованность и достоверность результатов исследований подтверждается значительным объёмом экспериментальных данных стационарных налюдений сроком более 60 лет, обработанных на ЭВМ с помощью стандартных и оригинальных программ, разработанных автором, что позволило получить достаточную точность вычислений и избежать ошибок, связанных с необходимостью обработки большого объёма цифрового материала. Использованы современные методы статистической обработки данных. '

Практическая значимость работы состоит в разработке рекомендаций по рубкам ухода, основанных на долгосрочных наблюдениях и опытных таблицах хода роста. Возможность использования составленных моделей хода роста для дальнейших исследований и получения недостающих таксационных характеристик древостоя в пределах срока наблюдений с высокой точностью.

Личный вклад. Автором уточнены программные вопросы и методика исследований , выполнены все полевые и камеральные работы, за исключением химических анализов почвы. Выполнена аналитическая обработка полученного материала наблюдений на постоянных пробных площадях с использованием методов математической статистики и обработки данных на ЭВМ. Выполнен расчёт моделей хода роста древос-тоев ели.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований включались в научный отчёт по теме 20 "Устойчивость лесной экосистемы". Данные исследований включены в методические материалы учебных программ по курсам "Лесоведение", "Лесоводство", "Основы ведения лесного хозяйства" для студентов лесохозяйственного и инженерно-экономического факультетов.

Апробация. Основные положения диссертации доложены на Российско-Финском семинаре по рубкам ухода (С.-Петербург,1992), на научно-технических конференциях, проводимых в ЛТА по итогам научно-исследовательских работ (1990-1993). По материалам диссертации опубликовано 4 статьи.

Объём и структура работы. Диссертация изложена на стр. машинописного текста и состоит из введения, 7 глав, заключения, списка литературы (//<? наименований, в том числе // на иностранных языках), 3 приложений.

2. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

По результатам анализа литературных источников выделены следующие программные вопросы:

1. Возрастная динамика ельников, в том числе растительности нижних ярусов (подроста, подлеска, живого напочвенного покрова), Еерхних горизонтов почвы. Формирование древостоев. Перегруппировка деревьев в процессе роста. Ранговое распределение деревьев и изменение рангов с возрастом.

2. Влияние рубок ухода на возрастную динамику ельников (изменение основных таксационных показателей древостоя).

3. Влияние рубок ухода на динамику растительности нижних ярусов и Берхних горизонтов почвы.

4. Ход роста еловых древостоев и влияние на него рубок ухода. Составление моделей хода роста еловых древостоев.

5. Разработка и обоснование практических рекомендаций по режиму ухода в еловых древостоях южной подзоны тайги.

Исследования осуществлялись на 14 пробных площадях СПбНИИЛХ, объединённых в 6 серий. Опытные объекты заложены в 1929-1934 годах под руководством проф. Тумана В.В. и восстановлены в 60-70-х годах проф. Сенновым С.Н. Во всех случаях выделялись контрольные и разреженные рубками ухода с различной интенсивностью секции пробных площадей. Все пробные площади находятся е Карташевском лесничестве Сиверской лесной научно-производственной станции. Краткие сведения о постоянных пробных площадях приводятся в табл.1.

Таблица 1

Краткие сведения о постоянных пробных площадях (на 1994 г.)

ППП i 1 Год i |Состав Площ., Возраст 1 Бони- Тип леса

|закл. | древост. га тет

8-С 11930 | 10Е 0 175 112 1 Ельник кисл.-черничный

8-Е 11930 I 10Е 0 175 112 1

9-А 11930 I 10Е 0 25 108 1 .. Ельник кисличный

9-С 11930 I 10Е 0 30 108 1 _ »1 _

12-А 11931 | 6ЕЗС1Б 0 20 108 1-а Ельник кисличный

12-С 11931 | 6Е4С+Б 0 20 108 1 — и_

12-D 11931 | 8Е1С1Б 0 21 108 1

13-А 11931 | 10Е 0 14 108 1 Ельник кисличный

13-D 11931 I 10Е 0 20 108 1

20-А 11978 | 10Е 0 20 108 1-а Ельник кисличный

20-С 11931 ! 10Е 0 114 108 1-а

20-Е 11931 | 10Е 0. 121 108 1-а _ м_

24-А 11937 | 9Е10С+С 0. 26 75 1 Ельник кисличный

24-Е 11937 i I 9Е1С i 0. 20 75 i 1 1 _»»_

1. Возрастная динамика ельников изучалась на контрольных секциях постоянных пробных площадей. Общие особенности методики исследования на ППП публиковались ранее (Давыдов,1971; Сен-нов, 1977). Период повторности таксации - 5 лет. Процесс дифферен-

циации деревьев в древостое, перегруппировки в процессе роста анализировался по изменению распределения деревьев по ступеням толщины за период опыта.

Учёт подроста производился выборочно-статистическим методом.

Описание растительности нижних ярусов проводилось на основе имеющихся методических указаний (Сукачёв, Зонн, 1961). Подлесок учитывался на площадках 5*5 м с разделением по видам. На каждой секции заладывалось по 6 площадок. При обследовании живого напочвенного покрова сделаны подробные геоботанические описания травя-но-кустарничкового и мохового ярусов. Определение проективного покрытия по видам и общего проективного покрытия сделано на 20-25 учётных площадках размером 1*1 м. Степень проективного покрытия определялась глазомерно.

При исследовании морфологического строения верхних горизонтов почвы на пробных площадях сделано по 25 прикопок размером 0.4*0.4*0.4 м. Результаты измерений мощности подстилки и гумусового горизонта статистически обработаны.

Чтобы проследить динамику живого напочвенного покрова и верхних горизонтов почвы использовались данные предыдущих исследований.

Z. Влияние рубок ухода на возрастную динамику древосгоев изучалось на разреженных секциях ППП. Замеры и обработка данных велись аналогично контрольным секциям. Полученные результаты сравниваюсь с контролем и анализировались.

3. Влияние рубок ухода на динамику растительности нижних ярусов и верхних горизонтов почвы изучалось также на разреженных секциях ППП, а затем полученные результаты сравнивались с данными контрольных секций.

4. Моделирование хода роста еловых древостоев осуществлялось на ЭВМ с помощью программ, разработанных Л.Н.Яновским и автором. Имеющиеся данные по Hep, Нв, Dcp, HF и общей производительности аппроксимировались уравнением Дракина-Вуевского по программе DWU (Яновский). Аппроксимация суммы площадей сечения проводилась полиномом третьей степени по программе POLE М (Яновский). После определения коэффициентов моделей они вносились в программу THR, составленную автором для каждой пробной площади. В модели хода роста такие показатели, как число деревьев, запас, общий периодический прирост по запасу, текущий прирост и число отпавших (срубленных) деревьев получены расчётным путём.

5. В результате анализа всех полученных результатов работы предложены рекомендации по режиму рубок ухода в ельниках.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

При проведении рубок ухода за лесом, разреживая древостой, мы воздействуем и на другие компоненты биогеоценоза. В какой мере влияют на фитоценоз и почву периодические разреживания древостоя? Ответ на этот вопрос и попытался найти автор в данном исследовании.

Влияние рубок ухода на возрастную динамику древостоя. Изменение основных таксационных показателей древостоев разреженных и контрольных секций приведено в табл.2.

Таблица 2

Итоговые результаты рубок ухода на ППП

NN ■ Н верхн. D средн. i 1 Запас Общ. произв. 1 ) Бонитет 1

м % i см 1 i % i |м /га % i м 1 Z i 1 Исходи.1 Итогов) > t

8-С* 31.8 100 1 29.91 100 1 326 100 761 1 100 1 1 2 1 1 1

8-Е 32.1 101 29.9! 100 1 367 113 776 1 102 3 1 1 1

9-А 32.9 100 29.21 100 1 521 100 928 I 100 3 1 1 i

9-С 33.4 102 34.01 116 1 405 78 943 I 102 3 1 1-а 1

12-А 34.6 100 26.81 100 1 601 100 938 1 100 3.11 1

12-С 33.0 95 26.91 100 1 455 76 914 1 97 3 1 1 i

12-D 32.1 93 26.41 99 1 472 78 790 1 84 2 ¡ 1 I

13-А 36.2 100 36.51 100 1 700 100 1062 1 100 2 1 1 1

13-D 36.0 99 35.Ц 96 1 516 74 1002 1 94 2 I 1 1

20-А 37.6 100 41.21 100 1 697 100 - - 1 1-а 1

20-С 35.9 95 36.81 89 1 516 74 1070 1 100 2 I" 1 1

20-Е 36.7 98 40.21 98 1 414 59 1182 1 110 2 |1|

24-А 30.4 100 23.91 100 1 473 100 660 1 100 4 1 1 1

24-Е 27.9 62 24.31 i 102 1 344 i 73 560 1 i 85 4 1 1 1 i i

* Секция 8-А была разрушена ветровалом. За контроль принята секция 8-С со слабым изреживанием.

** Секция 20-А также была разрушена и вновь заложена в 1978 году, при определении общей производительности за контроль взята секция 20-С.

Как видно из табл. 2 рубки ухода в ельниках не повышают общую производительность древостоя. Запас на разреженных секциях также ниже, чем на контрольных секциях. Причём, чем выше интен-

сивность изреживания, тем меньше итоговый запас по отношению к контролю. В большинстве случаев рубки ухода привели к увеличению среднего диаметра древостоя. Существенных различий в верхней высоте на разреженных и контрольных секциях не наблюдается. На всех секциях произошло изменение класса бонитета. Он повысился от 1 до 3 классов в разных, сериях ППП.

Это позволяет сделать вывод, что в типе леса ельник-кисличник в процессе онтогенеза происходит изменение условий местопроизрастания в сторону увеличения бонитета. Данное положение не учитывается в таблицах хода роста. Поэтому возможны занижения или завышения значений производительности при расчётах по таблицам хода роста в зависимости от возраста древостоя.

Анализ текущего прироста по запасу показал, что изменения носят колебательный характер. Время кульминации текущего прироста почти на всех пробных площадях приходится на возраст 50-65 лет. Исключение составляют только две секции пробной плошади 12 (A.D). На этих секциях кульминация прироста произошла в возрасте 101 и 105 лет, соответственно. Это, скорее всего, связано с составом древостоя (табл.1) и историей участка. Лес здесь возник на старо-пахатных землях. Изменения текущего прироста на разреженных секциях относительно контрольных приведены на рис.1, а возрастная динамика текущего прироста - на рис.2.

X

60

Рис, 1 Изменение текущего прироста на разреженных секциях относительно контроля (ось абсцисс - прирост на контрольной площади).

50 60 70 80 90 100 Ш

А,ЛЕТ

Рис. 2 Изменение текущего прирост

на пробных площадях с возрастом.

Колебательный характер изменений текущего прироста свидетельствует о таких свойствах лесных экосистем, как устойчивость и саморегуляция. Рубка ухода, как внешнее воздействие, сначала увеличивает амплитуду колебаний, затем они затухают до следующей рубки.

Следует отметить и тот факт, что кульминационные приросты на площадях, пройденных уходом, по абсолютному значению везде выше, чем на контрольных.

Для оценки влияния внутривидовой конкуренции на рост и развитие древостоя интересно выяснить как связана его итоговая общая производительность и,, густота. Данные по этим показателям приведены в табл.3.

Таблица 3

Характеристика общей производительности и густоты древостоя

~г

~гг

~Г

ППП |Общая |Густота, Отно- | |N ППП | Общая I Густота, Относит.

I произв. |тыс.шт. сит.гу-| |произв. I тыс.шт. густота,

|м /га | га стотаД) i |м /га 1 га. %

8-С | 726 I 0.326 - 1 100 | | 13-А | 1019 ] 0.457 100

8-Е | 709 | 0.337 103 | I 13-D | 965 | 0.365 80

9-А | 923 | 0.536 юо ! | 20-С | 1040 | 0.298 100

9-С | 943 | 0.290 54 | | 20-Е | 1162 | 0.198 66

12-А | 520 | 0.425 100 ( ¡ 24-А 1 564 | 0.654 100

12-С | 509 | 0.300 70 | | 24-Е | 508 | 0.545 83

12-D | 567 | 0.438 103 |

Итоговая общая производительность не зависит от густоты древостоя. Точно так же не кореллируют между собой густота и запас насаждений до начала рубок ухода. Можно сделать вывод, что густота древостоя не является показателем его продуктивности, а зависит от напряжённости конкуренции, режима рубок ухода, особенностей роста древостоя. Густота тесно связана с процессом формирова_г_ ния древостоев, перегруппировкой деревьев в процессе роста.

Многие исследователи занимались этой проблемой (Эйтин-ген,1934; Давыдов,1971; Сеннов,1980,1984; Маслаков,1980,1984 и др.). Проанализируем процесс формирования елового древостоя на примере ППП N 9. Данная пробная площадь интересна ещё и потому, что на ней был применён принцип отбора "деревьев будущего", за которыми в дальнейшем осуществлялся уход. Ниже в табл. 4 приведе-

кы данные о перераспределении деревьев по ступеням толщины за 60 лет (с 1930 по 1990 г.).

Таблица 4

Перегруппировка деревьев по ступеням толщины на ППП N 9 за 60 лет

1 Сек-(Исх. Отно- 1 Исх. 1 Число стволов через 60 лет 1 Итого к

ция |ступ. сит. число по ступеням толщины шт./ %|исх.

| толщ. 1 Б ствол. 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 | кол. 1

1 1 4 0.5 2900 1 0/ 0| 0.0

1 8 1.0 2048 4 4 12 12 4 4 4 44/ 8| 2.1

А | 12 1.4 844 32 52 44 64 52 16 8 268/49131.8

1 16 1.9 368 4 4 32 52 48 44 12 4 200/36|54.3

| 20 2.4 68 8 8 8 4 4 32/ 6|47.1

1 24 I 2.9 8 4 4/ 1|50.С 1

Итого: 6236 4 40 68 96 120 112 76 24 4 4 1 548/100 I

1 1 4 0.5 2048 1 0/ 0| о.с

1 8 1.0 1432 3 7 3 3 16/ 5| 1Л

С | 12 1.4 673 10 13 3? 70 30 10 7 177/59|26.г

1 16 1.9 266 7 20 33 17 13 90/30133. £

| 20 I 2.4 67 3 3 13 19/ 6|30.С 1

Итого: 4496 | 10 16 51 | 93 66 33 33 302/100

В момент начала наблюдений древостой достиг 44-летнего возраста. Из деревьев, не превышавших в этом возрасте среднего диаметра (ступени толщины 4 и 8), возраста спелости смогли достигнуть всего 0.891 на секции А и 0.46% на секции С от количества деревьев в этих ступенях толщины в начале наблюдений. Причём деревья из самой тонкой ступени толщины (4 см) не сохранились ни на одной из секций.

Стволы из каждой исходной ступени через 60 лет распределились в довольно широком диапазоне. Причём это более характерно для ступеней толщины, расположенных близко к средней в начале наблюдений. Так, исходная ступень 12 в 1990 году уже представлена в семи ступенях - на секции А от 16 до 40, на секции С - от 20 до 44.

Любую ступень толщины, за исключением самых тонких, в спелом

- и -

возрасте представляют деревья, относившиеся в начале наблюдений к разным исходным ступеням. Например, ступень толщины 36 контрольной секции состоит из деревьев, бывших в 1930 году в ступенях от 8 до 24, а ступень 40 разреженной секции - из деревьев, находившихся в ступенях толщины от 8 до 20.

К окончанию периода наблюдений кривая распределения деревьев по ступеням толщины на разреженной секции смещена в сторону более крупных ступеней, чем на контроле.

Ранговое распределена- деревьев и изменение ранга с возрастом.

Часто для оценки конкурентоспособности дерева используют его относительный размер или ранг. В нашем случае древостой разбивался на 10 рангов, определялось положение дерева в процентном ряду распределения по возрастающему диаметру. Для всех деревьев был определён ранг в 1930 году и у оставшихся к концу наблюдений в 1990 г. Прежде исследователи приходили к различным выводам по вопросу о возможном переходе деревьев из ранга в ранг. В результате кратковременных наблюдений проф. Г.Р.Эйтинген сделал заключение о возможности разнонаправленных переходов деревьев из ранга в ранг и возможности усиленного роста угнетённого дерева после удаления соседнего крупного. Подводя итог 40-50-летним наблюдениям за опытами, с рубками ухода проф. С.Н.Сеннов отмечал, что рубки ухода за лесом не приводят к увеличению первоначального ранга дерева. В табл. 5 приводится перераспределение деревьев по рангам за 60 лет на ППП N 9.

Таблица 5

Переход деревьев из ранга в ранг на ППП N 9 за 60 лет

Сек- 1 1 |Исх.| Ранг в 1990 году 1 | Итого I % к исх|

ция I ранг| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 колич. |

1 7 1 4 1 4 0.6 |

А 1 8 1 22 4 4 4 4 4 1 42 6.7 |

I 9 | 24 31 11 И 19 13 17 15 15 15 | 171 27.4 |

1 ю 1 8 20 40 44 32 38 34 35 40 40 | 331 53.0 | 1

1 7 | 4 3 4 3 1 14 1 3.1 1

С 1 8 ! 4 7 | 18 4.0 |

1 9 | 22 13 13 13 16 14 7 7 4 | 109 24.2 I

1 ю ! I 1 4 7 13 7 14 30 16 24 20 26 | 161 1 35.8 I

Процесс дифференциации деревьев является перманентным, и по мере отпада деревьев в его ходе ранговая структура древостоя непрерывно меняется, следовательно, меняется и ранговый ценз каждого дерева. Если в начале наблюдений на секциях А и С в каждый ранг входило 624 и 450 деревьев, соответственно, то в 1990 году на этих секциях ранг составляли 55 и 30 деревьев. К исходному количеству и определён процент оставшихся деревьев из каждого ранга. Из полученных результатов можно определить перспективы роста деревьев разных исходных рангов. Как на контрольной, так и на разреженной секции не выжило ни одного дерева из рангов ниже 7. Также невысок процент сохранившихся деревьев из 7 и 8 исходных рангов.

Что же касается переходов деревьев из ранга в ранг, то на контрольной секции ранг повысился у 2.7% деревьев (в табл. 5 такие деревья ваделены жирным щрифтом), остался таким же, каким был в начале наблюдений у 10.8% и понизился у подавляющего большинства деревьев - у 86.5%. На секции с уходом эти показатели, соответственно, равны 2.3%, 10.9% и 86.8%. Для разреженных секций на пробной площади N 8 (секции С и Е) процентные показатели повысивших свой ранг деревьев, оставшихся в исходном и понизивших исходный ранг почти совпадают и выглядят так: 8.6% и 8.5; 15.5% и 18.6%; 75.9% и 72.9% соответственно. Мы видим, что рубки ухода не смогли повысить ранг деревьев за редким исключением а, в основном же, произошло снижение исходного ранга.

Относительный диаметр дерева является хорошим.показателем его конкурентоспособности. При проведении рубок ухода в дальнейшем следует рассчитывать на деревья, диаметр которых выше среднего, так как к возрасту спелости древостой состоит на 95% из таких деревьев. О конкурентоспособности дерева с большой уверенностью можно судить и по его исходному рангу. Чем выше ранг в молодом возрасте, тем больше шансов у дерева выжить.

Опыт с оставлением деревьев будущего показал, что рост дерева мало зависит от размера и Удалённости соседей. Перед началом разреживаний на секции 9-С были выбраны, как казалось, перспективные деревья и в дальнейшем за ними проводили уход, удаляя мешающих росту соседей. Но не все "избранники" удалось сохранить, несмотря на регулярный уход и сравнительно небольшое их количест-'во в начале опыта. В 1930 году было отобрано 380 шт/га. В 1990 году осталось 213 шт/га. Это составляет 56% от исходного количества. Соотношение отпавших деревьев избранников и деревьев того

же размера на контрольной секции оказалось примерно одинаковым. Как еидно из табл. 5 на контрольной секции деревьев из самого крупного 10 исходного ранга осталось даже больше, чем на разреженной секции (53.0% и 35.8% соответственно). Как явствует из табл.4, сохранность деревьев самых крупных ступеней толщины (с относительным диаметром 2.9 на секции А и 2.4 на секции С) к возрасту спелости не является максимальной. В обоих случаях больше всего сохранилось деревьев с относительным диаметром 1.9.

Влияние рубок ухода на динамику растительности нижних ярусов.

Рубки ухода приводят к изменениям в растительности нижних ярусов - подлеска, травяно-кустарничкового и мохового покрова. После рубок начинается усиленное развитие подлеска. Об этом свидетельствуют данные табл.6.

Таблица 6

Характеристика подлеска по состоянию на 1994 г, шт/га

I 1

Секции

Виды | 9-А 1 9-С 12-А 12-D 13-А 13-D 20-А(20-С124-А |24-Е|

1 1.Рябина |10333 15000 8000 12240 12267 8200 1 1 1267|5867| 1 1 9867(13000

2.Крушина | 133 133 80 467 400| | | 267|

З.Ива ] 1400 67 80 240 600 133 200| 467| | 266|

4.Смородина 20671 267| 1 67|

5.Бузина | 533| | 333| 333|

6.Калина | 133| | 1 1

7.Черёмуха| 1 1 1 I 1 671 1 1

1 ИТОГО 111666 1 15200 8080 12560 13334 8333 1 1 4600|6601| | | 1 1 10200|1400С 1 1

Из табл. 6 видно, что на разреженных секциях густота подлеска почти на 50% выше, чем на контрольных. От развития подлеска зависит видовое разнообразие и проективное покрытие травяно-кус-тарничкового и мохового яруса. Так перед началом разреживаний на ППП 9 был почти сплошной моховой покров. Травы встречались только на прогалинах и в местах проникновения света под полог. Видовое разнообразие было небогатым. Встречались кислица, грушанка средняя, черника, брусника, земляника, плаун сплюснутый. На ППП 13 перед началом ухода также в живом напочвенном покрове преобладали мхи (среднее проективное покрытие 70%). Видовое разнооб-

разие травяно-кустарничкового яруса хоть и богаче (до 22 видов), чем на ППП 9, но травы встречаются редко или единично (проективное покрытие до 20£). Различия в живом напочвенном покрове на разреженных секциях и контрольных в конце срока наблюдения приведены в табл. 7.

Таблица 7

Состояние живого напочвенного покрова на пробных площадях в 1994 (числитель - травяно-кустарничковый ярус, знаменатель - моховой ярус)

ППП 1 | Число 1 1 Ср. проек. | I 1 ППП 1 | Число i I J Ср. проект, j

| видов 1 покрытие,% | | видов |покрытие,% ]

8-0 1 |32/7 44.0 /18.4 | 1 13-А ¡42 / 9 |62.3 / 8.41

8-Е 134/7 42.8 / 15.2 | 1 13-D |38/9 |77.0 / 19.9|

9-А |33 / 8 58.8 /28.9 | 1 20-А |33 / 8 180.2 / 28.8|

9-С |26 / 7 42.1 /20.0 | 1 20-С 136/10 180.2 / 24.9|

12-к 141/9 74.5 / 30.1 | 1 20-Е 142/10 |77.0 / 23.9|

12-0 |36 / 6 77.4 /27.6 | 1 24-А |34 / 9 |79.6 / 23.2|

12-D |30 / 11 I 68.0 / 33.0 | 1 1 24-Е i 138 / И | |62.0 / 35.0| i i

Прослеживается чёткая зависимость состояния живого напочвенного покрова от развития подлеска. На тех пробных площадях,, где густота подлеска значительно больше, чем на контрольных (9-С, 12-D, 24-Е), менее развит травяной покров. Рубки сильной интенсивности (секции D и Е) приводят к усиленному развитию мохового яруса как по числу видов, так и по проективному покрытию. Скорее всего это связано с изменением микроклиматических условий (увеличением влажности верхних горизонтов почвы) на этих секциях. Состояние живого напочвенного покрова изменяется и после очередного приёма рубок. Через 2-3 года после рубки происходит увеличение проективного покрытия трав, а по мере приближения запаса к уровню контрольной секции, смыкания крон, обилие и проективное покрытие живого напочвенного покрова вновь сокращаются.

Нельзя не обратить внимание на состояние подроста. К окончанию срока наблюдений почти на всех пробных площадях,за исключением ППП 24, возраст материнского древостоя превышает 100 лет. Древостой достиг репродуктивного возраста и можно было ожидать появления молодого поколения ели. Но на одних пробных площадях под-

рост полностью отсутствует, на других его количество незначительно. Об этом можно судить из нижеприведённых данных.

ППП 8-С 8-Е 13-A 13-D 20-С 24-Е

Кол-во подроста,

шт/га 867 1267 2734 600 667 200

Даже на тех пробных площадях где подрост присутствует, его количества явно недостаточно, чтобы в дальнейшем прийти на смену материнскому древостою. Такое состояние подроста связано, скорее всего ,с разросшимся живым напочвенным покровом в довольно богатых условиях местопроизрастания. В таких условиях затруднительно прорастание семян ели. Семена или не достигают минерального слоя почвы, или появившиеся всходы, испытывая сильную конкуренцию со стороны трав, погибают.

Изменение подлеска и живого напочвенного покрова влечёт за собой изменение подстилки и верхних горизонтов почвы.

Почвы на опытных участках дренированные, модергумусные или модермуллевые, средне- и слабоподзолистые на моренном валунном суглинке. Мощность подстилки на разреженных секциях неоднородна. В трёх случаях (ППП 13-D, 9-С, 20-Е) наблюдается слабая тенденция к уменьшению толщины подстилки, что статистически недостоверно, но на других секциях мощность подстилки достоверно возрастает. Изменение мощности подстилки связано с динамикой поступления опа-да, с изменением количества и видового состава подлеска и напочвенного покрова, с интенсивностью разложения подстилки в изменившихся гидротермических условиях. Наблюдается некоторая связь толщины подстилки с густотой древостоя. Мощность подстилки несколько снижается на разреженных секциях, если густота древостоя составляет до 75% от контроля, и возрастает, если густота составляет более 75%.

Наблюдается также увеличение мощности подстилки на разреженных секциях за последние 10 лет при стабилизации или снижении этого показателя на контрольных секциях. Известно, что увеличение мощности подстилки может сопровождаться снижением её плотности (Сеннов, 1977). Возможно, это обусловлено более сильным разрастанием подлеска на разреженных секциях.

Мощность гумусового горизонта после рубок меняется незначительно, но всё же преобладает тенденция его уменьшения. Причём в серии 20 это уменьшение статистически достоверно. Скорее всего, такие изменения связаны с усилением минерализации гумуса на разреженных участках.

На ППП- 9 были определены агрохимические показатели смешанных образцов из горизонтов А1 и А1А2. Можно отметить, что существенных изменений в свойствах верхних минеральных горизонтов не произошло. Однако, заметна несколько большая кислотность обоих горизонтов на разреженной секции. Скорее всего это связано с увеличением поступления кислых продуктов разложения подстилки в условиях её ускоренной минерализации. В почье разреженной секции также заметно меньше обменных оснований и, соответственно, меньше степень насыщенности основаниями по сравнению с контролем. При всём различии относительных цифр их абсолютные значения так малы, что подобные различия не могут заметно влиять на изменение лесорасти-тельных свойств почвы вследствие рубок ухода.

В содержании гумуса в обоих горизонтах наблюдается весьма незначительные отличия по,секциям. В горизонте А1 содержание гумуса на 1% меньше на секции С, в горизонте А1А2 на 0.7Х больше, чем на контроле. Если принять во внимание различия в мощности этих горизонтов по секциям и условно считать равными 3 г/куб.см соответствующие значения плотности (объёмного веса), то суммарные запасы гумуса в обоих секциях будут практически одинаковыми - 74 и 72 т/га.

Моделирование хода роста древостоев ели.

На основании периодически повторявшихся измерений основных таксационных показателей на ППП 8, 9, 12, 13, 20, 24 произведено моделирование хода роста еловых древостоев.

"Недостатками существующих моделей является то, что они основаны либо на таксационных таблицах хода роста, либо на краткосрочных наблюдениях. В первом случае не учитывается изменение бонитета древостоя с возрастом, а во втором достоверно моделируется только тот промежуток времени, в течение которого Белись наблюдения.

В нашем случае срок наблюдений 60 и более лет. Данные по средней (Н) и верхней высоте (НВ), среднему диаметру (0), видовой высоте (НР) и общей производительности (ТР) аппроксимировались уравнением Дракина-Вуевского, имеющего ввд: у-а0(1-еа,х)Аг- , где

у - любая из вышеперечисленных переменных,

х - возраст древостоя.

Аппроксимация суммы площадей сечения (Б) проводилась полиномом 3 степени, имеющего вид:

у-а0+ а(х + агхг+- а3х3, где

у - сумма площадей сечения, х - возраст древостоя.

Пример расчёта коэффициентов моделей и ошибки аппроксимации приводятся в табл. 8.

Таблица 8

Коэффициенты моделей основных таксационных показателей древостоев ели на ППП 9

N Проб, площ. Показатели Коз ффиц иенты 1 1 |Ошибка |

АО 1 1 1 | А1 | А2 | АЗ 1 1 1 1 % 1

Н ср. 36.852 1 1 1 |-0.029898|4.053592 | | 1.030 |

Н в. 39.537 |-0.023080|1.873705 | I 0.691 |

9-А Б ср. 39.671 • |-0.023877|3.633126 | | 0.617 |

6 -18.44717026 |1.6916869|-0.013967|0.00002464 | 2.848 |

НР 16.831 |-0.029118|2.884112 | | 0.879 |

ТР 1347.399 |-0.023129|3.963210 | 1 1 1 | 0.953 | 1 1

После определения коэффициентов модели они вносились в программу ТШ, составленную автором для каждой пробной площади. В модели хода роста такие показатели как число деревьев (И), запас (М), средний общий прирост по запасу (2Т), число отпавших (срубленных) деревьев (N0) получены расчётным путём. Пример таблицы хода роста елового древолстоя на ППП 9-А приводится ниже: Ход роста древостоя ели на пробной площади 9-А

А Н НВ Б N НР 0 М п ТР N0

.45 10.8 17.4 8.7 5.329 6.80 6.80 215 215 240 0

50 13.2 19.4 10.7 3.826 7.83 7.83 268 53 302 1503

55 15.4 21.3 12.7 2.873 8.79 8.79 320 52 366 953

60 17.6 23.0 14.7 2.236 9.69 9.69 369 49 '432 636 ~

65 19.7 24.6 16.7 1.792 10.51 10.51 413 44 497 444

70 21.6 26.1 18.6 1.469 11.25 11.25 450 37 562 322

75 23.4 27.4 20.4 1.227 11.93 11.93 480 30 624 242

80 25.0 28.7 22.2 1.040 12.53 12.53 503 22 684 187

85 26.4 29.8 23.8 0.891 13.06 13.06 517 14 741 149

90 27.7 30.8 25.3 0.770 13.54 13.54 523 6 795 121

95 . 28.9 ' 31.7 26.7 0.668 13.96 13.96 521 -2 845 101

100 '29.9 32.5 28.0 0.582 14.32 14.32 512 -9 891 87

4. ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Анализ приведённых данных позволяет заключить следующее:

1. Рубки ухода в ельниках не повышают общую производительность древостоя. Запас древостоя также не восстанавливается до уровня контроля. Чем выше интенсивность рубки, тем меньше итоговый запас по отношению к контролю. Рубки ухода повышают средний диаметр древостоя. Сравнение итоговой верхней высоты на разреженных и контрольных участках не выявило приемущества тех или других.

2. Рубки ухода уменьшают общую производительность , если они начинаются с проходной рубки на этапе ослабления вегетативного роста и начала плодоношения и при интенсивности более 35%. В этом случае естественный отбор уже является свершившимся фактом, а искусственный будет запоздалым.

3. В высокопроизводительных условиях (тип леса ельник-кисличник) в процессе онтогенеза происходит изменение класса бонитета в сторону его повышения на 1 - 3 класса). Такое повышение не учитывается в таблицах хода роста, что влечёт за собой ошибки в прогнозировании производительности древостоев.

Изменения касаются и самого типа леса. Развитие идёт в прогрессивном направлении и наблюдается динамика от ельников черничных и кисличных к группе ельников сложных.

4. Изменения текущего прироста носят колебательный характер. Рубка ухода сначала увеличивает амплитуду колебаний, затем они затухают до следующей рубки. Такой характер изменений свидетельствует об устойчивости и саморегуляции лесных экосистем.

Кульминация прироста в чистых ельниках происходит в возрасте 50-65 лет. На разреженных площадях максимальный прирост в период кульминации по абсолютному значению выше, чем на контрольных.

5. Густота древостоя не влияет на общую производительность, поэтому не имеют большого смысла поиски оптимальной густоты насаждения.

6. Опыт с деревьями будущего показал, что рост дерева мало зависит от размера и удалённости соседей. В итоге соотношение отпавших деревьев будущего и деревьев того же размера на контрольной площади оказалось примерно одинаковым.

7. Рубки ухода не повышают ранг деревьев, за редким исключением. В основном происходит снижение исходного ранга. При проведении рубок ухода с ледует рассчитывать на деревья, имеющие диа-

метр выше среднего. Больше всего сохраняется деревьев, имеющих в начале проведения рубок ухода относительный диаметр 1.9. При определении вероятности выживания к возрасту спелости деревьев того или иного ранга надо учитывать возраст древостоя, в котором был установлен ранг. Если ранг был установлен в молодом или среднем возрасте, то вероятность выживания деревьев низших рангов будет стремиться к нулю, а если в приспевающем древостое, то близка к единице.

8. Рубки ухода приводят к усиленному разрастанию подлеска. Густота подлеска на разреженных секциях на 50% выше, чем на контрольных. Рубки ухода также влекут за собой усиленное развитие живого напочвенного покрова как по числу видов, так и по проективному покрытию. Рубки сильной интенсивности приводят к развитию мохового покрова. Состояние живого напочвенного покрова носит колебательный характер. После рубки происходит разрастание трав, а после смыкания крон обилие и проективное покрытие живого напочвенного покрова вновь сокращаются.

9. Подрост на пробных площадях или отсутствует, или его количества недостаточно, чтобы в дальнейшем прийти на смену материнскому древостою.

10. Неоднократные рубки ухода в ельниках, сформировавшихся в дренированных, относительно богатых местообитаниях, в целом не оказали существенного влияния на почву. Мощность подстилки снижается на разреженных секциях при густоте деревьев 50-75% от контроля и возрастает, если густота более 75% от контроля. Не обнаружено заметных отличий кислотно-основных свойств и содержания органического вещества в гумусовых горизонтах в связи с рубками ухода.- Некоторое увеличение мощности подстилки на разреженных секциях обусловлено разрастанием подлеска. Отсутствие существенных изменений в характеристике верхних горизонтов почвы свидетельствует об устойчивости еловых биогеоценозов на дренированных местообитаниях южной тайги к рубкам ухода.

11. Составленные модели хода роста еловых древостоев основаны на наблюдениях за основными таксационными"показателями в течение 60 лет и.более и учитывают изменение бонитета древостоя в процессе онтогенеза.

Практические рекомендации по режиму рубок ухода в ельниках южной тайги:

1. Начинать рубки ухода следует до наступления кульминации текущего прироста по запасу, на этапе интенсивного роста и отпа-

да, в зависимости от условий местопроизрастания и исходного бонитета, в возрасте 20-30 лет. Интенсивность рубки в этом случае может быть 40-50% по,запасу.

2. Не следует начинать уход в возрасте проходных рубок. Такой уход приводит к необратимому снижению запаса главного пользования и в случае большой интенсивности - к уменьшению общей производительности древостоя.

3. Метод отбора деревьев в рубку должен быть приемущественно низовым, так как 95% деревьев средневозрастного насаждения с диаметром ниже среднего к возрасту спелости отмирает. Не следует отбирать при первом уходе и деревья будущего потому, что из самых крупных деревьев примерно половина также попадает в отпад.

4. Объём промежуточного пользования может быть установлен в пределах половины общего прироста за весь период проведения рубок ухода.

5. Необходимо обеспечить регулярность рубок ухода. Число приёмов зависит от целей лесовыращивания и равно 2-3. Такой режим рубок учитывает существующие технологии и уровень механизации.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Рубки ухода в лиственно-еловых древостоях.//Материалы отчётной сессии по итогам НИР за 1990 год.-Архангельск, 1991. -С. 51-52. (в соавторстве).

2. Формирование древостоев и перегруппировка деревьев в процессе роста.//Российско-Финский семинар по рубкам ухода 1992 г.-Университет г.Йоэнсу. Известия N 7, 1993.- С.11-13, 65-66.

3. Перегруппировка деревьев в процессе роста.//Лесоводство, лесные культуры и почвоведение. Межвуз. сб. науч. трудов. -СПб.:ЛТА, 1993. Б печати.

4. Устойчивость почв высокопродуктивных ельников к рубкам ухода.//Лесоводство, лесные культуры и почвоведение. Межвуз. сб. науч. трудов. - СПб.:ЛТА, 1994. В печати.(в соавторстве).

Подписано в печать с оригинал-макета 23.11.94. Формат 60*90 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная. Изд.Ы 24 д. Уч.-изд.л. 1.00. Печ. л. 1.25. Тираж 100 экз. Заказ N 76. С-24 д.

Подразделение оперативной полиграфии ЛТА. 194018, Санкт-Петербург, Институтский пер., 3.