Закономерности изменения структуры и состояния молодого поколения ели в условиях интенсивного хозяйственного воздействия

Беляева, Наталия Валерьевна

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Закономерности изменения структуры и состояния молодого поколения ели в условиях интенсивного хозяйственного воздействия
ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Закономерности изменения структуры и состояния молодого поколения ели в условиях интенсивного хозяйственного воздействия"

На правах рукописи

005062348

БЕЛЯЕВА Наталия Валерьевна

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ И СОСТОЯНИЯ МОЛОДОГО ПОКОЛЕНИЯ ЕЛИ В УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНОГО ХОЗЯЙСТВЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

06.03.02 — Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

2 7 ИОН 2013

005062348

На правах рукописи

БЕЛЯЕВА Наталия Валерьевна

06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

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

Научный консультант: Грязькин Анатолий Васильевич,

доктор биологических наук, профессор.

Официальные Третьяков Сергей Васильевич,

оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор,

ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова», заведующий кафедрой лесной таксации и лесоустройства;

Касимов Апдулбар Касимович,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия», заведующий кафедрой лесоводства и лесных культур;

Никонов Михаил Васильевич,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого», Институт сельского хозяйства и природных ресурсов, заведующий кафедрой лесного хозяйства Отделения естественных наук и природных ресурсов.

Ведущая организация: Северо-Западный филиал государственной инвентаризации лесов ФГУП «Рослесинфорг».

Защита диссертации состоится 16 октября 2013 года в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.03 на базе ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» по адресу: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, главный корпус, ауд. 1220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова».

Автореферат разослан 14 июня 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Клевцов Денис Николаевич

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. Реализация основных принципов лесоводства, обеспечивающих постоянство и устойчивость лесопользования, является необходимым условием ведения современного лесного хозяйства. Однако экономические условия, технология производства, используемые машины и механизмы постоянно меняются. На международном уровне принято решение об экологической оценке правильности ведения лесного хозяйства, о необходимости сертификации лесной продукции. Это отражено и в Лесном кодексе РФ. В связи с этим требуется обновление устаревших правил, нормативов и методов, но при сохранении основополагающих устоев лесоводства.

Особого внимания заслуживают исследования, посвященные воспроизводству лесов бореальной зоны. Эти леса ценны и важны как природная территория, где хозяйственная деятельность пока минимизирована из-за отсутствия дорог и инфраструктуры. С другой стороны, таежные леса - основной резерв древесины, и поэтому их хозяйственное освоение неизбежно. Россия на сегодняшний день является лидером по потере бореальных лесов. Это связано с пожарами, нерациональным ведением хозяйства, незаконными рубками.

В связи с вышесказанным бореальные леса требуют защиты и кардинальных мер по их сохранению и воспроизводству. Таежная зона по-прежнему остается лесорастительной зоной, где и сегодня возможно изучение закономерностей организации лесных экосистем, механизмов их самоподдержания, причин разрушения и путей восстановления. Эти исследования необходимы для разработки научных основ воспроизводства лесов таежной зоны особенно в преобладающих типах леса на принципах неистощительного лесопользования, включая систему мер содействия естественному возобновлению.

Наши исследования направлены на решение проблемы, связанной с лесо-восстановлением. Создание лесных культур - мероприятие дорогостоящее, и оно не всегда дает ожидаемый эффект. В условиях таежной зоны естественное лесовозобновление имеет определенные экономические и экологические преимущества.

Степень разработанности темы исследования. Исследованиями последних десятилетий убедительно доказана обоснованность изучения структурной организации молодого поколения ели, которую необходимо учитывать при ведении хозяйства в таежньгх лесах и в первую очередь при выборе способов рубки и лесовосстановления.

Эффективное управление процессом лесовозобновления позволяет решать вопросы воспроизводства хозяйственно ценных лесов с наименьшими затратами и в большинстве случаев успешно. По сравнению с лесными культурами естественное лесовозобновление и меры содействия ему не требуют существенных капиталовложений, но в то же время дают заметный эффект там и тогда, когда имеет место не шаблонный подход, а творчество; не формальное планирование, а учет реальных условий.

Задачей специалистов в этом случае является определение оптимального соотношения способов рубок и лесовосстановления с увязкой их со структурой лесокультурного фонда, типами леса, экономическими условиями и т.д.

Большинство выводов о закономерностях естественного возобновления ели под пологом древостоев и на вырубках были получены без учета различий в составе древостоев, их относительной полноты и возрастной структуры, т.е. комплексная оценка условий для появления и роста молодого поколения ели не проводилась. Именно поэтому данный аспект требует дальнейшего детального исследования.

Недостаточно изучена структура фенологических форм подроста ели в зависимости от ее состояния, высоты и возраста. В начальной стадии изучения вопрос о закономерностях влияния живого напочвенного покрова и подлеска на появление и рост ели после рубок леса и под пологом древостоев. Не изучена связь между парцеллярной структурой фитоценоза, успешностью естественного возобновления ели и фенологическими формами подроста ели. Отсутствует система знаний о влиянии состава и относительной полноты материнского древостоя на успешность естественного возобновления ели по типам леса.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является решение проблемы восстановления ельников с минимальными затратами на основе естественного лесовозобновления в условиях Северо-Запада таежной зоны. Для этого необходимо выявить закономерности изменений структурной организации молодого поколения ели европейской {Picea abies (L.) Karst.) в условиях интенсивного хозяйственного воздействия. Исследования в этом направлении необходимы для повышения эффективности мер по воспроизводству коренных хвойных лесов.

Для достижения поставленной цели исследований необходимо было решить следующие основные задачи: 1) Обобщить исторический опыт исследований в области воспроизводства ельников таежной зоны и выявить малоизученные аспекты этой проблемы. 2) Изучить особенности структуры лесных фитоценозов в преобладающих типах леса и условия для естественного возобновления в них. 3) Выявить динамику структуры подроста ели по типам леса и фенологическим формам в условиях Северо-Запада таежной зоны. 4) Оценить успешность естественного возобновления ели после интенсивного хозяйственного воздействия. 5) Выявить зональные особенности естественного возобновления ели в преобладающих типах леса. 6) Усовершенствовать методику оценки успешности естественного возобновления ели. 7) Уточнить шкалу оценки успешности естественного возобновления ели. 8) Дать предложения производству по повышению эффективности мер по воспроизводству коренных лесных фитоценозов па основе выявленных закономерностей.

Решение поставленных задач позволит организовать ведение современного лесного хозяйства на региональном уровне, с учетом местных условий и особенностей. При этом способы лесовосстановления и их эффективность увязываются со способами и качеством проведения рубок леса на всех этапах формирования насаждений.

Научная новизна исследований заключается в следующем:

1)На примере крупного региона проведено комплексное изучение закономерностей процесса естественного возобновления ели с использованием элементов системного подхода в условиях интенсивного антропогенного воздействия. Эта системность отражена в четкой постановке целей и задач исследования, корректном и сбалансированном анализе экспериментального материала, использовании теоретической базы и обширного массива эмпирических данных в процессе работы над диссертацией.

2) На основе материалов, полученных на объектах с длительным сроком наблюдений (с 1929 г.), на временных пробных площадях и производственных объектах разработаны принципиальные положения по воспроизводству ельников с сохранением естественного разнообразия в условиях европейской тайги, дана оценка потенциала естественного возобновления ели и рекомендации по рациональному использованию данного потенциала.

3)На обширном материале выявлены закономерности формирования подроста ели в зависимости от биотических и абиотических факторов.

4) Впервые рассмотрено влияние парцеллярной структуры лесных фитоце-нозов на формирование и динамику структуры подроста ели под пологом леса с учетом его фенологических форм.

5) Выявлены закономерности изменения численности и размещения подроста по площади, его состава и структурной организации после рубок ухода (прореживаний и проходных рубок), рубок спелых и перестойных лесных насаждений, комплексного ухода за лесом.

6) Определена степень влияния элементов методики на точность и достоверность результатов при проведении учетных работ по оценке успешности естественного возобновления ели.

7) Усовершенствованы методы оценки хода естественного возобновления ели, внесены уточнения в шкалу оценки успешности естественного возобновления ели.

8) Для прогнозирования воспроизводства и динамики развития ельников таежной зоны в условиях Северо-Запада РФ выявлены связи между характеристиками подроста и древостоев.

Теоретическая значимость работы состоит в том, что доказаны: зависимость динамики структуры молодого поколения ели под пологом древостоев от их состава и относительной полноты в преобладающих типах леса; от фенологических форм подроста; от парцеллярной структуры лесных фитоценозов; от режима хозяйственных мероприятий; выявлены: зональные особенности естественного возобновления ели в преобладающих типах леса; дано обоснование организационно-технических показателей по проведению рубок ухода (прореживаний и проходных рубок), рубок спелых и перестойных древостоев, содействия естественному возобновленшо ели, позволяющих повысить эффективность мер по воспроизводству еловых фитоценозов в преобладающих типах леса в условиях Северо-Запада РФ; предложены: рациональные методы оценки хода естественного лесовозобновления в лесных фитоценозах.

Раскрыты малоизученные аспекты возможных путей повышения эффективности мер по воспроизводству ельников таежной зоны после интенсивного хозяйственного воздействия.

Получены новые сведения о структурной организации подроста ели с учетом его фенологических форм, парцеллярной структуры фитоценозов, состава и относительной полноты древостоя в условиях интенсивного хозяйственного воздействия.

Практическая значимость работы. Представленные материалы могут служить базой для разработки и обновления нормативной документации по ле-совосстановлению на Северо-Западе РФ. На основе полученных данных разработаны предложения по учету подроста и оценке успешности естественного возобновления ели. Все это может быть использовано при сертификации лесной продукции и в хозяйственной деятельности, при формировании лесных планов и лесохозяйственных регламентов.

Даны предложения по оптимизации режима рубок ухода, рубок спелых и перестойных лесных насаждений, комплексного ухода за лесом, содействия естественному возобновлению ели, позволяющие создать условия для успешного воспроизводства еловых древостоев с наименьшими затратами труда и средств.

Полученные результаты являются важным вкладом в теорию и практику восстановления и повышения устойчивости ельников. Предупреждение смены пород, сокращение сроков лесовыращивания и уменьшение затрат на лесовос-становление имеет первостепенное значение в современных экономических условиях. Решение этих задач является одним из критериев устойчивого управления лесами России.

Методология и методы исследования. Для экспериментальных работ использованы стационарные объекты с более чем 85-летним сроком наблюдений и разными вариантами опытов, временные пробные площади и производственные объекты, расположенные в лесничествах Северо-Запада РФ. Длительность опытов позволяет сохранять методологическую преемственность в сборе и обработке информации. Интерпретация полученных данных осуществлялась в рамках теории систем, наилучшим образом объясняющей процессы, протекающие в лесном фитоценозе при активном хозяйственном воздействии. В дальнейшем возможна воспроизводимость результатов исследования в различных условиях.

Теория построена на известных, проверяемых в процессе исследований данных и фактах, полученные результаты согласуются с опубликованными экспериментальными данными других исследователей по теме диссертации.

Идея исследования базируется на анализе истории и практики воспроизводства ельников таежной зоны, литературных данных по теме диссертации, обобщении передового опыта и собственных подходах при решении основных вопросов исследования.

Данные автора сравнивались с материалами, полученными ранее по рассматриваемой тематике в других регионах страны и за рубежом, а также рассмотрены отдельные теоретические положения с целью их научного обоснования.

Установлено качественное совпадение, а в ряде случаев несовпадение авторских результатов с результатами других исследователей в части зависимости структуры молодого поколения ели от парцеллярной структуры фитоценоза и видов хозяйственного воздействия, а также в части использования современных методов оценки успешности естественного возобновления хозяйственно ценных пород.

Положения, выносимые па защиту. На основе стационарных и полевых исследований в диссертации рассмотрены, сформулированы и обоснованы следующие научные положения: 1) Закономерности изменения структурны и состояния молодого поколения ели под пологом древостоев в зависимости от их состава и относительной полноты и парцеллярной структуры фитоценоза. 2) Закономерности изменения численности и размещения подроста, его состава и структурной организации после рубок ухода, рубок спелых и перестойных лесных насаждений, комплексного ухода за лесом. 3) Зональные особенности естественного возобновления ели в преобладающих типах леса. 4) Методика оценки успешности естественного возобновления ели. 5) Уточнения и дополнения для шкалы оценки успешности естественного возобновления ели. б) Предложения производству по повышению эффективности мер по воспроизводству коренных лесных фитоценозов на основе выявленных закономерностей структурной организации подроста ели. 7) Рекомендации по оптимизации режима хозяйственных мероприятий для обеспечения успешного самовозобновления ели.

Степень достоверности результатов. Обоснованность и достоверность результатов подтверждаются значительным объемом экспериментального материала, полученного на стационарных объектах с более чем 8 5-летним сроком наблюдений, временных пробных площадях и производственных объектах, расположенных в лесничествах Северо-Запада РФ. При этом использованы современные методы сбора и обработки экспериментальных данных, элементы системного подхода к решению конкретных задач исследования. Полученный материал обрабатывался методами математической статистики с помощью приложения Microsoft Excel и пакета прикладных программ StatPlus 2009. Достоверность различия между показателями определялась на 95-процентном доверительном уровне.

Апробация результатов. Диссертационное исследование осуществлялось в тесной связи с планом научно-исследовательских работ кафедры лесоводства СПбГЛТУ 2004-2013 гг. по темам: «Основные закономерности, динамика и меры регулирования восстановительных процессов в нарушенных хозяйственным воздействием лесных фитоценозах Северо-Запада России»; «Лесоводственно-экологическая оценка структурных и функциональных изменений в нарушенных хозяйственным воздействием лесных экосистемах Северо-Запада России» (темплан Министерства образования и науки); «Совершенствование мер хозяйственного воздействия на лесные экосистемы в целях повышения устойчивости и биоразнообразия лесов Северо-Запада Российской Федерации»; «Комплексная оценка состояния, динамики, ресурсного и воспроизводственного потенциала лесных экосистем, подвергающихся хозяйственному воздействию на Северо-Западе России»; «Лесоводственная оценка хозяйственного воздействия на

лесные экосистемы: продуктивность, устойчивость, биоразнообразие лесных фитоценозов», «Исследование восстановительного потенциала лесных фитоце-нозов в условиях активного хозяйственного воздействия»; «Модернизация музейного комплекса Санкт-Петербургской лесотехнической академии имени С.М. Кирова» (АВЦП); «Экологическая оценка и долгосрочный прогноз изменения продуктивности и возобновительного потенциала лесных экосистем Северо-Запада России на основе динамического моделирования» (ФЦП); «Разработка новых технических и технологических решений для повышения эффективности использования недревесных ресурсов леса» (ФЦП); «Закономерности изменения продуктивности недревесных ресурсов леса в условиях Северо-Запада России» (СФИ).

Результаты исследований представлялись на 45 межвузовских, региональных, всероссийских и международных конференциях, семинарах и совещаниях.

Личный вклад автора. Диссертация выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М- Кирова» на кафедре лесоводства. Автором сформулирована научная проблема, разработана программа и методика исследований. Совместно с коллегами осуществлен сбор полевого материала, его первичная обработка, составление баз данных. Лично автором выполнена статистическая обработка, анализ и обобщение эмпирического материала.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 95 работах в научных журналах и изданиях, в том числе в 3 монографиях, 23 статьях, входящих в перечень рецензируемых научных журналов и изданий, 1 учебном пособии, 1 свидетельстве на программу ЭВМ и 2 свидетельствах на базы данных. Кроме того, результаты исследований, касающиеся темы диссертации, представлены в 24 научных отчетах по бюджетным темам, международным и российским проектам, отчеты по которым переданы заказчикам.

Благодарности. Приношу глубокую благодарность своему научному консультанту д.б.н., профессору A.B. Грязькину за неоценимую поддержку и создание максимально благоприятных условий для работы, помощь в процессе проведения полевых работ, консультации и ценные советы при обсуждении материалов диссертации. Автор выражает глубокую признательность д.с-х.н.,

профессору! Е-С. Мельникову, д.с.-х.н., профессору А.Н. Мартынову за поддержку, участие в обсуждении результатов настоящей работы и ценные советы. Искренне признательна своим коллегам к.с.-х.н., доценту E.H. Кузнецову, к.с.-х.н., доценту О.И. Григорьевой, к.с.-х.н., с.н.с. Д.А. Данилову, к.с.-х.н., старшему преподавателю Н.В. Ковалеву, совместно с которыми проведен сбор части полевого материала, доценту Д.М. Черниховскому за помощь в работе с программами «WinGis» и «Mapinfo». Выражаю глубокую благодарность аспирантам кафедры лесоводства СПбГЛТУ Т.А. Ищук, И.А. Кази, A.A. Фетисовой, O.A. Ковалевой, A.C. Ходачек, М. Гуталь за помощь в проведении полевых исследований и при первичной обработке полевого материала.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 11 глав, заключения, рекомендаций и списка литературы из 613 наименований. Текст диссертации изложен на 431 странице, включает 141 таблицу, 115 рисунков.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Представлен обзор научной литературы в области воспроизводства ельников таежной зоны и выявлены малоизученные аспекты этой проблемы. Охарактеризованы существующие представления о влиянии материнского древостоя на состав и структуру подроста; рассмотрены имеющиеся данные о фенологических формах подроста ели; проанализированы сведения о влиянии хозяйственных мероприятий на успешность естественного возобновления ели.

Анализ состояния проблемы по оценке густоты подроста, его состояния и других характеристик в зависимости от состава и строения материнского древостоя показал, что в настоящее время в литературе практически отсутствуют системные сведения по следующим вопросам: зависимость численности и размещения подроста ели по площади, его состояния и возрастной структуры в преобладающих типах леса от соотношения древесных пород в составе материнского древостоя; особенности возобновления ели в преобладающих типах леса при одинаковом составе спелого древостоя; влияние относительной полноты материнского древостоя на численность подроста, его состояние и возрастную структуру в преобладающих типах леса; структура фенологических форм подроста ели по ее состояншо, высоте и возрасту; не установлена связь между фенологическими формами подроста ели и парцеллярной структурой лесных фитоценозов, а также мало исследован вопрос связи типа леса с фенологическими формами елц.

Слабо изучен вопрос о влиянии живого напочвенного покрова и подлеска на появление и рост ели после рубок леса и под пологом древостоев. Не изучена связь между парцеллярной структурой фитоценоза, успешностью естественного возобновления ели и ее фенологическими формами. Большинство выводов о закономерностях естественного возобновления ели под пологом древостоев и на вырубках получены без учета различий в составе древостоев, их относительной полноты и возрастной структуры, т.е. комплексная оценка условий для появления и роста молодого поколения ели не проводилась, и, соответственно, данный аспект требует дальнейшего детального исследования.

ГЛАВА 2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБЪЕКТАХ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследований являлись древостой с участием в их составе ели от 1 до 10 единиц, расположенные в 42 лесничествах северной, средней и южной подзонах тайги европейской части России. Обследовались также древостой без участия ели. Основная часть полевого материала была собрана в древостоях, не затронутых хозяйственным воздействием. Обследовались также вырубки давностью 5-10 лет после сплошных и несплошных рубок. Кроме этого были обследованы участки после комплексного ухода (разреживания + внесение азот-

ных удобрений) и рубок ухода (прореживаний и проходных рубок). Для сравнительной оценки результатов во всех случаях использовали контроль. Как правило, контролем служил древостой без рубки. В качестве эталонов использовали опытные участки с длительным сроком наблюдений.

Значительная часть полевых материалов получена при маршрутном обследовании древостоев. Насаждения обследовались в трех областях, входящих полностью или частично в таежную зону европейской части России: 1) Ленинградская область: средне-таежный лесной район Европейской части РФ; южнотаежный лесной район Европейской части РФ. 2) Республика Карелия: северотаежный лесной район Европейской части РФ; средне-таежный лесной район Европейской части РФ. 3) Мурманская область: зона притундровых лесов и редкостойной тайги; северо-таежный лесной район Европейской части РФ.

Часть экспериментального материала получена на стационарных объектах с длительным сроком наблюдений (с 1929 года). Постоянные пробные площади расположены на территории опытного лесного хозяйства «Сиверский лес» в Гатчинском лесничестве Ленинградской области. Значительное количество полевого материала получено в Лисинском учебно-опытном лесничестве Ленинградской области на территории экологического стационара.

ГЛАВА 3 МЕТОДИКА И ОБЪЕМ ВЬШОЛНЕННЫХ РАБОТ

При составлении программы исследований основное внимание было уделено тем вопросам, решение которых позволит приблизиться к решению проблемы лесовосстановления, выявить закономерности изменений структуры и состояния молодого поколения ели европейской в условиях интенсивного хозяйственного воздействия для повышения эффективности мер по воспроизводству коренных хвойных лесов.

Благодаря информации, которая получена на опытных объектах более чем за 85-летний период с разными вариантами опытов, становится возможным по-новому оценить сложившуюся систему воспроизводства ельников таежной зоны; усовершенствовать методы оценки хода естественного возобновления ели; уточнить показатели для оценки успешности естественного возобновления ели; дать рекомендации по проведеншо рубок ухода, рубок спелых и перестойных лесных насаждений, комплексного ухода за лесом, позволяющие создать оптимальные условия для успешного естественного возобновления ели.

При изучении особенностей структуры лесных фитоценозов в преобладающих типах леса и условий для естественного возобновления в них, во-первых, определялись характеристики древостоя методом сплошного перечета на постоянных пробных площадях, традиционным для исследовательских работ на данных объектах (Давыдов, 1971; Сеннов, 1977). Во-вторых, была изучена структура остальных компонентов лесного фитоценоза: живого напочвенного покрова (ЖНП), подроста и подлеска. Структура рассматривалась как синоним состава, строения и совокупностей многочисленных связей между элементами лесного фитоценоза (Цветков, 2004).

Для изучения особенностей парцеллярной структуры фитоценозов в преобладающих типах леса и условий для естественного возобновления в них было выполнено геоботаническое обследование стационарных объектов по квадратам размером 5 х 5 м. В каждом из них проводили детальное описание растительности и верхних горизонтов почвы. Названия сосудистых растений приведены по С.К. Черепанову (1995), мохообразных - по М.С. Игнатову, О.М. Афониной (1992). Описание почвы проводили по О.Г. Чертову (1981). При определении типов леса пользовались лесотипологической схемой, применяющейся в лесоустройстве- и основанной на эдафофитоценотической классификации В.Н.Сукачева (1961).

По результатам описания учета живого напочвенного покрова и по комплексу других показателей однородные квадраты объединялись в парцеллы по Н.В. Дылису (1969). На основании полученных данных была построена карта парцеллярной структуры фитоценоза с помощью компьютерных программ «WinGis» и «Maplnfo». Для каждой парцеллы вычисляли значения коэффициентов рассеивания видов (КР) и коэффициенты пестроты сложения живого напочвенного покрова (Кп) по А.П. Шенникову (1964), коэффициент общности видов по Съеренсену (1948).

Учет подроста под пологом древостоев и на вырубках был проведен двумя методами: сплошным перечетом и выборочно-статистическим методом. Сплошной перечет был осуществлен на лентах шириной 5 м, разделенных на квадраты 5 х 5 м. Учет подроста по выборочно-статистическому методу осуществлялся на круговых площадках по 10 м2 по методике А.В. Грязькина (1997, 2001).

Жизненное состояние популяций подроста рассчитывали по методике В.А. Алексеева (1989).

При описании моделей подроста одновременно с основными показателями устанавливали и его фенологическую форму. Выделение форм производилось с использованием феноиндикаторов: к ранней форме относили биотипы ели, у которых терминальная почка начинала распускаться до зацветания черемухи обыкновенной, к поздней форме - после зацветания рябины обыкновенной или в начале пыления сосны обыкновенной, а все остальные случаи - к переходной форме (Грязькин, 2001).

Полученный материал обрабатывался методами математической статистики с помощью приложения Microsoft Excel и пакета прикладных программ StatPlus 2009.

Учет подлеска. Подлесок учитывался на тех же учетных площадках и по той же методике, что и подрост.

При изучении живого напочвенного покрова применялась общепринятая методика учета растений на однометровых учетных площадках (Базилевич, 1978; Гришина, 1971; Карпачевский, 1984). При описании растительных ассоциаций для характеристики обилия вида использовали шкалу Гульта-Друде (Андреева, 2002) и Браун-Бланке (Braun-Blanquet J., 1964). Отнесение видов растительности нижних ярусов к определенной экологической группе производилось в соответствии с классификацией М.Д. Сибиряковой (1962).

По всем изученным вопросам был выполнен корреляционный и однофак-торный дисперсионный анализы, позволившие установить достоверную тесноту связи между исследуемыми показателями.

. В процессе исследования были заложены 224 постоянные и временные пробные площади. На них проведена таксация древостоя, измерены диаметр и высота у 46626 деревьев. Осуществлен учет подроста, подлеска, живого напочвенного покрова (определены вид, проективное покрытие и встречаемость) на 50199 учетных площадках. Замерены высота, возраст, прирост в высоту по годам и определено состояние (жизнеспособность) у 31386 экземпляров подроста. Определена фенологическая форма у 13406 экземпляров подроста ели. Определен вид и замерена высота у 106490 экземпляров подлеска. Проведена камеральная обработка собранных данных. Общая протяженность маршрутных ходов и трансект, на которых обследовалась успешность естественного возобновления ели и оценивались основные компоненты лесных фитоценозов, составила 134 км. Морфология почвы и мощность горизонта корнеобитаемого слоя определялись на 672 прикопках и 96 почвенных разрезах.

ГЛАВА 4 ЗАВИСИМОСТЬ ЕСТЕСТВЕННОГО ВОЗОБНОВЛЕНИЯ ЕЛИ ОТ СОСТАВА СПЕЛЫХ ДРЕВОСТОЕВ

Для выявления зависимости между успешностью естественного возобновления ели и составом спелых древостоев детально анализировалось влияние доли ели в составе спелых древостоев на численность,, встречаемость подроста ели, его состав и структурную организацию.

Установлено, что количество подроста ели, достаточное для формирования в дальнейшем высокопродуктивных древостоев (2-3 тыс. экз./га), формируется при участии ели в составе древостоя в кисличном типе леса1 3 единицы и выше, в черничном - от 2 единиц (таблица 1).

Таблица 1 - Зависимость численности и встречаемости подроста ели от доли ели в составе материнского древостоя в кисличном и черничном типах леса_____

Доля ели в составе древостоя Численность подроста ели, тыс. экз./га Встречаемость ели, %

кисличный тип леса черничный тип леса кисличный тип леса черничный тип леса

10Е 2,3±0,4 3,0±0,4 77,1±4,5 81,2±4,0

9Е 2,3±0,3 3,0±0,3 79,0±7,6 80,8±2,8

8Е 2,4±0,5 3,1±0,4 84,5±б,0 81,7±3,б

7Е 2,7±0,3 3,3±0,4 89,4±3,3 81,0±3,0

6Е 2,б±0,2 3,7±0,4 91,0±5,1 83,б±3,2

5Е 2,4±0,4 3,1 ±0,2 83,8±3,2 84,8±2,7

4Е 2,2±0,2 2,9±0,3 78,0±1,6 80,1±4,9

ЗЕ 2,2±0,1 2,4±0,2 74,0±4,2 78,6±2,5

2Е 1,940,1- 2,5±0,4 63,0±1,0 77,б±8,0

1Е 1,8±0,3 1,б±0,2 57,7±4,8 61,1±4,1

0Е .. 0,5±0,1 1,5±0,1 46,8±3,4 54,5±2,1

1В автореферате в целях экономии места дается сокращенное название типов лесов.

На участках, не подверженных хозяйственному воздействию, наибольшая численность подроста наблюдалась при участии ели 6-7 единиц независимо от типа леса. Численность подроста ели под пологом древостоев кисличной серии типов леса составляет от 0,5 до 2,7 тыс. экз./га, а черничной серии - на 0,5-1,0 тыс. экз./га больше.

Максимальная встречаемость подроста ели отмечена в насаждениях с участием ели в составе древостоя 7-8 единиц. Различия по типам леса минимальны (см. таблицу 1).,

С увеличением доли ели в составе спелых древостоев возрастает и доля ели в составе подроста (рисунок 1). Чистый по составу подрост ели формируется под пологом чистых по составу ельников.

10Е 9Е 8Е 7Е 6Е 5Е 4Е ЗЕ 2Е 1Е 0Е

Доля ели в составе древостоя

♦ Кисличный тип леса ■ Черничный тип леса _ Полиномиальный (Кисличный тип леса) - - Полиномиальный (Черничный тип леса)_

Рисунок 1 Зависимость доли ели в составе подроста от доли ели в составе древостоев (индекс корреляции в кисличном типе леса - 0,99; в черничном - 0,87)

Связь между долей ели в составе спелых древостоев и численностью подроста ели, его встречаемостью и составом является тесной (индекс корреляции варьируется от 0,71 до 0,99) и может быть выражена соответственно полиномиальной функцией.

От состава материнского древостоя зависят не только численность и встречаемость подроста, но и его состояние, а также и характер распределения по группам высот. По результатам исследования доля жизнеспособного подроста составила от 68 до 90%. Независимо от типа леса наибольшее количество жизнеспособного подроста отмечено при доле ели в составе материнского древостоя 4-6 единиц. При этом в древостоях черничного типа леса количество жиз-

неспособного подроста несколько больше (81%), чем кисличного (77%). Соответственно доля нежизнеспособного подроста ели больше в насаждениях кисличной серии типов леса (18%), чем черничной - 14%, что связано с повышенной сомкнутостью полога материнского древостоя в кисличном типе леса.

Независимо от типа леса под пологом древостоев преобладает средний по высоте подрост ели. В древостоях кисличного и черничного типов леса доля среднего по высоте подроста составила в среднем 44 и 41% соответственно.

Наибольшее количество среднего по высоте подроста ели независимо от типа леса отмечено под пологом древостоя, в составе которого доля ели менее 4 единиц. На долю крупного подроста в кисличном типе леса приходится в среднем 23%, а в черничном - 16%. Крупный по высоте подрост ели в кисличном и черничном типах лесах преобладает в древостоях с участием ели 8 единиц и более. Мелкий подрост соответственно составляет 33 и 43%. В древостоях и кисличного, и черничного типа леса количество мелкого подроста максимально при доле ели в составе спелых насаждений 6-8 единиц. При увеличении или уменьшении ели в составе материнского древостоях численность мелкого подроста уменьшается.

Прирост по высоте молодого поколения ели в древостоях кисличного типа леса выше при участии ели в составе спелых древостоев 8-10 единиц, а в насаждениях черничного типа леса — при доле ели от 3 до 7 единиц. При наличии ели в составе спелых древостоев 1-2 единицы средний прирост в высоту практически не зависит от типа леса (таблица 2).

Таблица 2 - Средние таксационные характеристики подроста ели в зависимости от доли ели в составе древостоя в преобладающих типах леса _

Доля ели в составе древостоя Кисличный тип леса Черничный тип леса

возраст, лет высота, см прирост в высоту, см/год возраст, лет высота, см прирост в высоту, см/год

10Е 10,5±1,9 126,1±14,2 12,0±1,3 9,4±0,5 91,9±5,8 9,8±0,5

9Е 9,3±1,3 96,3±8,3 10,4±1,3 7,0±0,1 67,7±0,1 9,7±0,1

8Е 10,5±1,8 117,3±23,4 11,2±1,5 8,8±0,6 9б,0±12,6 10,9±0,8

7Е 10,4±1,2 80,4±7,2 7,7±1,3 8,5±1,8 77,9±15,9 9,2±0,2

6Е 15,6±4,4 113,2±12,8 7,3±0,6 11,4±1,4 107,5±14,0 9,5±0,2

5Е 13,9±3,0 117,0±14,3 8,4±0,9 8,8±1,1 87,4±13,6 9,9±0,5

4Е 13,2±3,0 119,4±21,3 9,0±1,5 9,8±1,5 98,9±17,5 10,1±0,3

ЗЕ 11,7±3,0 83,0±11,8 7,1±2,9 10,5±0,9 100,8±7,1 9,6±0,5

2Е 13,9±1,0 142,8±1,0 10,3±1,0 8,3±0,5 87,7±11,8 10,6±0,9

1Е 13,8±1,2 131,7±14,7 9,5±0,3 8,6±1,4 83,0±11,5 9,7±0,4

ГЛАВА 5 УСПЕШНОСТЬ ВОЗОБНОВЛЕНИЯ ЕЛИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПОЛНОТЫ ДРЕВОСТОЕВ

В рамках данного вопроса анализировалось влияние относительной полноты спелых древостоев на численность, встречаемость подроста ели, его состав и структурную организацшо.

Установлено, что в древостоях черничного типа леса численность молодого поколения ели, достаточная для формирования в дальнейшем высокопродуктивного елового древостоя (2-3 тыс. экз./га), зафиксирована при относительной полноте насаждения 0,6-0,9 и варьируется от 2,9 до 3,4 тыс. экз./га, а в кисличном типе леса — при относительной полноте 0,6-0,8 (от 2,1 до 2,4 тыс. экз./га) (рисунок 2).

3.5

Кисличный тип леса у --0,1089«' + 0,9482» + 0,15 I»' - 0,8807

3,4

Черннчный тип леса у - -0,1804*' + 1,0939* + 1,69 И' - 0,8877

й ■> 2

52Л -

I 2 ■ £

г и-

2.9.

0,8 0,7

Относительная полнота древостоя древостоя

Кисличный тип леса • Черничный тип леса

- Полиномиальный (Кисличный тип леса) — Полиномиальный (Чер]

Рисунок 2 Зависимость численности подроста ели от относительной полноты древостоев (индекс корреляции в кисличном типе леса - 0,93; в черничном - 0,94)

Максимальная встречаемость подроста ели отмечена в древостоях черничного типа леса при относительной полноте 0,8, кисличного — при полноте 0,81,0 (рисунок 3). В целом при одинаковой численности молодого поколения ели встречаемость мало зависит от типа леса.

Под пологом древостоев кисличного и черничного типов леса подрост на 60-90% представлен елью. В насаждениях кисличного типа леса наибольшая доля ели в составе подроста отмечена при относительной полноте 0,7-0,8 (7585%), а черничного - 0,8-0,9 (87-90%) (рисунок 4).

Связь между относительной полнотой древостоев и численностью подроста ели, его встречаемостью и составом является тесной и может быть выражена полиномиальной функцией (см. рисунки 2-4). Корреляция между численностью подроста ели и относительной полнотой материнского древостоя выше, чем между численностью и составом спелых насаждений.

Доля жизнеспособного подроста ели во многом определяется типом леса и относительной полнотой древостоя. В древостоях кисличного типа леса жизнеспособный подрост преобладает при относительной полноте 0,7-0,8 (90%); черничного - 0,6-0,7 (84 и 90%). На наш взгляд, это оптимальная относительная

полнота древостоя, при которой конкуренция со стороны других компонентов нижних ярусов растительности незначительная, а освещенность достаточная.

100

о 80

е 75

о £ 70

О.

о 60

Кисличный тип леса

у = -1,7393х! + 8,5836* + 72,52 И1 - 0,8491

Черничный тип леса у = -2,4446х2 + 12,938х + 70,11

84,0______

87,3

82,2

81,2

81,5

1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5

Относительная полнота древостоя древостоя

* Кисличный тип леса ■ Черничный тип леса __Полиномиальный (Кисличный тип леса) — Полиномиальный (Черничный тип леса)_

Рисунок 3 Зависимость встречаемости подроста ели от относительной полноты древостоев (индекс корреляции в кисличном типе леса - 0,92; в черничном — 0,93)

10,0 -

9,0 -

8,0 -

7,0 - 6,2/

6,0 - ♦

5,8/

Ь,0

4,0 -

3,0 -

2,0- У =

1,0

6,4

Кисличный тип леса

Черничный тип леса у = 0,2305х3 - 2,6123.x2 + 8,6799х

II2 = 0,4474

Я = 0,9268

1,0

0,9 0,8 0,7 0,6

Относительная полнота древостоя

0,5

♦ Кисличный тип леса ■ Черничный тип леса __Полиномиальный (Кисличный тип леса)---Полиномиальный (Черничный тип леса)_

Рисунок 4 Зависимость состава подроста от относительной полноты древостоев (индекс корреляции в кисличном типе леса - 0,67; в черничном - 0,96)

По результатам исследования на долю среднего и крупного подроста приходится более 50%: Независимо от типа леса доля среднего подроста ели максимальна при относительной полноте 0,8 (45% в древостоях кисличного типа леса и 44% - черничного); а крупного - при полноте 0,9 (48 и 22% в кисличном и черничном типах леса соответственно). Наибольшее количество мелкого подроста в древостоях кисличного типа леса при относительной полноте 0,6-0,7 (36%); черничного - 0,5-0,7 (47-67%).

Установлено, что от относительной полноты древостоев зависит не только структура подроста по высоте, но также средняя высота и величина среднего прироста в высоту. Наибольший прирост и в кисличном, и в черничном типах леса наблюдается при относительной полноте 0,5-0,6 и соответственно составляет 11,0 и 10,7 см/год.

ГЛАВА 6 ФЕНОЛОГИЧЕСКИЕ ФОРМЫ ПОДРОСТА ЕЛИ

Структура подроста по фенологическому признаку исследовалась в ельниках кисличного и черничного типов леса на территории экологического стационара Лисинского лесничества Ленинградской области (таблица 3).

Таблица 3 - Таксационная характеристика древостоя (2011 г.)

Показатели" Секция А Секция Б Секция В

Состав древостоя 9Е1Б ед. П, Олс 8Е2С + Б 7ЕЗС, ед. Б

Возраст, лет 90 90 90

Класс бонитета И II II

Тип леса Ельник кисличный Ельник черничный Ельник кисличный

Высота, м 22,4 22,8 16,8

Диаметр, см 24,1 24,7 21,6

Полнота 0,5 0,6 0,4

Запас, м^/га 204 248 155

Результаты исследований показывают, что под пологом ельников кисличного типа леса (секции А, В) преобладает ранораспускалощаяся фенологическая форма подроста ели, под пологом ельника черничного (секция Б) - поздняя, что связано с относительной полнотой насаждения: доля ранораспускающейся фенологической формы подроста ели уменьшается по мере увеличения относительной полноты древостоя (таблица 4).

Таблица 4 - Численность и встречаемость подроста ели по фенологическим формам

Секция Ранораспускающая Позднораспускающаяся

численность встречаемость, т, % численность встречаемость, т, %

экз./га % зкз./га %

А 1051 51,0 71,3 1008 49,0 72,1

Б 2631 45,6 57,4 1945 54,4 68,2

В 1395 58,1 62,7 1007 41,9 47,5

Встречаемость ранней формы подроста ели в древостоях кисличного типа леса составляет 67%, поздней - 60%; черничного - 57 и 68% соответственно. С

увеличением относительной полноты древостоя встречаемость поздней формы подроста ели увеличивается (см. таблицу 4).

Жизнеспособный подрост ели в древостоях кисличного типа леса имеет в своем составе больше экземпляров ранней формы (49%) по сравнению с поздней (39%), а в черничном — 39% жизнеспособного подроста относится к ранней форме и 47 - к поздней.

Таким образом, установлено, что структура жизнеспособного подроста ели по фенологическим формам зависит от относительной полноты древостоя. При полноте древостоя 0,6 была зафиксирована наибольшая доля жизнеспособного подроста поздней формы, в то время как при полноте 0,4 отмечена максимальная величина жизнеспособного подроста ели ранней формы. Следовательно, при увеличении относительной полноты древостоя доля жизнеспособного подроста ели ранней формы уменьшается. Это позволяет выдвинуть гипотезу о том, что ранняя фенологическая форма подроста ели более светолюбива, нежели поздняя.

Фенологическая структура подроста ели различается не только по категориям состояния, но и по группам высот. Крупный подрост представлен главным образом ранней формой. В составе мелкого и среднего подроста преобладает поздняя форма. При увеличении относительной полноты древостоя доля мелкого подроста ели ранораспускающейся фенологической формы уменьшается.

При одинаковом возрасте экземпляры ранней формы имеют большую высоту. Различия в величине среднего прироста в высоту имеют ту же закономерность и достигают 10-35% (таблица 5).

Секция Ранораспускающаяся Позднораспускающаяся

возраст, лет высота, см прирост в высоту, см/год возраст, лет высота, см прирост в высоту, см/год

А 9,4 176,4 18,7 9,1 81,8 9,0

Б 12,6 147,3 11,7 12,1 100,0 8,3

В 10,3 164,2 15,9 10,1 101,0 10,0

На основании анализа хода роста рано- и позднораспускающейся фенологических форм подроста ели можно предположить, что в дальнейшем в составе отпада будет преобладать подрост поздней формы. Косвенным подтверждением такого вывода может служить соотношение фенологических форм по категориям состояния. Отпад подроста под пологом наиболее вероятен из категории нежизнеспособного, в составе которого преобладает поздняя форма.

ГЛАВА 7 ОСОБЕННОСТИ ЕСТЕСТВЕННОГО ВОЗОБНОВЛЕНИЯ ЕЛИ НА ПАРЦЕЛЛЯРНОМ УРОВНЕ

В основе дифференциации биогеоценоза по структурным элементам лежит неоднородность строения автотрофной части фитоценоза. Для еловых древо-стоев во всех случаях характерна значительная дифференциация по возрасту, высоте и диаметру, это является одной из причин неравномерного строения фи-

тоценоза, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. За основную единицу горизонтальной структуры лесного фитоценоза была принята парцелла. Исследования влияния парцеллярной структуры лесных фитоценозов на успешность естественного возобновления ели были выполнены на постоянных пробных площадях в Лисинском учебно-опытном лесничестве в ельниках кисличных и черничных.

Полученные результаты позволили выявить следующие закономерности. В изученных ельниках было выделено 85 парцелл, 24 из которых встречаются одновременно на всех пробных площадях. Еще 18 парцелл было зафиксировано на двух пробных площадях. Оставшиеся 43 парцеллы были выделены только на одном из обследованных лесных участков. Это позволяет предположить, что формирование парцелл связано как с динамикой самой автотрофной части фитоценоза, так и с изменением микрорельефа, которое в свою очередь определяется появлением ветровала, бурелома, сухостоя, а также с климатическими факторами, например, с количеством выпавших осадков. В целом под пологом ельников зеленомошных можно выделить 12 коренных парцелл.

Наиболее успешно процесс естественного лесовозобновления идет в елово-зеленомошной и елово-черничной парцеллах, где численность подроста ели достигает 2 тыс. экз./га (таблица 6). На долю этих парцелл приходится 54% всей площади. Минимальное количество молодого поколения ели отмечено в елово-кисличной парцелле (0,3 тыс. экз./га).

Таблица б - Численность, встречаемость и состав подроста ели на коренных парцеллах

№ п/п Наименование коренных парцелл % от общей площади Численность подроста, экз./га Состав подроста

1. Елово-зеленомошная 39,9 1432 7Е2Б10лс, ед. С, Ос, Д

2. Елово-черничная 13,7 625 8Е2Б+Олс, ед. Ос, С

3. Елово-сфагновая 5,4 372 бЕЗБЮлс

4. Елово-злаковая 8,2 305 бЕЗБЮлс, ед. Ос, С

5. Елово-хвощовая 5,3 303 4Е4Б20лс

6. Елово-щитовниковая 9,1 252 5ЕЗБ20лс, ед. С, П

7. Елово-брусничная 4,5 243 7Е2БЮлс

8. Елово-разнотравная 5,3 184 5Е4Б10лс, ед.Ос

9. Елово-мертвопокровная 3,8 178 9Е1Б+Олс, ед.С

10. Елово-кисличная 3,2 121 10Е, ед. Б, Олс

11. Елово-рябиновая 1,0 40 7ЕЗБ

12. Елово-березовая 0,4 13 7ЕЗБ

Различное соотношение площадей, занятых теми или иными парцеллами в рассматриваемых сообществах, является характеристикой неоднородности сложения фитоценозов, а совокупность видов растений каждой парцеллы служит индикатором условий произрастания для данного фитоценоза. Распределение подроста по площади парцелл существенным образом различается. Наиболее равномерным распределением отличается елово-зеленомошная парцелла, а наименее — елово-березовая. В елово-березовой парцелле подрост приурочен к приствольным кругам деревьев березы.

На основной части парцелл доминирует подрост ели. В елово-мертвопокровной и елово-кисличной парцеллах участие ели в составе подроста составляет 9-10 единиц, в елово-зеленомошной, елово-черничной и елово-брусничной парцеллах - 7-8 единиц. В остальных парцеллах доля ели составляет от 4 до 6 единиц (см. таблицу 6).

Наиболыне "количество жизнеспособного подроста ели отмечено в елово-рябиновой и елово-березовой коренных парцеллах (98 и 100% соответственно). На наш взгляд, рябина и береза на данном этапе развития подроста защищает его от вредных биотических и абиотических факторов. По этой же причине велика доля жизнеспособного подроста ели в елово-черничной, елово-злаковой и елово-разнотравной парцеллах (80%). Наименьшее количество жизнеспособного подроста ели было установлено в елово-сфагновой и елово-хвощовой парцеллах (66 и 68% соответственно). В этих же парцеллах было зафиксировано и наибольшее количество сухого подроста ели (3 и 4% соответственно), что может быть связано в первую очередь с условиями местопроизрастания, а именно, - с повышенной влажностью почвы. Большое количество сухого подроста ели отмечено также в елово-кисличной парцелле (3%). В данном случае состояние подроста значительно ухудшается из-за повышенной конкуренции с живым напочвенным покровом (зелеными мхами, злаками), а также с повышенной сомкнутостью древесного полога.

На большинстве парцелл преобладает средний по высоте подрост. Существенным образом меняется по парцеллам доля крупного подроста, она варьируется от 12 до 32%. Если в елово-березовой парцелле участие крупного подроста минимально (12%), то в елово-зеленомошной, елово-разнотравной и елово-кисличной его доля составляет 29, 32 и 31% соответственно. Мелкий подрост преобладает в елово-щитовниковой, елово-кисличной и елово-березовой парцеллах. На его долю приходится 41, 39 и 51% соответственно. В целом количество среднего по высоте подроста составило 40%, крупного - 35% и мелкого -25%. Эти данные позволяют говорить о нормальном распределении подроста по категориям высот под пологом древостоя.

Показатели жизненного состояния популяций подроста ели (по В.А. Алексееву) по категориям крупности показали, что наиболее жизнеспособным в дре-востоях кисличного и черничного типов леса с относительной полнотой 0,6-0,8 является крупный подрост во всех коренных парцеллах. В елово-сфагновой, елово-хвощовой и елово-мертвопокровной коренных парцеллах средний подрост ели является ослабленным, а в остальных - жизнеспособным. В елово-зеленомошной, елово-сфагновой, елово-хвощовой, елово-брусничной, елово-разнотравной мелкий подрост имеет пониженную жизнеспособность. Все вышесказанное позволяет утверждать, что в дальнейшем наиболее устойчивым к воздействию биотических и абиотических факторов будет крупный подрост, среднеустойчивым — средний и слабоустойчивым — мелкий.

Структура фенологических форм подроста ели по парцеллам неоднородна. На большинстве коренных парцелл преобладает ранораспускающаяся фенологическая форма подроста ели. Ее доля составляет в среднем на всех обследованных участках леса 43%, на долю позднораспускающейся фенологической

формы приходится 32%, переходной - 25%. В елово-зеленомошной и елово-черничной парцеллах подроста ели поздней формы больше, чем ранней, т.е. там, где сомкнутость крон значительно больше, чем в других парцеллах (выше 0,7).

Независимо от фенологической формы на всех парцеллах преобладает жизнеспособный подрост ели. Наибольшая доля жизнеспособного подроста ранней и переходной форм была зафиксирована в елово-рябиновой (63 и 25%) и елово-березовой (62 и 23%) парцеллах, где рябина и береза защищают подрост ели от негативного влияния абиотических факторов. В целом количество жизнеспособного подроста ранораспускагощейся фенологической формы в 2 раза больше, чем поздней или переходной формы. В елово-сфагновой парцелле наибольшее количество подроста ели по всем фенологическим формам относится к категории нежизнеспособного. Это связано с бедностью и повышенной влажностью почвы, что задерживает начало вегетации у всех экземпляров подроста независимо от феноформы.

Мелкий по высоте подрост ранораспускающейся фенологической формы преобладает только в елово-мертвопокровной и елово-березовой парцеллах (его численность в 1,5 раза больше, чем на остальных парцеллах). В первом случае это связано с избыточным увлажнением почвы. Во втором случае рост молодого поколения ели задерживает береза.

В елово-рябиновой парцелле в 1,5 раза больше доля среднего подроста ранней формы. Это свидетельствует о том, что рябина создает неплохие условия для роста ели, но не позволяет ему обогнать себя в росте. В елово-кисличной парцелле преобладает крупный подрост ранней формы, что объясняется высокой сомкнутостью крон на данном участке. На остальных парцеллах доля среднего и крупного подроста ранней формы приблизительно одинаковая и составляет 15±3%. Для молодого поколения ели поздней формы характерно преобладание мелкого подроста на 10 парцеллах из 12. Только в елово-зеленомошной и елово-мертвопокровной парцеллах поздней формы преобладает средний подрост. Количество крупного подроста поздней формы на всех парцеллах незначительно и варьируется от 3 до 8%.

Переходная фенологическая форма подроста ели характеризуется преобладанием среднего по высоте подроста на 9 из 12 парцелл. В елово-щитовниковой и елово-березовой парцеллах к переходной форме относится в основном мелкий подрост, в елово-разпотравной — крупный. Кроме того, прослеживается некоторая закономерность: по количеству крупного подроста переходная форма близка к поздней (его доля варьируется от 3 до 10%), а по среднему - к ранно-распускающейся фенологической форме (доля среднего подроста переходной формы в среднем составляет 11%).

Наименьший возраст подроста ели ранней, поздней и переходной фенологических форм отмечается в елово-березовой парцелле (9, 7 и 10 лет соответственно). Для этой парцеллы характерна и самая низкая интенсивность роста молодого поколения ели ранней, поздней и переходной фенологических форм (8,4; 6,2 и 7,6 см/год соответственно), что в среднем на 30% меньше по сравнению со скоростью роста подроста ели на других парцеллах.

Аналогичная картина наблюдается с приростом в высоту подроста ели поздней формы в елово-хвощовой, елово-брусничной и елово-рябиновой парцеллах (6,5; 6,9 и 6,4 см/год соответственно), а также переходной формы в елово-брусничной парцелле (7,4 см/год).

Причины ухудшения роста ели в елово-рябиновой парцелле сходны с таковыми в елово-березовой парцелле. Снижение скорости роста молодого поколения ели в елово-хвощовой и елово-брусничной парцеллах связано с особенностями условий местопроизрастания. На остальных парцеллах средний возраст подроста ели ранней, поздней и переходной форм колеблется незначительно и составляет в среднем 13, 11 и 12 лет соответственно. Подобная ситуация складывается и со средним приростом в высоту, его величина по фенологическим формам колеблется от 10 до 12 см/год.

В пределах выделенных парцелл в нижних ярусах доминируют несколько видов подлеска, именно они и определяют условия для роста и развития молодого поколения ели. Наименьшее количество видов подлеска (3-4 вида) встречается на парцеллах, которые характеризуются «экстремальными» условиями. Живой напочвенный покров в рассматриваемых сообществах характеризуется неоднородностью строения даже в пределах отдельно взятых парцелл. Коэффициенты рассеивания видов имеют значение на всех пробных площадях от 1,4 до 2,4, т.е. сложение живого напочвенного покрова неравномерное. Коэффициенты пестроты сложения, значения которых изменяются от 0,44 до 0,69, также показывают, что сложение фитоцепозов неравномерное. Особенно отчетливо неравномерность в распределении живого напочвенного покрова проявляется под кронами деревьев. Установлено, что у стволов крупных деревьев число видов живого напочвенного покрова в среднем в 2 раза меньше, чем в «окнах».

ГЛАВА 8 ВЛИЯНИЕ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НИЖНИХ ЯРУСОВ НА ЕСТЕСТВЕННОЕ ВОЗОБНОВЛЕНИЕ ЕЛИ

Живой напочвенный покров и подлесок являются важнейшими компонентами лесного фитоценоза. Структурные изменения, происходящие в живом напочвенном покрове и подлеске после воздействия извне, обеспечивают стабильность круговорота элементов питания и, таким образом, повышают устойчивость лесного фитоценоза. Сравнительный анализ динамики структурных изменений и видового состава живого напочвенного покрова и подлеска дает возможность выявить особенности восстановительных процессов.

Анализ развития живого напочвенного покрова после сплошных рубок и его влияния на естественное возобновление ели показал следующее. Через 7-10 лет после сплошных рубок при наличии подроста предварительной генерации отмечается увеличение доли злаковых, осоковых и ситниковых растений и кустарничков. Участие разнотравья и мхов уменьшается (рисунок 5). Исключение составляет лишь объекты 7 и 10. Здесь доля мхов в суммарном проективном покрытии увеличилась по сравнению с контролем в среднем на 20%. Сплошная рубка привела к увеличению влажности почвы и затем к образованию долго-мошного типа вырубки.

На объектах сплошных рубок большинство растений относится к мезотро-фам. Олиготрофы и мегатрофы представлены почти в одинаковом процентном соотношении. После сплошных рубок наблюдается преобладание мезофитов. При этом увеличивается и доля растений-гигрофитов, что свидетельствует о начале заболачивания (рисунки 6, 7).

123456789 18

Объекты исследования ■ Кустарнички □ Травы 5 Мхи

Рисунок 5 Среднее проективное покрытие живого напочвенного покрова после сплошных рубок (объекты 1, 3, 4, 6, 8, 9 - кисличный тип леса; 2, 5, 7, 4 - черничный тип леса)

1234 5 6789 10

Объекты исследования

______■ Олиготрофы Э Меэотрофы □ Мегатрофы

Рисунок 6 Распределение растений по требовательности к плодородию почвы после сплошных рубок (объекты 1,3,4,6,8,9- кисличный тип леса; 2, 5, 7, 4 - черничный тип леса)

123456789 10

Объекты исследования

_В Мезофиты Р Мезогнгрофнты и Гигрофиты__

Рисунок 7 Распределение растений по требовательности к влажности почвы после сплошных рубок (объекты 1, 3, 4, 6, 8, 9 - кисличный тип леса; 2, 5, 7, 4 - черничный тип леса)

Между численностью подроста ели и развитием живого напочвенного покрова на вырубках, установлена довольно тесная связь (индекс корреляции составляет 0,75). На естественное возобновление ели большое влияние оказывают злаковые, осоковые и ситниковые растения. При увеличении доли указанных растений численность подроста снижается.

Оценивая влияние живого напочвенного покрова на естественное лесовозобновление после несплошных рубок, можно говорить о следующих закономерностях. После проведения равномерно-постепенных и добровольно-выборочных рубок видовое разнообразие живого напочвенного покрова увеличивается. Несплошные рубки приводят к увеличению доли растений-мегатрофов и снижению олиготрофов; увеличения доли гигрофитов не наблюдается, а, следовательно, и заболачивания участка (таблица 7).

Таблица 7 - Распределение растений живого напочвенного покрова по экологическим группам (ПП 1-5 - участки равномерно-постепенных рубок; ПП 6, 7 - участки добровольно-выборочных рубок; ПП 2 - ельник кисличный; ПГ1 1,3-7- ельники черничные) _

Экологическая группа растений Проективное покрытие на пробных площадях (ПП), %

ПП 1 | ПП 2 | ППЗ | ПП 4 | ПП 5 | ПП6 | ПП7

Структур» з/сивого напочвенного покрова по отношению к плодородию почвы

олиготрофы 54,9 50,0 69,8 65,1 65,1 72,6 73,8

мезотрофы 13,2 27,4 23,2 18,7 35,8 14,0 18,8

мегатрофы 21,3 30,4 15,5 18,4 5,6 15,8 12,6

Структура живого напочвенного покрова по отношению к влажности почвы

мезофиты 42,5 63,4 55,2 63,6 53,7 58,7 55,5

мезогигрофиты 9,6 25,2 10,0 5,4 19,4 16,0 34,1

гигрофиты 37,3 19,2 43,3 33,2 33,4 27,7 15,6

После несплошных рубок суммарное проективное покрытие живого напочвенного покрова превышает 100%, что свидетельствует о наличии как травяно-кустарничкового, так и мохово-лишайникового ярусов. Однако в первую очередь развиваются травы и кустарнички (таблица 8). Об их влиянии на естественное возобновление ели говорилось выше.

Таблица 8 - Зависимость численности подроста ели от проективного покрытия живого напочвенного покрова на объектах несплошных рубок___

Номер пробной площади Травяно-кустарничковый ярус Мхи, % Численность подроста ели, тыс. экз./га

кустарнички, % злаковые, ситниковые и осоковые % разнотравье, %

1 13,4 12,0 27,8 36,2 3153

2 3,9 16,5 55,6 31,8 2333

3 19,5 8,4 39,6 41,0 3988

4 21,8 7,2 35,5 37,7 4295

5 14,4 12,2 40,5 39,4 2952

6 24,5 9,5 36,3 32,1 4380

7 25,0 10,0 34,2 36,0 4133

Анализ развития живого напочвенного покрова после рубок ухода (прореживаний и проходных рубок) и его влияния на естественное возобновление ели выявил следующие закономерности. На развитие живого напочвенного покрова существенное влияние оказывает интенсивность рубок ухода: чем выше интенсивность рубки, тем выше суммарное проективное покрытие (таблица 9).

Рубки ухода независимо от их интенсивности приводят к снижению доли кустарничков.

Таблица 9 - Связь проективного покрытия живого напочвенного покрова и численности подроста ели после рубок ухода ___

Пробная площадь (интенсивность рубки) Проективное покрытие, % Суммарное проективное покрытие, % Численность подроста ели, экз./га

травы кустарнички мхи

злаковые, осоковые разнотравье

1А (контроль) 24,5 56,2 18,8 0,8 1 100,3 4130

1В (слабая) 24,4 98,2 6,0 6,4 135,0 3210

1С (средняя) 23,0 119,0 12,0 14,6 168,6 3003

Ш (сильная) 26,8 72,2 19,4 26,4 144,8 3537

1Е (очень сильная) 35,2 74,0 8,1 49,3 166,6 490

Примечание. По интенсивности рубки ухода делили па слабые (с интенсивностью 15-24%, индекс В), средние (25-34%, индекс С), сильные (35-44%, индекс Б) и очень сильные (45% и больше, индекс Е).

Рубки ухода за лесом слабой и средней интенсивности способствуют увеличению доли трав, а сильной и очень сильной интенсивности - доли злаков и мхов. Их влияние на появление и развитие подроста ели аналогично влиянию сплошных и несплошных рубок (см. таблицы 7 и 8). Независимо от интенсивности рубок ухода большинство видов растений принадлежат к мезотрофам и мезофитам.

Анализ развития подлеска после сплошных рубок и рубок ухода и его влияния на естественное возобновление ели показал, что на участках сплошных рубок подлесок не имеет существенного развития в связи с активным разрастанием живого напочвенного покрова. А на объектах рубок ухода картина другая (рисунок 8): с увеличением интенсивности рубок ухода количество подроста уменьшается, так как эти рубки способствуют активному разрастанию подлеска. Наибольшую конкуренцию за свет, влагу, элементы питания молодому поколению ели составляет мелкий по высоте подлесок рябины (см. рисунок 8).

1А (рубки не 1 В (15-24) 1С (25-34) Ю (35-44) 1Е (45 и больше)

проводились)

Пробная площадь (интенсивность рубки, %)

И Численность подроста ели

□ Численность крупного но высоте подлеска (рябина) 3 Численность среднего по высоте подлеска (рябина) 5 Численность мелкого по высоте подлеска (рябина)

Рисунок 8 Численность подроста и структура подлеска по высоте после рубок ухода разной интенсивности

ГЛАВА 9 ВЛИЯНИЕ ХОЗЯЙСТВЕННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ НА ЕСТЕСТВЕННОЕ ВОЗОБНОВЛЕНИЕ ЕЛИ

В рамках изучения данного вопроса были получены следующие результаты.

I) Закономерности естественного возобновления ели после сплошных рубок.

На сохранность подроста ели после сплошных рубок влияет технология лесосечных работ. Установлено, что при традиционной технологии (валка бензопилой и трелевка хлыстами), удается сохранить от 50 до 75% подроста ели, при сортиментной (валка бензопилой + вывозка древесины форвардером) - от 65 до 95% подроста. Сохранность подроста по традиционной технологии после сплошных рубок, выполненных как поздней осенью, так и в зимний период, в среднем составляет 75%. При проведении рубок по сортиментной технологии в

зимний период сохранность подроста составила в среднем 85-90%, а поздней осенью - 75%, что свидетельствует о явном преимуществе зимней рубки.

После рубкй древостоев с преобладанием осины естественное возобновление на этих площадях идет во всех случаях преимущественно за счет березы и осины. По мере уменьшения осины в составе материнского древостоя возрастает доля ели в составе подроста предварительного возобновления. При участии осины 1-2 единицы доля ели в составе молодого поколения может быть в 2-3 больше чем березы и осины.

После рубки древостоев черничного типа леса с преобладанием в составе материнского полога березы или ели возможны варианты в соотношении древесных пород, входящих в состав молодого поколения. Наибольшая доля ели наблюдается в насаждениях с участием березы от 4 до 6 единиц. С увеличением березы от 7 до 10 единиц снижается и доля ели в составе молодого поколения. Это явление можно объяснить увеличением освещенности под пологом березовых древостоев, вследствие чего разрастаются травы, препятствующие появлению и развитию подроста. В древостоях кисличного типа леса независимо от состава материнского древостоя в составе молодняков преобладает осина. Молодое поколение ели составляет не более 10-20%.

Установлено, что численность последующего возобновления ели в черничном типе леса колеблется от 1,2 до 3,6 тыс. экз./га, в кисличном - от 0,3 до 1,0 тыс. экз./га. Поэтому в кисличном типе леса следует ориентироваться на предварительное возобновление ели.

Более 95% подроста ели, березы и осины является жизнеспособным. При этом наличие жизнеспособного подроста ели не зависит от доли березы и осины в составе спелых древостоев и варьируется от 92 до 99%.

Подрост ели в составе молодняков с преобладанием березы растет лучше, чем в молодняках с преобладанием осины. Прирост подроста ели в высоту в древостоях с преобладанием березы в составе материнского древостоя составил в среднем 13-18 см/год, с преобладанием осины — 8-12 см/год.

ЩЗакономерности изменения структуры молодого поколения ели после проведения несплошных рубок.

Разреживание древостоя при равномерно-постепенных и добровольно-выборочных рубках сопровождается высоким лесовозобновительным эффектом. При этом после несплошных рубок в условиях ¡Ленинградской области минимальная численность подроста ели наблюдается при доле ели в составе материнского древостоя от 0 до 2 единиц, наибольшая - от 3 до 6 единиц и со вторым еловым ярусом (таблица 10).

Таблица 10 - Зависимость численности подроста ели от состава спелых древостоев после не-

Доля ели в составе древостоя 10 (со вторым ярусом) 9 7 6 5 4 3 2 1 0

Численность, экз./га . 3440 2200 2160 3347 3963 3584 3359 1242 1752 2417

После несплошных рубок преобладает жизнеспособный средний или крупный подрост. Его доля варьируется от 53 до 92%.

III) Структурные изменения подроста ели после рубок ухода (прореживания и проходные рубки) разной интенсивности в одноярусных чистых еловых дре-востоях.

Рубки леса любой интенсивности и в любом возрасте изменяют установившиеся связи между компонентами фитоценозов и могут влиять на ход естественного лесовозобновления. Установлено, что прореживания и проходные рубки ухода, независимо от их интенсивности, способствуют появлению подроста ели. Общая тенденция такова: чем выше интенсивность рубки, тем меньше количество появившегося подроста ели. После рубки интенсивностью более 45% появилось 0,5 тыс. экз./га, тогда как при интенсивности 20-35% - от 3,0 до 3,5 тыс. экз./га. С другой стороны, рубки ухода способствуют активному разрастанию живого напочвенного покрова и подлеска. Поэтому при интенсивном разреживании древостоя самосев ели испытывает сильную конкуренцию. Это свидетельствует о том, что основными лимитирующими факторами развития молодого поколения ели на первом этапе после рубок ухода (прореживаний и проходных рубок) являются живой напочвенный покров и подлесок.

На участках рубок ухода от 85 до 100% подроста ели является жизнеспособным. Наименьшая доля жизнеспособного подроста (85%) отмечена там, где была проведена слабая рубка ухода (интенсивность 15-24%). Наибольшая доля жизнеспособного подроста (100%) была зафиксирована при рубке ухода очень сильной интенсивности (более 45%). Однако здесь отмечена наименьшая численность ели (0,5 тыс. экз./га) из-за активного развития мелкого подлеска рябины. На этом участке подрост ели появился после полного удаления рябины. Доля жизнеспособного подроста после рубок ухода средней и сильной интенсивности оказалась та же, что и на контроле (95%), что говорит о преимуществе таких рубок перед рубками слабой и очень сильной интенсивности.

На участках, пройденных рубками ухода за лесом, преобладает средний по высоте подрост, доля мелкого и крупного подроста приблизительно одинаковая. Средний по высоте подрост господствует на участках сильной и очень сильной рубок (52 и 45% соответственно); крупный - на объекте слабой рубки (35%), а мелкий — средней и очень сильной (39 и 35% соответственно).

Возраст, высота и прирост жизнеспособного подроста на объектах слабых, средних и сильных рубок ухода близки к этим показателям на контрольном участке. После рубок ухода очень сильной интенсивности средний прирост подроста ели в высоту больше, чем на участках с иным режимом рубки ухода, но его численность недостаточна для формирования в дальнейшем древостоев с преобладанием ели.

IV) Успешность естественного возобновления ели под пологом сосновых и еловых древостоев. пройденных комплексным уходом за лесом (разреживание + внесение азотных удобрений).

Комплексный уход за лесом стимулирует процесс естественного лесовозобновления под пологом сосновых, еловых и смешанных древостоев, обеспечивая в ельниках преобладание главной породы (ели) в составе подроста, а в сосняках

происходит замена главной породы (сосны) в составе подроста елыо. В ельнике кисличном с высокой сомкнутостью крон естественное возобновление отсутствует. После прореживаний и проходных рубок без внесения удобрений численность подроста ели составила: в ельнике черничном - 18,2 тыс. экз./га, в сосняке черничном - 1,2 тыс. экз./га. После комплексного ухода за лесом численность подроста ели в ельниках черничных достигала 24,5 тыс. экз./га; в сосняках черничных - 5,3 тыс. экз./га. В древостоях, пройденных комплексным уходом за лесом, возраст подроста, его высота и средний прирост на 20% выше по сравнению с участками, где уход за лесом не осуществлялся.

V) Успешность естественного возобновления ели под пологом спелых двухъярусных лиственно-еловых древостоев. пройденных неоднократными рубками ухода (прореживания и проходные рубки).

Численность подроста ели в спелых двухъярусных лиственно-еловых древостоях со вторым ярусом из ели, пройденных рубками ухода (прореживания и проходные рубки), зависит от интенсивности и числа приемов рубки, состава сформировавшегося после рубок древостоя, численности деревьев ели в материнском пологе (таблица 11).

Таблица 11 - Основные характеристики подроста на объектах исследования

Пробная площадь Характеристика подроста (2010 г.)

состав средние численность подроста ели, экз./га встречаемость, т, %

возраст, лет высота, см прирост, см/год

6А 10Е 7 85,4 11,5 1827 56,7

6В 10Е 8 94,5 11,9 1100 56,7

6D1 10Е+КЛ+ Д 7 109,1 14,7 3275 75,0

6D2 10Е+КП+ д 9 120,8 14,3 ; 1907 63,3

7А 10Е 8 98,7 12,9 2880 85,0

7D 8Е1Кл1Б 12 172,8 14,4 443 50,0

Примечание. На ПП 6В первые два и последний (четвертый) приемы были слабой интенсивности; в третий прием проводилась очень сильная рубка ухода. На ПП 6D1 все четыре приема рубок были средней интенсивности. На ПП 6D2 были выполнены три приема рубок ухода: первый и третий - очень сильной и второй - слабой интенсивности. На ПП 7D после проведения двух приемов с вырубкой в каждый прием до 52% лиственных пород (береза и осина) и повторяемостью в 10 лет была выполнена рубка ухода средней интенсивности, а затем вновь - две рубки высокой интенсивности. ПП 6А и 7А - контроль.

Наибольшая численность подроста ели (3,3 тыс. экз./га) отмечена в насаждении, где было проведено четыре приема рубок ухода средней интенсивности (20%) с повторяемостью в 10-15 лет (ПП 6D1). После первого приема рубок ухода сформировался двухъярусный древостой с долей березы в первом ярусе 9 едшшц, что обеспечило световой режим, способствующий активному появлению и развитию подроста ели. После последнего приема рубки было сохранено наименьшее число деревьев ели в материнском древостое - 208 экз./га, что обеспечило и минимальную конкуренцию между подростом и древостоем.

Кроме того, на данном участке весь подлесок (рябина) относится по высоте к категории мелкого, а подрост ели - на 71% к категории среднего и крупного.

Таким образом, рябина не составила значительной конкуренции молодому поколению ели и не затруднила его развития. Все вышесказанное подтверждается и анализом распределения подроста ели по категориям состояния.

При проведении рубок ухода средней интенсивности (прореживаний и проходных рубок) в сформировавшихся двухъярусных лиственно-еловых древо-стоях более 90% появившегося подроста отнесено к категории жизнеспособного (ПП 601), чередование слабых и очень сильных рубок снизило долю жизнеспособного подроста до 65-75% (ПП 6В и 602), а очень сильные рубки ухода -до 35% (ПП 7Б).

Наибольший ежегодный прирост подроста ели в высоту отмечен на объектах средних рубок ухода, проводимых с повторяемостью в 10 лет (14,7 см/год).

Таким образом, рубки ухода средней интенсивности с повторяемостью в 10 лет можно считать эффективной мерой содействия естественному лесовозобновлению в спелых двухъярусных лиственно-еловых древостоях по сравнению с другими вариантами опыта.

VI) Особенности естественного возобновления после сплошных рубок и подсушки осины.

Сплошные рубки проводились в спелых смешанных хвойно-лиственных и лиственно-хвойных насаждениях с участием в составе осины от 3 до 5 единиц. На участках сплошных рубок, проведенных в комплексе с «кольцеванием» осины, наблюдается активное естественное возобновление ели (рисунок 9).

7,0 1

го

6,0

ГО '

о 5,5 1

1 23456789 10 Номера объектов исследования _■ Ель □ Береза В Осина__________ ___

Рисунок 9 Численность подроста основных лесообразующих пород на объектах сплошных рубок и механической подсушки осины (объекты 1, 2, 3 - контроль; 4, 5 - предварительная; 6, 7 - сопутствующая; 8,9, 10 - последующая подсушка осины)

На объектах исследования численность подроста ели варьируется от 2,0 до 6,3 тыс. экз./га, а его встречаемость - от 80 до 96%. Предварительная и сопутствующая подсушка перестойной осины способствует увеличению доли ели в составе формирующихся молодняков до 5-6 единиц. Порослевая осина сменяется березой семенного происхождения, что также является положительным результатом сплошных рубок, проведенных в комплексе с подсушкой осины. При предварительной и сопутствующей подсушке осины ее возобновительная способность снижается более чем в 5 раз, при последующей - в 1,5-2 раза. Более 90% подроста ели во всех вариантах опыта отнесено к жизнеспособному, более 50% подроста ели и березы - к категории крупного (52,2 и 50,8% соответственно), а осины — 96,5%. Таким образом, подсушка осины, проведенная за несколько лет до сплошной рубки, является наиболее эффективной мерой содействия естественному возобновлению ели по сравнению с другими вариантами опыта.

ГЛАВА 10 ЗОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЕСТЕСТВЕННОГО ВОЗОБНОВЛЕНИЯ ЕЛИ

В данной главе приводится сравнительный анализ успешности естественного лесовозобновления в Ленинградской области, Республике Карелия и Мурманской области. В условиях Ленинградской области численность подроста ели, достаточная в дальнейшем для формирования высокопродуктивных древо-стоев, отмечена при доле ели в составе древостоя в кисличном типе леса 3 единицы и выше, в черничном - от 2 единиц, максимальная численность - при участии ели 6-7 единиц независимо от типа леса. В условиях Республики Карелия и в Мурманской области численность подроста ели возрастает по мере увеличения доли ели в составе древостоя (рисунок 10). При этом в Мурманской области лучшие результаты наблюдаются там, где доля сосны в составе насаждения не превышает 2 единицы, а березы - 3.

Наибольшее количество подроста ели в условиях Ленинградской области появляется при относительной полноте 0,6-0,8. Максимальная встречаемость подроста ели отмечена в древостоях черничного типа леса при относительной полноте 0,8; кисличного — 0,8-1,0. Наибольшее количество подроста ели в условиях Республики Карелия появляется при относительной полноте древостоя 0,6. При увеличении относительной полноты до 0,7-0,8 численность елового подроста уменьшается на 15 и 25% соответственно, а до 0,9 - более чем на 60%. Наибольшее количество подроста ели в условиях Мурманской области появляется при относительной полноте древостоя 0,3-0,4 (рисунок 11).

3 4 5 6 7

Доля ели в составе древосгоя, ед.

Ленинградская область Мурманская область - Полиномиальный (Республика Карелия)

Республика Карелия

Полиномиальный (Мурманская область) -Полиномиальный (Ленинградскаяобласть) |

Рисунок 10 Зависимость численности подроста ели от состава древостоев

по регионам

5000 Ленинградская область Республика Карелия Мурманская область

в 4500 У = -15805Х3 + 20371 х1 - 2164,6х у = -17088х3 + МООбх2 + 6467,Зх у =13580х3- 22036х2 + 8795х

и Я2 = 0,9124 И2 = 0,9692 Я2 = 0,964

£ 4000 щ

Л | 3500

Ц 3000 • ^ »

1 2500 ■ о \

л 2000 - \ \

| 1500 • ч \ ■

| 1000 ■ * - - >

Й*

500

П -

и 1 1 1 ч 1 1 1

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Относительная полнота древостоя

• Ленинградская область " Республика Карелия

* Мурманская область — Полиномиальный (Ленинградская область)

--Полиномиальный (Республика Карелия; — Полиномиальный (Мурманская область)

Рисунок 11 Зависимость численности подроста ели от относительной полноты древостоя

по регионам

В условиях Республики Карелия в черничном типе леса от 35 до 65% подроста ели относится к жизнеспособному, что в среднем в 1,5 раза меньше, чем в Ленинградской области. Причина, на наш взгляд, связана с климатическими особенностями региона.

Ленинградская область Республика Карелия у = 8,5754х3 - 200,22х2 + 1445,Зх У = 14,705х2 + 195,$5х Иг = 0,7949 Я2 = 0,9162

Мурманская область у = -1,9005х3 + 34,019х2 - 23,695х Я2 = 0,8202

Распределение подроста ели по группам высот в условиях Республики Карелия и Ленинградской области в целом совпадает, но есть ряд отличий. В Карелии возрастает доля среднего подроста и уменьшается доля крупного в среднем на 20%. Доля среднего и мелкого жизнеспособного подроста ели почти в 1,5 раза меньше, чем в Ленинградской области. Доля крупного жизнеспособного подроста ниже почти в 6 раз. Доля нежизнеспособного и сухого подроста в Лснинградской_,области незначительна. Эти категории представлены преимущественно мелким подростом.

При одинаковом возрасте средний прирост в высоту в Республике Карелия и в Ленинградской области почти равны и соответственно составляют 8,3 и 8,7 см/год, а вот в Мурманской области он в 3 раза ниже (2,6 см/год), что связано с различными лесорастительными условиями.

По сравнению с Ленинградской областью распределение подроста под пологом древостоя в Республике Карелия носит в большинстве случаев случайный характер, что в свою очередь увеличивает долю нежизнеспособного подроста. В условиях Ленинградской области распределение подроста чаще всего групповое.

Корреляционный анализ (рисунки 10, 11) показал, что независимо от региона между составом, относительной полнотой древостоев и численностью подроста ели существует тесная связь, которая может быть выражена полиномом второй или третьей степени. Индексы корреляции этого показателя в Ленинградской области, Республике Карелия и Мурманской области соответственно составляют с составом древостоя - 0,89; 0,96 и 0,91; с относительной полнотой - 0,96; 0,99 и 0,98.

ГЛАВА 11 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ УСПЕШНОСТИ ЕСТЕСТВЕННОГО ЛЕСОВОЗОБНОВЛЕНИЯ

Решение этой задачи осуществлялось по следующим направлениям:

- выполнено сравнение сплошного метода учета подроста и выборочно-статистического метода с закладкой круговых учетных площадок по 10 м2;

- выявлена связь между численностью и встречаемость подроста, его высотой и возрастом;

- на учетных площадках выполнен единовременный комплексный учет основных компонентов лесных фитоценозов (подрост, подлесок, живой напочвенный покров).

Связь между численностью и встречаемостью подроста ели выявлялась на большом объеме полевых материалов, полученных на постоянных и временных пробных площадях в Ленинградской области (рисунки 12, 13). Эта связь для древостоев кисличного и черничного типов леса аппроксимируется экспоненциальной функцией. При этом индекс корреляции составляет 0,79-0,87, что свидетельствует о сильной взаимосвязи между численностью и встречаемостью подроста ели, а выполненный однофакторный дисперсионный анализ подтверждает достоверность указанных связей (для древостоев кисличного и черничного типов леса Fst <Рфакг и соответственно равны 1,60 и 1,31; 1, 97 и 6,67).

4500

р 4000

м 3500 -1

5 зооо ■

с о 2500 ■

с 2000 -

о 1500 -

5> 5 1000 -

в* 500 -

0 -

у = 292,58е0,02571 Я2 = 0,6184

10 20 30 40 50 60 70 80

Встречаемость подроста ели, % ♦ Связь между численностью и встречаемостью подроста ели в древостоях кисличного типа леса

— Экспоненциальный (Связь между численностью и встречаемостью подроста ели в древостоях кисличного типа леса)__

Рисунок 12 Связь между численностью и встречаемостью подроста ели в древостоях кисличного типа леса (индекс корреляции - 0,79)

юооо • у = 170,49е0'0344'1

9000 И2 = 0,7601 ♦

8000 '

5 7000 ' в

2 бооо ■ Е ♦ * ♦Ф

5 § 5000 ' с л у 4000 - я в | 3000 • V 2000 " 1000 - ♦ ■>Р ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ у У ♦ л/* *** ♦ • ♦

0 1 1 1 1 < 1 1 1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Встречаемость подроста ели, %

♦ Связь менаду численностью и встечаемостью подроста ели в древостоях черничного типа леса

— Экспоненциальный (Связь меящу численностью и встечаемостью подроста ели в древостоях черничного типа леса)

Рисунок 13 Связь между численностью и встречаемостью подроста ели в древостоях черничного типа леса (индекс корреляции - 0,87)

Установлено, что численность и встречаемость подроста с приемлемой точностью (10%) в пределах выдела определяется при проведении учетных работ не менее чем на 30 учетных площадках размером 10 м2. В исследовательских целях численность и встречаемость подроста определяется с допустимой точностью (5%) на 100 учетных площадках.

Показатель встречаемости подроста на вырубках с достаточной точностью (отклонение от натурного обследования не более 7%) можно определять по материалам крупномасштабной аэрофотосъемки, выполненной во вневегетацион-ный период, с привязкой спимков к геоинформационной системе (ГИС) для определения границ вырубки и установления масштаба изображения.

Для раскрытия связей между компонентами лесного фитоценоза необходимы показатели, отражающие состояние древесных растений. Однако определение такого показателя, как возраст подроста, в полевых условиях очень трудоемко. Поэтому возникает вопрос: можно ли определить этот показатель на основе замеров высоты подроста? Как показано на рисунках 14 и 15, связь между высотой и возрастом подроста ели выражается степенной функцией. В насаждениях кисличного типа леса корреляция между этими показателями средняя, черничного - сильная.

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Возраст подроста ели, лет

♦ Связь между высотой подроста ели и его возрастом в кисличном типе леса _ Степенной (Связь меящу высотой подроста ели и его возрастом в кисличном типе леса)_

Рисунок 14 Связь между высотой подроста ели и его возрастом в древостоях кисличного типа леса (индекс корреляции - 0,48)

220 -200 -180 " 160 -

¡ 140 -

£ 120 -o Q.

s ■

g 100 p

8 80 -3 CQ

60 -40 -20 " O "

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Возраст подроста ели, лет

♦ Связь между высотой подроста ели и его возрастом в черничном типе леса _— Степенной (Связь между высотой подроста ели и его возрастом в черничном типе леса)_

Рисунок 15 Связь между высотой подроста ели и его возрастом в древостоях черничного типа леса (индекс корреляции - 0,91)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования позволяют заключить, что при соответствующей организации хозяйственных мероприятий, проводимых в лесу (включая рубки ухода), можно эффективно содействовать естественному возобновлению ели и таким образом решать проблему восстановления еловых фитоценозов в условиях таежной зоны на основе естественного лесовозобновления.

Хвойно-лиственные и лиственно-хвойные древостой черничного и кисличного типов леса занимают на территории Северо-Западного округа около 80%. Если на этих землях обеспечить естественное лесовозобновление, то проблема лесовосстановления будет решена.

Производство лесных культур селекционным улучшенным материалом -перспективное направление в лссовосстановлении, но в условиях таежной зоны, включая и Северо-Западный округ, его реализация на больших площадях пока не реальна. Причины - большие затраты, отсутствие лесной инфраструктуры, множество труднодоступных лесных участков, отсутствие современных механизмов и машин для выполнения лесохозяйственных работ.

При естественном возобновлении не требуются капитальные вложения; обеспечивается сохранение естественного генофонда;. местные экотипы являются более устойчивыми к энтомовредителям и болезням; молодое поколение ели можно «воспитывать» длительное время под пологом древостоя.

Режим рубок ухода и других видов рубок в ельниках необходимо ориентировать на создание благоприятных условий для естественного возобновления

ели. Успешность естественного возобновлени в конечном итоге определяют: тип леса; относительная полнота и доля ели в составе материнского древостоя; режим проведения хозяйственных мероприятий.

Основные выводы по диссертационной работе сводятся к следующему:

1)В условиях Ленинградской области количество подроста ели, достаточное для формирования в дальнейшем высокопродуктивных древостоев с преобладанием ели, формируется при ее доле в составе насаждения в кисличном типе леса 3 единицы и выше, в черничном - от 2 единиц. Максимальная численность наблюдается при участии ели 6-7 единиц независимо от типа леса. С увеличением доли ели в составе спелых древостоев возрастает доля ели в составе подроста. Доля жизнеспособного подроста под пологом древостоев черничного типа леса больше, чем кисличного. Его максимальное количество и в кисличном, и в черничном типах леса отмечается при доле ели в составе материнского древостоя 4-6 единиц.

2) Наибольшее количество подроста ели в условиях Ленинградской области появляется при относительной полноте материнского древостоя 0,6-0,8. В насаждениях кисличного типа леса наибольшая доля ели в составе подроста отмечается при относительной полноте 0,7-0,8, а черничного - 0,8-0,9. По сравнению с Ленинградской областью в условиях Республики Карелия и в Мурманской области численность подроста ели возрастает по мере увеличения доли ели в составе древостоя. Наибольшее количество подроста ели в условиях Республики Карелия появляется при относительной полноте древостоя 0,6, в условиях Мурманской области - при полноте 0,3-0,4.

3)Под пологом древостоев преобладает ранораспускающаяся фенологическая форма подроста ели. В кисличном типе леса доля подроста ели ранней фенологической формы больше, чем в черничном. На долю жизнеспособного подроста ели рано- и позднораспускающейся фенологических форм приходится приблизительно одинаковое количество растений. Крупный подрост представлен главным образом ранней формой. В составе мелкого и среднего подроста преобладает поздняя форма. При увеличении относительной полноты древостоя доля жизнеспособного подроста ели ранораспускающейся фенологической формы уменьшается. При одинаковом возрасте экземпляры ранней формы имеют большую высоту. Распределение подроста ели по фенологическим формам, а также по категориям состояния и крупности зависит от относительной полноты древостоя: по мере ее увеличения уменьшается доля ранораспускающейся формы,1 так как эта форма более светолюбива по сравнению с позднораспускающейся.

4) Успешность самовозобновления ели зависит от парцеллярной структуры фитоценозов. Благоприятные условия для успешного естественного возобновления ели складываются в елово-зеленомошной и елово-черничной парцеллах. Структура подроста ели по высоте и его состоянию на парцеллярном уровне различается в большей степени, чем на уровне типа леса, а по возрасту - наоборот, по типу леса различия более выражены. С парцеллами связаны не только густота подроста и его распределение по группам высот и категориям состояния, но также и состав, фенологическая форма и другие характеристики.

5) Рубки леса приводят к увеличению доли травяно-кустарничкового яруса и уменьшению присутствия мхов, что свидетельствует о повышении интенсивности биокруговорота. При этом в травяно-кустарничковом ярусе после всех видов рубок леса возрастает доля злаковых, осоковых и ситниковых растений, что приводит к снижению численности подроста. Видовое разнообразие живого напочвенного покрова после рубок леса увеличивается по мере увеличения интенсивности рубки, что связано с резким и значительным увеличением освещенности под пологом древостоя, способствующим появлению большого количества светолюбивых видов. Рубки леса, как правило, способствуют активному разрастанию подлеска. Подлесок средней густоты и редкий не представляет опасности для появления и развития подроста ели, а густой подлесок затрудняет появление подроста ели, что приводит к уменьшению его количества.

6) На успепшость последующего возобновления ели на сплошных вырубках большое влияние оказывает тип леса. В ельниках кисличных оно протекает неудовлетворительно, а в ельниках черничных вполне успешно. Поэтому в ельниках кисличных необходимо ориентироваться на предварительное возобновлении ели. Сохранность подроста предварительного возобновления зависит от технологии и сезона проведения лесосечных работ. На соотношение ели и лиственных пород в составе молодого поколения древесных растений на сплошных вырубках оказывают влияние тип леса, доля древесных пород в составе материнского древостоя и его относительная полнота.

7) Несплошные рубки ускоряют восстановительную сукцессию фитоцено-зов, успешность реализации лесовозобновителыюй функции зависит от готовности древостоя к рубке; своевременности рубки; соблюдения организационно-технических показателей рубки; качества выполнения лесосечных работ.

8) Рубки ухода (прореживания и проходные рубки), комплексный уход за лесом (разреживание + внесение азотных удобрений), подсушка осины являются эффективной мерой содействия естественному возобновлению ели.

9) Эффективность лесохозяйственных мероприятий по лесовозобновлению определяется точностью и достоверностью полученных данных. Наиболее целесообразный метод учета подроста - выборочно-статистический. Единовременный комплексный учет основных компонентов лесных фитоценозов дает материал для более обоснованных выводов и позволяет сократить трудозатраты на проведение учетных работ. В производственных целях численность и встречаемость подроста с приемлемой точностью (10%) в пределах выдела определяется при проведении учетных работ не менее чем на 30 учетных площадках размером 10 м2. В исследовательских целях встречаемость подроста определяется с допустимой точностью (5%) на 100 учетных площадках.

10) Связь между долей ели в составе спелых древостоев и численностью подроста ели, его встречаемостью и составом в насаждениях кисличного и черничного типов леса является тесной и может быть выражена полиномиальной функцией. Зависимость для численности подроста, его встречаемости и состава от относительной полноты древостоя аналогична. Связь между численностью и встречаемостью подроста ели для древостоев кисличного и черничного типов леса аппроксимируется экспоненциальной функцией. При этом индекс корре-

ляции (0,7 и выше) свидетельствует о сильной взаимосвязи между численностью и встречаемостью подроста ели. Связь между высотой и возрастом подроста ели может быть выражена степенной функцией. Корреляция между этими показателями в"насаждениях кисличного типа леса - средняя, в черничного -сильная. Установленные зависимости позволяют на практике отказаться от трудоемкого определения численности подроста. На вырубках встречаемость подроста ели с достаточной точностью определяется по материалам крупномасштабной аэрофотосъемки, выполненной во вневегетационный период.

РЕКОМЕНДАЦИИ

1)Для восстановления еловых лесов необходимо проведение лесохозяйст-венных мероприятий, ориентированных на использование молодого поколения ели.

2) При назначении сплошных рубок в ельниках кисличных следует рассчитывать только на предварительное возобновление ели. В ельнике черничном успешно протекает процесс последующего лесовозобновления. В любом случае следует применять меры по сохранению подроста. Большая сохранность подроста ели обеспечивается при применении сортиментной технологии лесосечных работ. Сплошные рубки в спелых и перестойных древостоях с долей осины в составе от 1 до 5 единиц рекомендуется проводить в комплексе с подсушкой («кольцеванием») осины за 2-3 года до рубки.

3) При проведении несплошных можно рекомендовать в Ленинградской области оставлять на доращивание в составе вырубаемых насаждений 4-6 единиц ели, относительную полноту при первом приеме снижать не более чем до 0,6.

4) Преобладание ранней формы подроста ели под пологом древостоев является основанием для назначения несплошных рубок, которые будут способствовать появлению и развитию подроста ели ранораспускающейся фенологической формы. Проведение сплошных рубок может привести к повреждению елового подроста, так как именно ранняя форма подроста ели наиболее подвержена воздействию поздних весенних заморозков.

5) Для стимулирования естественного возобновления ели в одноярусных древостоях в условиях Ленинградской области и Республики Карелия можно рекомендовать проводить прореживания и проходные рубки средней или сильной интенсивности (25-35%) с повторяемостью 10-20 лет, разреживая древостой до относительной полноты 0,6. Тем самым будут созданы условия для успешного естественного возобновления ели. В дальнейшем рекомендуется проводить первый прием равномерно-постепенной рубки таким образом, чтобы в Ленинградской области доля ели в составе древостоя снижалась до 4-6 единиц, Республике Карелия - до 7-8; Мурманской области - до 8-9 единиц при снижении относительной полноты соответственно в Ленинградской области и Республике Карелии до 0,6, а в Мурманской области - до 0,4.

6) В двухъярусных лиственно-еловых древостоях следует сохранять сложные насаждения и проводить прореживания и проходные рубки интенсивностью 25-30% с повторяемостью 10 лет.

7) Чтобы сохранить подрост и создать условия для появления новых генераций ели при рубках ухода (прореживаниях и проходных рубках) необходимо разреживать или удалять подлесок.

8) Появлению подроста ели способствует комплексный уход за лесом (разреживание + внесение азотных удобрений).

9) Для прогнозирования успешности лесовозобновления на вырубках рекомендуется анализировать парцеллярную структуру фитоценоза: при преобладании елово-зеленомошной и елово-черничной парцелл (более 50% площади) можно ориентироваться на естественное лесовозобновление с использованием мер содействия ему. Если площадь, занимаемая вышеперечисленными парцеллами, составляет менее 30%, то — лесные культуры.

10) Для получения надежной и достоверной информации об успешности лесовозобновления на вырубках и под пологом древостоя необходимо использовать современные статистические методы, а на вырубках и ГИС-технологии с применением материалов крупномасштабной аэрофотосъемки. Данные методики позволяют существенно сократить объем наземных учетных работ при оценке лесовозобновления и при определении способов ухода за молодняками.

11) На основе проведенных исследований предлагаются следующие уточнения при оценке успешности лесовозобновления в кисличной и черничной сериях типов леса на Северо-Западе РФ:

- оценку лесовозобновления проводить на основе показателя встречаемости подроста;

- после сплошных рубок при встречаемости подроста ели 65% и более возобновление ели можно оценить как успешное; 45-65% - как удовлетворительное (необходимы меры содействия естественному лесовозобновлению); менее 45% — как неудовлетворительное (требуется создание лесных культур);

- после несплошных рубок норматив успешного возобновления можно снизить на 10%.

Основные публикации по теме диссертации

Монографии и учебные пособия

1) Грязькин, A.B. Патентные исследования по теме «Экологическая оценка и долгосрочный прогноз изменения продуктивности и возобновительного потенциала лесных экосистем Северо-Запада России на основе динамического моделирования»: монография / A.B. Грязькин, Н.В. Беляева, Н.В. Ковалев. -СПб.: СПбГЛТА, 2010. - 76 с.

2) Беляева, Н.В. Закономерности возобновительных процессов после сплошных рубок и механической подсушки осины: монография / Н.В. Беляева, О.И. Григорьева. - СПб.: Типография «Галаника», 2011. - 204 с.

3) Чертов, О.Г. Динамическое моделирование в лесном хозяйстве: монография / О.Г. Чертов, A.B. Грязькин, A.C. Комаров, А.П. Смирнов, Н.В. Беляева и др. - СПб: СПБГЛТА, 2011. - 64 с.

4) Ковязин, В.Ф. Основы лесного хозяйства и таксация леса: учебное пособие / В.Ф. Ковязин, А.Н. Мартынов, Е.С. Мельников, A.C. Аникин, В.Н. Минаев, Н.В. Беляева. — СПб.: Издательство «Лань», издание третье, исправленное и дополненное, 2012. - 432 с.

Публикации в изданиях по перечню ВАК

5) Мельников, Е.С. Влияние комплексного ухода за лесом на развитие нижних ярусов растительности сосновых и еловых фитоценозов южной тайги / Е.С.Мельников;-Н.В. Беляева, Л.С. Богданова//Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии: Вып.178. - СПб.: СПбГЛТА, 2006. - С.4-12.

6) Мельников, Е.С. Функциональные изменения в лесном биогеоценозе после комплексного ухода за лесом / Е.С. Мельников, Н.В. Беляева // Лесоведение. - 2008. - №6. - С.22-29.

7) Беляева, Н.В. Особенности естественного лесовозобновления в сосняках брусничных после рубок ухода и комплексного ухода за лесом / Н.В. Беляева, Е.А.Шестакова // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии: Вып. 185. - СПб.: СПбГЛТА, 2008. - С.18-28.

8) Беляева, Н.В. Закономерности естественного лесовозобновления на объектах рубок ухода и комплексного ухода за лесом / Н.В. Беляева, Д.А. Данилов // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии: Вып. 188. -СПб.: СПбГЛТА, 2009. - С.30-39.

9) Беляева, Н.В. Характеристика состояния подроста после сплошных рубок и «кольцевания» осины / Н.В. Беляева, О.И. Григорьева // Журнал «Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова». - Саратов: Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, 2009. - №11. -С. 5-9.

10) Григорьева, О.И. Оценка смены хвойных пород мягколиственными и перспективные способы ее предупреждения / О.И. Григорьева, Н.В. Беляева, C.B. Винокурова // Научно-технический журнал «Вестник МАНЭБ». - Т. 14, №3 - Санкт-Петербург, 2009. - С. 40-47.

11) Беляева, Н.В. Структурные изменения в живом напочвенном покрове после сплошных рубок, проведенных в комплексе с механической подсушкой осины / Н.В. Беляева, О.И. Григорьева // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии: Вып. 190. - СПб.: СПбГЛТА, 2010. - С. 15-24.

12) Беляева, Н.В. Влияние сплошных рубок и механической подсушки осины на развитие подлеска / Н.В. Беляева, О.И. Григорьева // Научно-технический журнал Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности «Вестник МАНЭБ». - Т. 14, №3 - Санкт-Петербург, 2010. - С. 22-26.

13) Беляева, Н.В. Лесовозобновление на участках сплошных рубок с «кольцеванием» осины / Н.В. Беляева, О.И. Григорьева // Лесное хозяйство. - 2010. -№6. -С.16-18.

14) Беляева, Н.В. Динамика структуры нижних ярусов растительности в ельниках кисличных под влиянием рубок ухода / Н.В. Беляева, A.B. Грязысин, Н.В.Ковалев // Журнал «Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И.

Вавилова». - Саратов: Саратовский государственный аграрный университет им.Н.И.Вавилова, 2011. -№ 12. -С. 8-13.

15) Грязькин, A.B. Математическая модель естественного лесовозобновления / A.B. Грязькин, C.B. Гуров, Н.В. Беляева и др. // Известия Санкт-Петербургкой лесотехнической академии: Вып.197. - СПб.: СПбГЛТУ, 2011. -С. 247-256.

16) Беляева, Н.В. Влияние выборочных рубок на развитие нижних ярусов растительности / Н.В. Беляева, A.B. Грязькин, И.А. Кази // «Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник». - М.: МГУЛ, 2012.-№3 (86)7-С.34-41.

17) Беляева, Н.В. Точность учетных работ при оценке естественного лесовозобновления / Н.В. Беляева, A.B. Грязькин, П.М. Калинский // Журнал «Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова». — Саратов: Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, 2012. -№ 8. -С.7-12.

18) Беляева^ Н.В. Закономерности восстановительных процессов в лесных фитоценозах после несплошных рубок / Н.В. Беляева, A.B. Грязькин // Журнал «Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова». - Саратов: Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, 2012. -№9.-С. 6-13.

19) Беляева, Н.В. Трансформация структуры молодого поколения ели после проведения несплошных рубок / Н.В. Беляева, A.B. Грязькин // Известия высших учебных заведений «Лесной журнал», 2012. — № 6. — С. 32-39.

20) Беляева, Н.В. Сравнительная оценка структуры живого напочвенного покрова после рубок ухода и комплексного ухода за лесом в сосняках брусничных / Н.В. Беляева, A.B. Грязькин, Н.В. Ковалев и др. // «Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник». — М.: МГУЛ, 2012. -№6.-С.193-199.

21) Беляева, Н.В. Зональные особенности возобновления ели в условиях Ленинградской.области / Н.В. Беляева // Журнал «Научное обозрение». - Москва; Саратов: Издательский дом «Наука образования», 2012. - №5. — С.97-106.

22) Беляева, Н.В. Ход роста рано- и позднораспускающейся фенологических форм подроста ели / Н.В. Беляева, A.B. Грязькин // Журнал «Научное обозрение». - Москва; Саратов: Издательский дом «Наука образования», 2012. -№6.-С. 36-42.

23) Беляева, Н.В.Особенности структуры ели европейской в двухъярусных древостоях, пройденных рубками ухода / Н.В. Беляева, A.B. Грязькин, Т.А.Ищук // Журнал «Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова». - Саратов: Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, 2013. -№ 1. -С.3-7.

24) Грязькин A.B., Беляева Н.В. Структура фенологических форм молодого поколения ели в условиях Ленинградской области // Известия высших учебных заведений «Лесной журнал», 2013. - № 2. - г. Архангельск: ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова». — С. 84-92.

25) Беляева HB., Грязькин A.B. Особенности структуры подроста ели после сплошных рубок // Журнал «Научное обозрение». - Москва; Саратов: Издательский дом «Наука образования», 2013. - №3. - С. 19-24.

26) Беляева Н.В., Казн И.А., Ищук Т.А. Влияние рубок ухода разной интенсивности на появление подроста ели // Журнал «Вестник Саратовского госагро-университета им. Н.И. Вавилова». - Саратов: Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, 2013. - №3. - С. 7-11.

Патенты и приравненные к ним работы

27) Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011619608 NAFOR (Natural Forest Regeneration). Авторы: Грязькин A.B., Гуров C.B., Беляева Н.В. и др. Заявка № 2011618099. Дата поступления 20 октября 2011 г. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 19 декабря 2011 г.

28) Свидетельство о государственной регистрации базы данных №2012620069 «База данных о недревесных ресурсах леса в условиях Ленинградской области». Авторы: Грязышн A.B., Беляева Н.В., Ковалев Н.В. и др. Заявка № 2011620898. Дата поступления 16 ноября 2011 г. Зарегистрировано в Реестре баз данных 16 января 2012 г.

29) Свидетельство о государственной регистрации базы данных №2013620180 «База данных по флористическому составу климаксовых ельников зеленомошной группы типов леса». Авторы: Беляева Н.В., Грязькин A.B., Ковалев Н.В. и др. Заявка № 2012621370. Дата поступления 28 ноября 2012 г. Зарегистрировано в Реестре баз данных 09 января 2013 г.

Просим принять участие в работе диссертационного Совета Д 212.008.03 или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 163002, г. Архангельск, ул. Набережная Северной Двины, д. 17, ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова». Отдел диссертационных советов и аттестации, e-mail: n.afanasenkova@narfu.ru.

БЕЛЯЕВА НАТАЛИЯ ВАЛЕРЬЕВНА

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 23.05.13. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч.-изд. л. 2,0. Печ. л. 2,75. Тираж 200 экз. Заказ № 149. С 8 а.

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТУ 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Беляева, Наталия Валерьевна, Архангельск

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова»

0К2013Ш86 На правах РУКОПИСИ

БЕЛЯЕВА Наталия Валерьевна

06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Научный консультант -доктор биологических наук, профессор A.B. Грязькин

Санкт-Петербург - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................. 5

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ..........................................................................................17

1.1 Влияние материнского древостоя на состав и структуру подроста... 17

1.2 Фенологические формы подроста ели..........................................................................28

1.3 Влияние живого напочвенного покрова и подлеска на появление и рост подроста ели..............................................................................................................................42

1.4 Влияние хозяйственных мероприятий на естественное возобновление ели..........................................................................................................................................................48

1.4.1 Влияние сплошных рубок на естественное возобновление ели. 49

1.4.2 Влияние несплошных рубок на естественное возобновление

ели........................................................................................................................................................67

1.4.3 Влияние рубок ухода за лесом на естественное возобновление

ели............................................................................................................................................................72

1.4.4 Предупреждение смены хвойных пород мягколиственными.... 75 ГЛАВА 2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБЪЕКТАХ ИССЛЕДОВАНИЯ.... 81

2.1 Естественно-исторические условия района исследования............................81

2.2 Характеристика лесного фонда................................................................................................88

2.3 Объекты исследований..................................................................................................................114

ГЛАВА 3 МЕТОДИКА И ОБЪЕМ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ..........................116

3.1 Методика исследований..................................................................................................................116

3.2 Объем выполненных работ..........................................................................................................128

ГЛАВА 4 ЗАВИСИМОСТЬ ЕСТЕСТВЕННОГО ВОЗОБНОВЛЕНИЯ

ЕЛИ ОТ СОСТАВА СПЕЛЫХ ДРЕВОСТОЕВ....................................................................129

ГЛАВА 5 УСПЕШНОСТЬ ВОЗОБНОВЛЕНИЯ ЕЛИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПОЛНОТЫ ДРЕВОСТОЕВ....................................142

ГЛАВА 6 ФЕНОЛОГИЧЕСКИЕ ФОРМЫ ПОДРОСТА ЕЛИ............................148

ГЛАВА 7 ОСОБЕННОСТИ ЕСТЕСТВЕННОГО ВОЗОБНОВЛЕНИЯ

ЕЛИ НА ПАРЦЕЛЛЯРНОМ УРОВНЕ..........................................................................................163

7.1 Влияние парцеллярной структуры фитоценоза на численность, встречаемость и состав подроста ели................................................ 163

7.2 Связь парцеллярной структуры фитоценозов с характеристиками подроста ели...................................................................... 173

7.3 Влияние парцеллярной структуры фитоценоза на соотношение фенологических форм подроста.................................................. 180

7.4 Особенности структуры подлеска и живого напочвенного покрова

по парцеллам...................................................................... 187

ГЛАВА 8 ВЛИЯНИЕ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НИЖНИХ ЯРУСОВ НА ЕСТЕСТВЕННОЕ ВОЗОБНОВЛЕНИЕ ЕЛИ..................................... 195

8.1 Влияние живого напочвенного покрова на естественное возобновление ели............................................................................... 195

8.1.1 Влияние живого напочвенного покрова на естественное возобновление ели на вырубках............................................ 195

8.1.2 Влияние живого напочвенного покрова на естественное возобновление ели после несплошных рубок.......................... 207

8.1.3 Влияние живого напочвенного покрова на естественное возобновление ели после рубок ухода.......................................... 214

8.2 Влияние подлеска на естественное возобновление ели................. 228

8.2.1 Влияние подлеска на естественное возобновление ели на вырубках........................................................................ 228

8.2.2 Влияние подлеска на естественное возобновление ели после рубок ухода.................................................................. 230

ГЛАВА 9 ВЛИЯНИЕ ХОЗЯЙСТВЕННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ НА ЕСТЕСТВЕННОЕ ВОЗОБНОВЛЕНИЕ ЕЛИ............................................ 236

9.1 Закономерности естественного возобновления ели после сплошных рубок......................................................................... 236

9.2 Трансформация структуры молодого поколения ели после проведения несплошных рубок..................................................... 244

9.3 Влияние рубок ухода и комплексного ухода за лесом на естественное возобновление ели......................................................... 260

9.3.1 Закономерности структуры подроста ели после рубок ухода разной интенсивности.................................................... 260

9.3.2 Закономерности возобновления ели под пологом сосновых и еловых древостоев, пройденных рубками ухода и комплексным уходом за лесом.......................................................... 264

9.3.3 Закономерности структуры молодого поколения ели в спелых двухъярусных лиственно-еловых древостоях, пройденных рубками ухода.............................................................. 272

9.4 Закономерности возобновительных процессов после сплошных рубок и механической подсушки осины.................................... 282

ГЛАВА 10 ЗОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЕСТЕСТВЕННОГО ВОЗОБНОВЛЕНИЯ ЕЛИ.................................................................. 324

ГЛАВА 11 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ УСПЕШНОСТИ ЕСТЕСТВЕННОГО ЛЕСОВОЗОБНОВЛЕНИЯ............ 342

11.1 Точность учетных работ при оценке успешности естественного лесовозобновления................................................................. 342

11.2 Использование статистических методов при оценке успешности естественного лесовозобновления........................................... 349

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................... 363

РЕКОМЕНДАЦИИ....................................................................... 367

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................. 369

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Реализация основных принципов лесоводства, обеспечивающих постоянство и устойчивость лесопользования, является необходимым условием ведения современного лесного хозяйства. Однако экономические условия, технология производства, используемые машины и механизмы постоянно меняются. На международном уровне принято решение об экологической оценке правильности ведения лесного хозяйства, о необходимости сертификации лесной продукции. Это отражено и в Лесном кодексе Российской Федерации [252]. В связи с этим требуется обновление устаревших правил, нормативов и методов, но при сохранении основополагающих устоев лесоводства.

Леса являются одним из важнейших природных ресурсов, к одной из главных особенностей которых можно отнести способность к естественному возобновлению. При этом сохраняется разнообразие местных генотипов, естественные фито-ценозы оказываются более устойчивыми к вредителям и болезням. Периодически повторяющиеся обильные урожаи семян обеспечивают самовозобновление лесо-образующих пород. Это важнейшее свойство растительных формаций поддерживает существование лесов на всем протяжении эволюции и позволяет организовать их постоянное использование. В связи с этим вопрос своевременного восстановления коренных лесных фитоценозов имеет и большое практическое значение. Лесовосстановление должно обеспечивать воспроизводство насаждений, сохранение биологического разнообразия лесов и сохранение их полезных функций.

В концепции развития лесного хозяйства Российской Федерации особое внимание уделяется совершенствованию способов восстановления коренных хвойных лесов с ориентацией на малозатратные и ресурсосберегающие технологии. В связи с этим особую актуальность приобретают исследования, направленные на повышение лесоводственной эффективности возобновительного процесса лесов.

гой стороны, таежные леса - основной резерв древесины, и поэтому их хозяйственное освоение неизбежно. Россия на сегодняшний день является лидером по потере бореальных лесов. Это связано с пожарами, нерациональным ведением хозяйства, незаконными рубками.

В связи с вышесказанным бореальные леса требуют защиты и кардинальных мер по их сохранению и воспроизводству. Таежная зона по-прежнему остается лесорастительной зоной, где и сегодня возможно изучение закономерностей организации лесных экосистем, механизмов их самоподцержания, причин разрушения и путей восстановления. Эти исследования необходимы для разработки научных основ воспроизводства лесов таежной зоны в преобладающих типах леса на принципах неистощительного лесопользования, включая систему мер содействия естественному возобновлению.

Наши исследования направлены на решение проблемы, связанной с лесовос-становлением. Создание лесных культур - мероприятие дорогостоящее, и оно не всегда дает ожидаемый эффект. В условиях таежной зоны естественное лесовозобновление имеет определнные экономические и экологические преимущества.

Степень разработанности темы исследования. Исследованиями последних десятилетий убедительно доказана обоснованность изучения структурной организации подроста ели, которую необходимо учитывать при ведении хозяйства в еловых лесах и в первую очередь при выборе способов рубки и лесовосстановле-ния.

Эффективное управление процессом лесовозобновления позволяет решать вопросы воспроизводства хозяйственно ценных лесов с наименьшими затратами и в большинстве случаев успешно. По сравнению с созданием лесных культур естественное лесовозобновление и меры содействия ему не требуют существенных капиталовложений, но в то же время дают заметный эффект там и тогда, когда имеет место не шаблонный подход, а творчество; не формальное планирование, а учет реальных условий.

Задачей специалистов в этом случае является определение оптимального соотношения способов рубок и лесовосстановления с увязкой их со структурой лесо-культурного фонда, типами леса, экономическими условиями и т.д.

Большинство выводов о закономерностях естественного возобновления ели под пологом древостоев и на вырубках были получены без учета различий в составе древостоев, их относительной полноты и возрастной структуры, т.е. комплексная оценка условий для появления и роста подроста ели не проводилась, и, соответственно, данный аспект требует дальнейшего детального исследования.

Недостаточно изучена структура фенологических форм ели в зависимости от ее состояния, высоты и возраста. В начальной стадии изучения вопрос о закономерностях влияния живого напочвенного покрова и подлеска на появление и рост подроста ели после рубок леса и под пологом древостоев. Не изучена связь между парцеллярной структурой фитоценоза, успешностью естественного возобновления ели и фенологическими формами подроста ели. Отсутствует система знаний о влиянии состава и относительной полноты материнского древостоя на успешность естественного возобновления ели по типам леса.

венного возобновления ели после интенсивного хозяйственного воздействия. 5) Выявить зональные особенности естественного возобновления ели в преобладающих типах леса. 6) Усовершенствовать методику оценки успешности естественного возобновления ели. 7) Уточнить шкалу оценки успешности естественного возобновления ели. 8) Дать предложения производству по повышению эффективности мер по воспроизводству коренных лесных фитоценозов на основе выявленных закономерностей.

Научная новизна исследований заключается в следующем:

1) На примере крупного региона проведено комплексное изучение закономерностей процесса естественного возобновления ели с использованием элементов системного подхода в условиях интенсивного антропогенного воздействия. Эта системность отражена в четкой постановке целей и задач исследования, корректном и сбалансированном анализе экспериментального материала, использовании теоретической базы и обширного массива эмпирических данных в процессе работы над диссертацией.

3) На обширном материале выявлены закономерности формирования подроста ели в зависимости от биотических и абиотических факторов.

4) Впервые рассмотрено влияние парцеллярной структуры лесных фитоцено-зов на формирование и динамику структуры подроста ели под пологом леса с учетом его фенологических форм.

7) Усовершенствованы методы оценки ухода естественного возобновления ели, внесены уточнения в шкалу оценки успешности естественного возобновления ели.

Теоретическая значимость работы состоит в том, что доказаны: зависимость динамики структуры молодого поколения ели под пологом древостоев от их состава и относительной полноты в преобладающих типах леса; от фенологических форм подроста; от парцеллярной структуры лесных фитоценозов; от режима хозяйственных мероприятий; выявлены: зональные особенности естественного возобновления ели в преобладающих типах леса; дано обоснование организационно-технических показателей по проведению рубок ухода (прореживаний и проходных рубок), рубок спелых и перестойных древостоев, содействия естественному возобновлению ели, позволяющие повысить эффективность мер по воспроизводству еловых фитоценозов в преобладающих типах леса в условиях Северо-Запада РФ; предложены: наиболее рациональные методы оценки хода естественного лесовозобновления в лесных фитоценозах.

Практическая значимость работы. Представленные материалы могут служить базой для разработки нормативной документации по лесовосстановлению на Северо-Западе РФ. На их основе даны предложения по учету подроста и оценке успешности естественного возобновления ели. Все это может быть использовано при сертификации лесной продукции и в хозяйственной деятельности, при формировании лесных планов и лесохозяйственных регламентов.

Даны предложения по оптимизации ре

Информация о работе

Беляева, Наталия Валерьевна
доктора сельскохозяйственных наук
Архангельск, 2013
ВАК 06.03.02

Диссертация

Закономерности изменения структуры и состояния молодого поколения ели в условиях интенсивного хозяйственного воздействия - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Закономерности изменения структуры и состояния молодого поколения ели в условиях интенсивного хозяйственного воздействия - тема автореферата по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы