Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Жизнеспособность и структура подроста ели под пологом древостоев и на вырубках

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Жизнеспособность и структура подроста ели под пологом древостоев и на вырубках"

Гуталь Мшшвоевич Марко

ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ И СТРУКТУРА ПОДРОСТА ЕЛИ ПОД ПОЛОГОМ ДРЕВОСТОЕВ И НА ВЫРУБКАХ

06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискание ученой степени кандидата биологических наук

11 ДЕК 2014

Санкт-Петербург - 2014

005556544

005556544

Гуталь Миливоевич Марко

ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ И СТРУКТУРА ПОДРОСТА ЕЛИ ПОД ПОЛОГОМ ДРЕВОСТОЕВ И НА ВЫРУБКАХ

06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург - 2014

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

Научный Грязькин Анатолий Васильевич,

руководитель доктор биологических наук, профессор

Официальные Ставрова Наталия Игоревна, доктор биологических

оппоненты: наук, ведущий научный сотрудник лаборатории

экологии растительных сообществ ФГБНУ Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН

Данилов Дмитрий Александрович, кандидат сельскохозяйственных наук, заместитель директора по научной работе ФГБНУ Ленинградский НИИСХ «Белогорка», Россельхозакадемии

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Петрозаводский государственный университет».

Защита диссертации состоится 28 января 2015 года в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.220.02 на базе ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова» по адресу: 194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, главный корпус».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова

Автореферат разослан 25 ноября 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета <77 Жигунов Анатолий Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Еловые леса играют важную биосферную роль, являются источником древесины. Новые тенденции развития лесного хозяйства подразумевают применение современных технологий в лесном комплексе, не нарушающих постоянство пользования лесом. В этом контексте естественное возобновление является важнейшей особенностью лесных фитоценозов. Только применение рациональных, ресурсосберегающих технологий, рассчитанных, в первую очередь, на успешное естественное возобновление способно обеспечить достижение этих целей.

Совершенствование способов восстановления лесов и повышение их устойчивости являются основой развития лесного хозяйства, отраженной в Лесном кодексе РФ и в Стратегии развития лесного комплекса Российской Федерации на период до 2020 года. В связи с этим необходимо обновление нормативной документации, которая не соответствует современным тенденциям развития лесного хозяйства по сохранению и приумножению лесных ресурсов. В первую очередь это касается оценки возобновительного потенциала лесообразующих пород. Учет подроста проводится при субъективной оценке его жизненного состояния. В ряде случаев последствиями такой практики являются ошибки в планировании лесовосстановительных работ и неудовлетворительное естественное возобновление.

Степень разработанности темы исследования. Познание специфики естествешюго возобновления хозяйственно ценных пород позволяет решать сложные задачи воспроизводства хвойных лесов наиболее эффективно и с наименьшими денежными и трудозатратами.

На сегодняшний день особенности естественного возобновления ели европейской изучены не полностью, а использование возобновительного потенциала ели из-за отсутствия комплексного подхода реализуется не в полном объеме. Нормативные документы, применяемые на практике, содержат оценки естественного возобновления ели и рекомендации по проведению мер содействия, опирающиеся на исследования, не учитывающие множество факторов, так или иначе оказывающих существенное влияние на успешность этого процесса. Следовательно, данная тема заслуживает повышенного внимания и нуждается в дальнейшем исследовании.

Прежде всего, недостаточно внимания уделено изучению динамики жизнеспособности подроста ели в различных экологических условиях среды и в контексте изменений, происходящих в насаждениях в результате действия эндогенных и экзогенных факторов. Нежизнеспособный подрост при проведении лесоинвентаризационных работ не учитывается вовсе.

Цель и задачи исследования. Цель исследования - оценка динамики жизнеспособности подроста и успешности естественного возобновления ели в условиях Ленинградской области в целях воспроизводства ельников на принципах естественного возобновления. В ходе исследований произведена комплексная оценка структуры и жизнеспособности подроста ели в

зависимости от условий произрастания и основных характеристик материнского древостоя. При этом были решены следующие задачи:

1. Подробно изучен и обобщен опыт исследований в области естественного возобновления ельников таежной зоны;

2. Комплексно изучены особенности структуры и состояния подроста ели под пологом древостоев в условиях зеленомошной группы типов леса;

3. В ходе длительных наблюдений выявлены особенности динамики состояния подроста ели в зависимости от изменений, происходящих в материнском пологе;

4. Выявлены закономерности изменения жизнеспособности и структуры подроста ели на вырубках;

5. Разработаны рекомендации по усовершенствованию методики оценки естественного возобновления ельников на основании выявленных закономерностей.

Научная новизнаЛ. На массовом материале впервые отслеживались изменения основных показателей паспортизированных экземпляров подроста ели с зафиксированными координатами в течение 30 лет.

2. По материалам комплексных исследований выявлены закономерности формирования подроста ели в зависимости от основных характеристик материнского древостоя.

3. На основе эмпирических данных, полученных на постоянных пробных площадях с длительным сроком наблюдений и на временных пробных площадях, дана комплексная оценка возобновительного потенциала ели в условиях Ленинградской области.

4. Впервые выявлены закономерности динамики жизнеспособности подроста ели и биометрических характеристик хвои в ельниках зеленомошной группы типов леса.

5. Установлено, что вариант перехода подроста ели из одной категории состояния в другую зависит от расстояния до ближайших деревьев, т.е. от напряженности конкуренции.

Теоретическая значимость работы.

1. Доказана зависимость динамики жизнеспособности подроста ели под пологом материнского древостоя от основных характеристик древостоя в ельниках зеленомошной группы типов леса.

2. Выявлены закономерности изменения структуры подроста ели под пологом материнских древостоев и на вырубках.

3. Дано обоснование мер по использованию возобновительного потенциала ели для снижения затрат по воспроизводству еловых лесов в условиях Ленинградской области.

4. Предложены способы усовершенствования методики оценки естественного возобновления ели на основе выявленных закономерностей по динамике жизнеспособности молодого поколения ели.

5. Раскрыты возможные пути повышения эффективности мер по воспроизводству ели в условиях таежной зоны.

6. Получены новые сведения о структуре и жизнеспособности подроста ели под пологом материнских древостоев и на вырубках.

Практическая значимость работы. Результатом работы являются рекомендации по оптимизации учетных работ при оценке успешности естественного возобновления ели и повышения точности учета. Материалы исследований и выявленные на их основе закономерности могут служить основой для внесения поправок и изменений в нормативные документы по лесовосстановлению на Северо-Западе России. Полученные данные могут быть использованы для решения таких задач, как планирование лесовосстановительных работ, сокращение сроков лесовыращивания, предупреждение нежелательной смены пород, повышение продуктивности и устойчивости ельников.

Научные положения, составляющие предмет защиты. На базе проведенных исследований в диссертации рассмотрены, сформулированы и обоснованы следующие научные положения:

а) закономерности изменения структуры и жизнеспособности молодого поколения ели под пологом материнских древостоев в зависимости от их таксационных характеристик;

б) динамика структуры и жизнеспособности подроста ели на вырубке;

в) причины и условия переходов подроста ели из одной категории состояния в другую;

г) биометрические параметры хвои как индикатор жизненного состояния подроста ели;

д) усовершенствованные методы оценки успешности естественного лесовозобновления ели под пологом древостоев и на вырубках с учетом выявленных закономерностей.

Обоснованность и достоверность результатов подтверждена большим объемом экспериментального материала и многолетними комплексными исследованиями. При этом применялись общепринятые лесоводственные методы исследований. Полученный материал обрабатывался методами математической статистики. Основные результаты исследований получили статистически достоверную оценку на 95 % уровне.

Апробация результатов. Исследования проводились в рамках НИР кафедры лесоводства и лесохозяйственного факультета. Результаты работ представлялись на конференциях разного уровня:

1. Fourth international scientific symposium "Agrosym 2013", Jahorina, October 3-6, 2013.

2. Международная научно-техническая конференция, посвященная 80-летнему юбилею Волгоградского государственного социально-педагогического университета и естественно-географического факультета ВГСПУ. Вологда 1215 сен. 2011г.

3. Леса России в XXI веке: Седьмая международная научно-техническая интернет-конференция. Июль 2011 г., СПб: СПбГЛТА.

4. Международная научно-техническая конференция «JIec-2009». Брянск: БГИТА, 2009.

Личный вклад автора. Личный вклад автора заключается в обосновании темы, определении целей и задач исследования, разработке программы и методики исследований, сборе полевого материала совместно с коллегами, анализе, обобщении и интерпретации эмпирического материала.

Публикации. Основные результаты исследования отражены в 11 работах, в том числе в 3 статьях, входящих в перечень рецензируемых научных журналов и изданий. Получено 1 свидетельство на базу данных.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы из 171 наименований. Текст диссертации изложен на 180 страницах, включает 34 таблицы, 75 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1 Состояние проблемы

Анализ опубликованных работ показывает, что в целом изучению подроста ели уделяется большое внимание, однако абсолютное большинство работ отражает закономерности изменения численности подроста его структуры по высоте и возрасту. Состояние подроста исследовалось значительно реже, а динамика состояния и переход из одной категории состояния в другую - в единичных случаях. Чаще всего в своих исследованиях авторы учитывали количественную составляющую возобновительного потенциала ели, ее возрастную и высотную структуру, не обращая должного внимания на нежизнеспособный подрост (Дружинин, 2013; Беляева, 2012; Третьяков, 2010; Пугачевский, 1992; Казимиров, 1983; Набатов, 1978; Санников, 1970; Карпов, 1969; Успенская, 1969; Яшнов, 1934; Серебреников, 1913; Ткаченко, 1911; Рожков, 1904; Ylli-Vakkuri, 1961). Действующими правилами и инструкциями по лесовосстановлению нежизнеспособный подрост игнорируется. Практически нет данных о комплексных исследованиях зависимости жизнеспособности подроста ели, его численности и структуры от характеристик материнского полога. Общее представление по данному вопросу у научного сообщества пока не сформировалось.

2 Программа и методика исследования

В программе работ основное внимание было уделено выявлению закономерностей изменения жизнеспособности и структуры молодого поколения ели европейской (Picea abies (L.) Karst.) на вырубке и под пологом материнского древостоя. Программа исследований включала выбор объектов и их обследование, учет подроста и его распределение по категориям состояния, по группам возраста и группам высот, определение биометрических характеристик подроста и хвои ели. Паспортизация подроста на экологическом стационаре, проведенная 30 лет назад и его многократное обследование, позволила выявить основные закономерности изменения структуры подроста, а главное - динамику его состояния.

Методология работы основывается на системном подходе и комплексных принципах оценки. В ходе работы были использованы типовые и усовершенствованные методики, применяемые в лесоводстве и таксации. Основной метод исследования - метод длительных наблюдений (30 лет) и комплексной оценки состояния подроста ели. При обработке полученного материала использованы приложения Microsoft Excel и пакет прикладных программ StatPlus 2009, Statgraphics.

Исследования осуществлялись на стационарных и временных опытных объектах, расположенных в Ленинградской области. Перечень стационарных опытных объектов и их общая характеристика представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Общая характеристика древостоев па стационарных объектах

Секция ПП:

Состав

Полнота

Тип леса

Запас,

Средний возраст, лет

Класс бонитета

Лисинское лесничество

Секция А

Секция Б

Секция В

9,1Е 0,9Б ед.П

7.8Е1.6С 0,6Б

б,6Е 3,2С 0,2Б

0,5

0,6

0,4

Е.КС

Е.Чер

Е.КС

204

248

155

разновозр

разновозр

разновозр

ПШ-Ак

ПП1-В

ПП1-1С

nni-D

Карташевское лесничество

ЮБ+Ос+С II ярус - 10Е

9Е1С

9Е1С

8Е2С

0,9 0,3

0,5

0,5

0,6

Б.КС

Е.КС

Е.КС

Е.КС

384 148

301

331

321

128

128

128

128

ПП1-Е

10Е+С

0,7

Е.КС

432

128

ПГО-Ак

8Е1Б10с

0,8

Е.КС

250

125

ПП2-В

8Е1Б10с

0,8

Е.КС

250

125

ПП2-С

8Е1Б10с

0,8

Е.КС

250

125

ПГО-D

8Е1Б10с

0,8

Е.КС

250

125

ПП-бАк

8,9Е 0,7Б 0,4С

0,7

Е.КС

406

125

ПП6-Б

8,4Е 1,6Б

0,8

Е.КС

463

125

ПП6-С

8,ТЕ 1,ЗБ II ярус • 10Е

0,3 0,4

Е.КС

110 241

125

ПП6-Д2

8,9Е 0,7Б 0,4С

0,7

Е.КС

365

125

ПП7-Ак

7,9Б2,Юс II ярус - 10Е

0,7 0.3

Б.КС.

314

125

125

ПП7-Д

9,7Е0,2С0,1Б

0,7

Е.КС.

382

125

Рощинское лесничество

6.4Б2Е1,2Ос0,4С

5,5Е1,9Б1,5С10с

5,7Ос1,9Е1,8Б0,6С

Б.КС.

Е.Чер.

О.КС

10

12

10

Объекты для закладки временных пробных площадей были подобраны в Лисинском, Карташевском и Рощинском лесничествах. Объекты исследования - спелые ельники черничного и кисличного типа леса, а также вырубки 5-12 летней давности в тех же типах леса.

3 Динамика состояния подроста ели под пологом древостоя

Жизненное состояние молодого поколения лесообразующих пород -категория не постоянная. В лесном биогеоценозе, как в открытой экологической системе, для достижения динамического равновесия постоянно изменяются структура, численность и видовой состав компонентов леса, включая подрост.

С изменениями в насаждении, прежде всего в его главном элементе — древостое, изменяется и жизнеспособность подроста в целом, причем, эти изменения чаще всего происходят в негативном направлении, но позитивные также не исключаются. Такую гипотезу в свое время выдвигал Г.Ф. Морозов, но экспериментальных подтверждений не было, в первую очередь из-за того, что исследования динамики подроста ели сводились к разовым количественным учетам подроста, в том числе и жизнеспособности.

В наших исследованиях помимо «количественных» определялись и «качественные» показатели в ходе длительных наблюдений за модельными экземплярами подроста ели. У каждого модельного экземпляра ели подробно учитывались не только биометрические характеристики, но и условия, в которых подрост находился, а также делалась привязка каждого растения к ближайшим деревьям и моделям подроста. Таким образом, при многофакторном анализе возможных причин динамических изменений жизненного состояния подроста во времени количество «неизвестных в этом уравнении» сводилось к минимуму.

Оригинальный эксперимент по слежению за динамикой состояния и структуры подроста ели был предпринят A.B. Грязькиным в 1983 году на «Экологическом стационаре» в Лисинском учебном лесничестве Ленинградской области. Он был организован в 1981-1982 гг. Характеристика древостоев по данным последнего обследования представлена в таблице 2.

Таблица 2 - Таксационная характеристика древостоев на опытных объектах в 2013 г.

Секция Состав Полнота Тип леса Запас, м3/га Высота, м Диаметр, см Класс бонитета

А 9,1Е 0,9Б ед.П 0,5 Е. КС 204 22,4 24,1 II

Б 7,8Е 1,6С 0,6Б 0,6 Е.Ч 248 22,8 24,7 II

В 6,6Е 3,2С 0,2Б 0,4 Е.кис 155 18,8 21,6 II

Результаты длительных наблюдений за состоянием подроста свидетельствуют о том, что и на вырубке, и под пологом древостоев возможны переходы подроста из одной категории состояния в другую, причем как в сторону ухудшения, так и в сторону улучшения состояния. Эти переходы мы назвали «позитивными» и «негативными». Позитивный переход - это переход подроста из категории «нежизнеспособный», в категорию «жизнеспособный». Негативный переход - это многовариантный процесс. Первый вариант -подрост из категории «жизнеспособный» переходит в категорию «нежизнеспособный». Такой тип перехода самый распространенный в лесных экосистемах. Второй вариант - переход подроста из категории «нежизнеспособный» в категоршо «сухой». Имеют место и случаи, когда подрост из категории «жизнеспособный» сразу переходит в категорию «сухой»

- третий вариант. Это, как правило, происходит в результате повреждения подроста.

Характеристика подроста на опытных участках в разные годы наблюдений представлена ниже. В таблице 3 приводятся результаты первого учета подроста (1983 г.).

Таблица 3 - Общая характеристика подроста на экологическом стационаре в 1983 г.

Секция Состав, % Средний возраст* , лет Средняя высота*, см Распределение подроста ели по категориям состояния, экз. Итого на секции, экз. Всего на 1 га экз.

Ж НЖ Сух

А 94Е6Б 24 129 932 681 125 1738 3049

Б 87Е 11Б 20с 27 77 1625 629 240 2494 3614

В 86Е 8Б бОс 19 91 773 424 121 1318 1805

* здесь и далее значения по указанным характеристикам округлены до целых чисел

Многолетнюю динамику жизнеспособности подроста ели и его структуры на всех секциях стационара наблюдали по экземплярам подроста с зафиксированной «биографией». На секции «Л» в качестве модельных были учтены все экземпляры подроста, включая нежизнеспособный и сухой. На двух других секциях экологического стационара таких модельных экземпляров было по 100 экз., в составе которых были представлены все категории жизненного состояния: жизнеспособные (Ж), нежизнеспособные (НЖ) и сухие (Сух).

На всех моделях были закреплены металлические жетоны с номером и для каждой из них указаны координаты - расстояние до ближайших деревьев и до ближайших экземпляров подроста (моделей). Основные характеристики моделей по секциям представлены в таблице 4.

Как видно, начальная доля жизнеспособного подроста на секции Б (ельник черничник) больше, чем на других секциях - в ельнике кисличнике.

Таблица 4 - Основные характеристики моделей подроста ели в 1983 г.

Секция стационара Начальное количество подроста Средняя высота, см Средний возраст, лет Количество подроста ели по категориям состояния, экз.

Ж НЖ Сух

А 1738 129 24 932 681 125

Б 100 90 21 66 27 7

В 100 112 23 64 28 8

В таблице 5 представлены результаты учета модельных экземпляров подроста ели на всех секциях стационара спустя 6 лет после первого учета. Таблица 5 - Основные характеристики моделей подроста ели в 1989 г._

Секция стационара Начальное количество подроста с жетонами Средняя высота, см Средний возраст, лет Количество подроста ели по категориям состояния, %

Ж НЖ Сух итого

А 1738 132 27 53,1 40,0 6,9 100

Б 100 107 25 66 24 6 96

В 100 128 28 62 26 7 95

Сравнение данных, представленных в таблицах 4 и 5, свидетельствует о том, что за 6 лет изменились все характеристики подроста. Существенная доля жизнеспособного подроста (47 экз.) перешла в категорию НЖ, однако 7 экземпляров, наоборот - из категории НЖ, перешло в категорию Ж. Двенадцать экземпляров из категории Ж перешло в категорию Сух, а из категории НЖ в категорию Сух - 51 экз. За 6 лет полностью разложились на этой секции 66 экземпляров сухого подроста. Аналогичные изменения в структуре подроста ели произошли и на двух других секциях стационара. Было установлено, что вариант перехода подроста ели из одной категории состояния в другую зависит от расстояния до ближайших деревьев, т.е. от напряженности конкуренции. При удалении подроста от деревьев ели менее 3-4 м позитивные переходы не выявлены, но они имеют место при любом удалении подроста ели от деревьев сосны и березы.

Многократный учет подроста одновременно на всех секциях стационара показывает, что численность подроста, его структура и доля по категориям состояния изменяются, но амплитуда этих изменений не велика. Совсем иначе фитоценоз реагирует на интенсивное хозяйственное воздействие. В 2001-2002 гг. на всех секциях была проведена выборочная санитарная рубка, при этом относительная полнота была снижена на 0,2-0,3. В результате изреживания древостоя показатели подроста изменились существенным образом, таблица 6.

Таблица 6 - Изменение доли жизнеспособного подроста ели на секции А Экологического стационара по результатам многократных учетов, %_

Годы учета Жизнеспособный Нежизнеспособный Сухой Итого Экз./га

1983 53,6 39,2 7,2 100 1738

1989 53,1 40,0 6,9 100 1676

1994 53,0 40,8 6,2 100 1571

1999 52.1 40,2 7,7 100 1422

2004 44,7 37,4 17,9 100 712

2009 • 48,2 32,6 19,2 100 595

2013 49,3 32,2 18,5 100 568

На секции А численность подроста ели за 30 лет увеличилась на 2353 экземпляра, а с учетом сохранившихся модельных экземпляров общая численность молодого поколения ели к 2013 г. составила 2921 экз./га. В 1983 г. всего было 3049 экз./га. Из общего количества паспортизированного подроста на секции А деревьями перечетных размеров стали 127 экземпляров, т.е. 7,3 %. Из них большую часть (73 дерева) составляют те экземпляры, которые перешли в разные годы из категории НЖ в категорию Ж.

В ходе наших исследований установлена следующая закономерность: чем больше изменяется численность подроста (после урожайных семенных лет она увеличивается (рисунок 1), после любой рубки - уменьшается), тем сильнее меняется структура подроста по высоте и возрасту. Если при увеличении численности подроста за счет самосева происходит существенное уменьшение средней высоты и среднего возраста, то при уменьшении численности, средняя высота и средний возраст мо1уг увеличиваться (если повреждается и переходит в отпад преимущественно мелкий подрост) или уменьшаться (если в отпад переходит преимущественно крупный подрост).

Возраст подроста, лет

Рисунок 1 - Возрастная структура подроста ели на секции А экологического стационара

Видно, что за 35 лет годы с обильным урожаем семян в ельнике кисличнике повторялись 5 раз с периодом 4-6 лет - 1988, 1992, 1996, 2002-2003, 2006 гг. Это подтверждают данные общего учета подроста на всех секциях экологического стационара.

Установлено, что в ельнике-кисличнике доля нежизнеспособного и сухого подроста больше под пологом древостоя, относительная полнота которого выше. В целом под пологом ельника-кисличника жизнеспособного подроста меньше, а нежизнеспособного больше, чем под пологом ельника-черничника. Кроме того - под пологом ельника-черничника доля подроста, перешедшего из категории НЖ в категорию Ж, заметно выше, чем под пологом ельника-кисличника.

Состав подроста за весь период наблюдений изменился значительно, доля лиственных пород заметно увеличилась после проведенной рубки и достигла 31-43 %. В начале эксперимента она не превышала 10%.

За три десятилетия доля подроста, перешедшего из категории НЖ в категорию Ж, составила на секции А 9 %, на секции Б 11% и на секции В 8 %, т.е. в среднем около 10%. Исходя из общей численности подроста на опытных участках 3-4 тыс./га, эта доля существенна и заслуживает внимания при проведении учетных работ и оценке успешности естественного возобновления ели в указанных типах леса.

4 Влияние хозяйственных мероприятий на численность и жизнеспособность подроста ели

Изучение характера влияния лесохозяйственных мероприятий, направленных на улучшение естественного возобновления ели, проводилось на постоянных пробных площадях. Постоянные пробные площади закладывались в 1929-1930 гг. А.В.Давыдовым и лесничим З.Я.Солнцевым на территории Карташевского лесничестве в Ленинградской области. На всех секциях, кроме

контроля (секция А), в разные годы проводились рубки ухода различной интенсивности: слабые (интенсивность 15-24% - секция В), средние (25-34%, -С), сильные (35-44%, - Б), очень сильные (45% и больше - Е). В качестве меры содействия естественному возобновлению, на опытных секциях ПП 1 в 1996 г. проводилась вырубка подлеска сплошь или коридорами по 5 и 10 м.

Характеристика древостоев, по результатам последнего учета (ПП1 -2014 г., ПП 2, 6, 7 - 2010 г.), представлена в таблице 7.

Таблица 7 - Характеристика древостоев на объектах исследования

Секция Состав Полнота Тип леса Запас, м3/га Средний возраст, лет Класс бонитета

ПП1-А ЮБ+Ос+С 0,9 Б.КС 384 128 1а

ПП1-В 9Е1С 0,5 Е.КС 301 128 I

ПП1-1С 9Е1С 0,5 Е.КС 331 128 I

ПШ-И 8Е2С 0,6 Е.КС 321 128 I

ПП1-Е 10Е+С 0,7 Е.КС 432 128 I

ПП2-А 8Е1Б10с 0,8 Е кс 250 127 II

ПП2-В 8Е1БЮс 0,8 Е кс. 250 127 II

Ш12-С 8Е1БЮс 0,8 Е кс 250 127 II

ПП-6А 8,9Е 0,7Б 0,4С 0,7 Е.КС 406 125 I

ПП6-В 8,4Е 1,6Б 0,8 Е.КС 463 125 I

ПП6-01 8,7Е 1,ЗБ 0,3 Е.КС 110 125 I

ПП6-02 8,9Е0,7Б0,4С 0,7 Е.КС 365 125 I

ПП7-А 7,9Б2,Юс 0,7 Б.Кс. 314 125 I

ПШ-Б 9,7Е0,2С0,1Б 0,7 Е.Кс. 382 125 I

Характеристика подроста ели по результатам последнего учета представлена в таблице 8.

На всех объектах исследования сформировался густой подлесок из рябины. Его численность по результатам последнего учета составляет от 3,4 до 9,6 тыс./га. За 20 лет после первого учета численность подлеска снизилась в 3-5 раз, а его средняя высота увеличилась в 2-3 раза. Проективное покрытие живого напочвенного покрова нередко превышает 100 %, а доля злаков на изреженных секциях достигает 57 %, что препятствует появлению новых поколений ели.

Детальные исследования на опытных объектах проводились летом и осенью 1994 г. А.В.Грязькиным. Сравнительный анализ объектов исследования по учетам 1994 и 2014 гг. показал, что состав древостоев за 20 лет изменился незначительно. Отмечается увеличение относительной полноты древостоя на одну две единицы. Именно эти изменения повлияли на структуру и состояние молодого поколения ели. Важно учитывать и то, что на опытных секциях ПП1 подлесок был вырублен или окольцован в 1996 г. До 1996 г. подлесок на всех секциях имел большую густоту - от 7,3 до 21,8 тыс./га. Это, несомненно, оказывало сильное влияние на численность и состояние подроста ели.

На большинстве объектов численности подроста увеличивается по сравнению с учетом 1994 г. и прежде всего там, где подлесок был вырублен (ПП1-В, С, Б, Е). Исключением являются ПП7-Б и ПП2-С, на которых рубки ухода высокой интенсивности, проведенные 40 лет назад не привели к желательным результатам.

Таблица 8 - Характеристики подроста ели на объектах исследования

Объект

Средний возраст, лет

Встречаемость, %

Состояние

Численность, экз./га

сред.

круп.

итого в 2014 г.

ПП1-А

ПП1-В

23

11,8

87,5

Ж

964

1946

464

3374

НЖ

571

768

125

1464

61,5

Ж

2282

615

103

3000

НЖ

103

154

257

ПП1-С

пш-о

ПП1-Е

ПП2-А

ПП2-В

ПП2-С

ПП6-А

ПП6-В

ПП6-01

ПП6-В2

ПП7-А

ПП7-Б

9,7

13,1

20,1

16,0

13,1

14,5

8,7

8,7

9,1 9,1 7,6 12,3

62

Ж

1180

760

60

2000

НЖ

240

440

65

745

68,5

Ж

1772

1000

241

2113

НЖ

1019

278

111

1408

26

Ж

146

203

70

419

НЖ

12

23

24

59

51

Ж

416

536

107

1059

НЖ

250

250

34

Ж

1471

1162

107 59

607

2692

НЖ

368

132

19,3

Ж

269

92

0

42

500

403

НЖ

50

151

42

243

53

Ж

269

1100

167

1536

60

50

67

70

37

НЖ

263

567

33

863

Ж

67

367

133

567

НЖ

333

467

100

900

Ж

331

НЖ Ж НЖ Ж НЖ

ж

НЖ

502 433 33 850 200 33

967

603

367 1167 133 2450 100 200

130 533 100 450

267

1901

999 2133 266 3750 300 500 12

Несмотря на увеличение численности, доля нежизнеспособного подроста уменьшается практически на всех объектах, где проводились какие-либо хозяйственные мероприятия. Распределение подроста по категориям жизнеспособности является лучшим индикатором оценки соответствия тех или иных экологических условий потребностям подроста ели.

Оценка динамики переходов подроста ели из одной категории состояния в другую невозможна без анализа структуры подроста по высоте, возрасту и жизнеспособности. Количество жизнеспособного подроста увеличилось практически на всех объектах исследований, рисунок 2. Увеличение доли среднего и крупного жизнеспособного подроста дает основание предположить, что часть нежизнеспособного подроста после проведенных мероприятий перешла в категорию «жизнеспособный».

I Сухой подрсот

Название секции и год учета

I Нежизнеспособный подрост и Жизнеспособный подрост

Рисунок 2 - Распределение подроста ели по категориям состояния на опытных объектах

Учет 1999 г. (через 3 года после рубки подлеска) показал на всех секциях увеличение доли, прежде всего, сухого и нежизнеспособного подроста ели, так как за 3 года подрост ели не успел приспособиться к новым условиям после разреживания подлеска и улучшению световой обстановки под пологом. По последним учетам в 2009 и 2014 гг. выявлено резкое снижение доли нежизнеспособного и сухого подроста, несмотря на увеличение сомкнутости полога. Улучшение качества подроста в большей степени произошло на тех секциях, где вырубка подлеска проводилась коридорами (ПП1-В), и на секции ПП1-Е, где 80 % территории было «освобождено» от рябины. На остальных секциях проводилось коридорное кольцевание рябины, которое обеспечило плавные качественные изменения структуры и состояния подроста. Исключением является ПП1-Е, где вырубка подлеска привела к еще большему задернению, которое уже было после рубок ухода, поэтому численность подроста и после удаления подлеска здесь осталась незначительной. В этой связи мы пришли к выводу, что рубки ухода могут стимулировать или тормозить естественное возобновление ели под пологом. Интенсивные рубки тормозят, а рубки слабые и средней интенсивности - стимулируют. Полное и даже частичное удаление подлеска во всех случаях способствует появлению новых генераций подроста ели под пологом материнского древостоя.

5 Динамика состояния подроста ели на вырубке

Изменения количественных и качественных характеристик подроста ели на вырубках обусловлены множеством факторов: давность проведения рубки, технология лесозаготовительных работ, возрастная структура молодого поколения ели до рубки, дальность стенки леса, наличие семенных деревьев.

Одной из важных составляющих успешного лесовозобновления на вырубке является характеристика насаждения до рубки (таблица 9).

Таблица 9 - Характеристика объектов исследований до проведения рубок

Леснич ество* Состав Средние Класс бонитета Тип леса Полнота Запас, м3/га Год рубк и

возраст, лет высота, м диаметр, см

1 5Е40с1Б 150 27,0 32 II Е.КС 0,6 290 2001

2 4Е1С50с 120 28,1 31 II Е.ЧС 0,6 300 2001

3 9Е 1С 90 24,1 26,1 I Е.КС 0,8 310 1998

4 8Е1С1Б 100 21,7 24,5 II Е.КС 0.7 285 2001

5 6Е4С 90 22,2 23,8 II Е.ЧС 0,8 315 2002

6 9,5Е0,5С 90 23,1 26,9 II Е.КС 0,8 357 1998

7 9Е1Б 120 24,3 25,8 II Е.КС 0,7 342 2003

8 8Е 2Б 120 27,7 26,4 I Е.КС 0,7 406 2008

* 1 и 2 - Лисинское, 3-6- Рощинское, 7 и 8 - Карташевское

Сравнительный анализ хода возобновления на вырубках в трех различных лесничествах Ленинградской области, аналогичных по основным характеристикам древостоя до рубки и технологии заготовки древесины, показал существенные различия, как по численности, так и по структуре подроста ели (рисунок 3).

о

X Z

3

и £

3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

--Г '

sssssa

« ш

f --- ¡¡¡И _ т

Ж | НЖ Ж НЖ Ж 1 НЖ

Лисинское учеб. лесн. Рощ. лесн. Карташ. участ. лесн.

■ Крупный 0 Средний в Мелкий

Место положения вырубки и категория сосотяния

Рисунок 3 - Распределение подроста ели на вырубках по категориям состояния и крупности в Лисинском, Карташевском и Рощинском лесничествах

Численность подроста ели наибольшая на вырубках в Лисинском лесничестве. Связано это, с одной стороны, со спецификой вырубок в условиях Лисинского лесничества, а с другой - с экологической приспособленностью подроста ели к таким условиям. Структура подроста ели по высоте и категориям состояния на свежих вырубках грех лесничеств во всех вариантах характеризуется доминированием мелкого подроста. Это свидетельствует о том, что значительная часть подроста является последующим возобновлением от стен леса и оставленных семенников.

6 Биометрические характеристики хвои как индикатор жизнеспособности

подроста ели

Основным индикатором жизнеспособности подроста является прирост в высоту. Однако и хвоя (ее возраст, длина, масса), и другие характеристики дают представление о состоянии подроста. Известно, что ассимиляционный аппарат представителей одного вида отличается морфологической и возрастной неоднородностью не только в зависимости от условий местопроизрастания, но и неоднородностью в кроне отдельного дерева (Максимов, 1971; Алексеев, 1975; Грязькин, 2001). Основной причиной этого является разный режим физиологически активной радиации.

Для изучения особенностей хвои с каждой пробной площади отбирали не менее трех моделей подроста из каждой группы по высоте. Таким образом, в общую выборку исследуемых моделей подроста ели по Карташевскому лесничеству вошло 35, по Лисинскому - 45, а по Рощинскому 18 модельных деревьев. При сравнительном анализе средних показателей по биометрическим параметрам хвои строго соблюдалась пропорциональность количественной выборки моделей подроста по категориям крупности и состояния.

Условия роста молодого поколения ели под пологом древостоев и на вырубке резко различаются, именно по этой причине различаются и биометрические характеристики побегов, хвои и подроста в целом. Средние значения длины и массы 100 хвоинок подроста разной высоты и категории состояния под пологом и на вырубке вне зависимости от относительной полноты древостоя заметно отличаются. Длина 100 хвоинок - от 763,9 до 1212 мм, а масса от 0,061 до 0,259 г. Масса хвои более стабильный показатель, чем длина. Если длина хвои подроста ели под пологом древостоев может быть больше, чем на вырубке, то масса хвои под пологом всегда меньше.

Для того, чтобы в одном показателе учитывать и массу, и длину хвои, мы использовали «удельную массу», т.е. массу единицы длины хвои. Этот показатель оказался очень удобным для сравнения подроста разных категорий жизнеспособности, произрастающего в разных условиях. На рисунке 4 показана изменчивость удельной массы хвои под пологом древостоев различной полноты и на вырубке (Лисинское лесничество).

0,25 -,-------

0,216

о п7 ,__0,193 и»™

£ ^ «-0Д6Т----Ш-6:175—

жайа

Жизнесп. Нежизнесп. Жизнесп. Нежизнесп. Жизнееп. Нежизнесп. полнота 0,8 полнота 0,8 полнота 0,4 полнота 0,4 вырубка вырубка

Рисунок 4 - Изменение удельной массы хвои подроста ели по категориям состояния под пологом древостоя и на вырубке

С увеличением высоты подроста ели увеличивается и показатель удельной массы хвои как на вырубке, так и под пологом. Для всех групп высот показатель удельной массы хвои на вырубке всегда больше, чем под пологом. Эта разница с увеличением средней высоты подроста становится все более заметной. Это связано с тем, что с увеличением высоты подроста доля теневой хвои становится меньше, следовательно, биометрические показатели, в том числе и удельная масса хвои, увеличиваются.

Сравнение биометрических параметров хвои ели по трем лесничествам проводилось по усредненным значениям этих параметров (ельник-кисличник, относительная полнота древостоев 0,7-0,8). При этом соблюдалась пропорциональность выборки для всех трех лесничеств, таблица 10.

Таблица 10 - Средние значения биометрических параметров хвои подроста ели под пологом ельника кисличника по трем лесничествам

Показатели Карташевское участковое лесничество Рощинское лесничество Лисинское учебное лесничество

Ж НЖ Ж НЖ Ж НЖ

Длина 100 хвоинок, мм 815,0 763,9 894,3 847,9 921,2 898,7

Масса 100 хвоинок, г 0,072 0,061 0,087 0,074 0,116 0,102

Удельная масса, г/см 0,087 0,079 0,096 0,087 0,126 0,113

Несмотря на одинаковые условия произрастания (ельник-кисличник) показатели хвои как у жизнеспособного, так и у нежизнеспособного подроста существенно различаются. Минимальные различия по хвое у моделей из Лисинского лесничества.

Исследования биометрических параметров хвои ели также были направлены и на установление закономерностей их динамики в зависимости от жизненного состояния подроста ели. Средняя длина, масса и удельная масса хвои нежизнеспособного подроста ели, как правило, меньше, чем жизнеспособного для всех групп по высоте. Все биометрические параметры хвои имеют самые высокие показатели в Лисинском лесничестве. Именно специфика местного микроклимата и почвенные условия позволяют ели проявлять в полной мере свои конкурентные способности, и это отражается на развитости ассимиляционного аппарата, следовательно, экологические условия Лисинского лесничества являются оптимальными для подроста ели.

Выводы

1. Длительные наблюдения за динамикой структуры и жизнеспособности подроста ели показывают, что доля по категориям состояния, средняя высота и средний возраст подроста зависят от характеристик материнского древостоя, от повторяемости урожайных лет, от проводимых хозяйственных мероприятий.

2. Возможность перехода подроста ели из одной категории состояния в другую зависит и от расстояния до ближайших деревьев, т.е. от напряженности

конкуренции. При удалении подроста от деревьев ели менее 3-4 м позитивные переходы не выявлены.

3. Установлено, что доля подроста, перешедшего из категории НЖ в категорию Ж, в среднем составляет около 10%, поэтому при оценке успешности естественного возобновления целесообразно учитывать как жизнеспособный, так и нежизнеспособный подрост.

4. Соотношение подроста ели по категориям состояния на вырубке и под пологом древостоя различается существенно. На вырубках старше 5 лет во всех случаях преобладает жизнеспособный подрост (до 90-95 %).

5. На первом этапе после рубки древостоя, на протяжении 1-3 лет, преобладают переходы подроста из категории «жизнеспособный» в категорию «нежизнеспособный». Через 4-5 лет ситуация на вырубке стабилизируется, и состояние подроста улучшается.

6. На вырубке размах варьирования высоты и возраста подроста ели меньше, чем под пологом древостоя. Как негативные, так и позитивные переходы здесь протекают в более сжатые сроки, чем под пологом древостоя.

7. Рубки ухода могут стимулировать или заглушать процесс естественного возобновления ели под пологом. Интенсивные рубки тормозят, а рубки слабые и средней интенсивности - стимулируют.

8. С увеличением давности рубки доля жизнеспособного подроста ели увеличивается, численность снижается, а средняя высота и возраст увеличиваются, т.е. приход новых поколений подроста на вырубках затруднен.

9. Полное или даже частичное удаление подлеска способствует появлению новых генераций подроста ели под пологом материнского древостоя.

10. Удельная масса хвои отражает различия условий среды и является индикатором жизнеспособности подроста ели: у жизнеспособного подроста ее величина почти в 2 раза выше, чем у нежизнеспособного подроста.

Рекомендации

1. При проведении учетных работ нежизнеспособный подрост следует учитывать как под пологом древостоев, так и на вырубках.

2. При проведении окончательных приемов рубок ухода их интенсивность не должна превышать 20-30 %.

3. В качестве меры содействия естественному лесовозобновлению в ельнике кисличнике и в ельнике черничнике целесообразно изреживать подлесок, если его густота превышает 4 тыс./га.

4. Сохранять нежизнеспособный подрост перспективно, т.к. существенная его часть переходит в категорию жизнеспособный, причем чаще всего именно такие экземпляры быстрее выходят из подроста в древостой.

Список работ, опубликованных автором по теме диссертации

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК

1.Беляева, Н.В. Влияние несплошных рубок и материнского древостоя на успешность возобновления ели / Н.В. Беляева, А.В. Грязькин, М. Гуталь и др. // Известия высших учебных заведений «Лесной журнал», 2013. - № 5. - г.Архангельск. - С. 25-31.

2.Фетисова, А.А. Оценка успешности естественного возобновления хвойных пород на вырубках / А.А. Фетисова А.В. Грязькин, М. Гуталь и др. // Известия высших учебных заведений «Лесной журнал», 2013. - № 6. - С.7-11.

3.Грязькин А.В., Беляева Н.В., Ковалев Н.В., Гуталь М. Свидетельство о государственной регистрации базы данных №2013620180 «База данных по флористическому составу климаксовых ельников зеленомошной группы типов леса». Рег. 09.01.2013.

4.Гуталь, М. Зональные различия в структуре хвои ели / Гуталь M., А .В .Грязькин, Н.В. Ковалев // Вестник Саратовского госагроуниверситета, 2014. -№ 3. - С. 11-15.

Публикации в периодических изданиях, материалах конференций

5.Беляева, Н.В. Обилие и константность как показатели участия вида в сложении растительной ассоциации / Н.В. Беляева, О.И. Григорьева, М.Гуталь // Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции «Лес-2009». - Брянск: БГИТА, 2009.-С.68-75.

6.Фетисова, А.А. Моделирование развития подроста в Рощинском лесничестве Ленинградской области / А.А.Фетисова, А.В. Грязькин, М. Гуталь и др. // Леса России в XXI веке: Материалы седьмой международной научно-технической интернет-конференции. Июль 2011 г, СПб: СПбГЛТА, 2011. - С.142.

7.Беляева, Н.В. Влияние рубок ухода за лесом разной интенсивности на видовое разнообразие живого напочвенного покрова / Н.В. Беляева, А.В.Грязькин, М. Гуталь и др. // Изучение и сохранение естественных ландшафтов: Сборник статей международной научно-технической конференции, поев. 80-летнему юбилею Волгоградского государственного социально-педагогического университета и естественно-географического факультета ВГСПУ (12-15 сен. 2011 г.).-М.: Планета, 2011. - С. 247-252.

8.Guta!j, M. Conservation of biodiversity in ecosystems of the boréal forests / M. Gutalj, A.V. Grjazkin, N. V. Belyaeva, N. V. Kovalev // Fourth international scientific symposium "Agrosym 2013", Jahorina, October 3-6,2013, - S. 178.

9.Gutalj, M. Honey plants of Russian forest resourccs / M. Gutalj, A.V.Gijazkin, Nguen Thi Tha, N. V. Kovalev // Fourth international scientific symposium "Agrosym 2013", Jahorina, October 3-6,2013.-S. 106.

Ю.Гуталь, M.M. Структура хвои подроста ели под пологом спелых насаждении / М.М. Гуталь, А.В. Грязькин, Н.В. Ковалев // Международная научно-техническая конференция преподавателей, студентов, аспирантов и докторантов «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка». - Сыктывкар: Сыктывкарский лесной институт, 2014. - С. 57 - 60.

11. Грязькин, А.В. Влияние парцеллярной структуры лесного фитоценоза на видовое разнообразие подлеска / А.В. Грязькин, Н.В. Беляева, М.М. Гуталь и др. // Межвузовский сборник научных трудов «Экологические проблемы Арктики и северных территорий». -^Архангельск, 2014. -Вып. 17.-С. 106-112.

Просим принять участие в работе диссертационного Совета Д 212.220.02 или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова, Ученому секретарю диссертационного совета.

ГУТАЛЬ МИЛИВОЕВИЧ МАРКО АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 19.11.14. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч.-изд. л. 1,0. Печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 155. С 5 а.

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