Содержание к диссертации
Введение
1 Сосна обыкновенная в усманском бору 7
1.1 История бора 7
1.2 Биология сосны 10
1.3 История культур сосны 12
1.4 Технология создания культур 15
2 Природно-климатическая характеристшса усманского бора 37
2.1 Лесорастительная зона и климат 37
2.2 Рельеф и почвы 40
2.3 Типы леса 43
3 Программа, объекты и методика исследований 48
3.1 Программа исследований 48
3.2 Объекты исследований 48
3.3 Методика исследований 49
3.4 Объём выполненных работ 50
4 Эколого-биологические основы создания культур сосны в усманском бору 51
4.1 Влияние способов подготовки почвы на рост и продуктивность культур (площадки, борозды, сплошная подготовка почвы) 51
4.2 Смешение пород при создании культур 68
4.3 Густота культур сосны обыкновенной 77
4.3.1 Экономическая эффективность подбора оптимальной густоты создания сосны 87
5 Влияние типов условий произрастания на рост и продуктивность сосны обыкновенной 98
5.1 Влияние ширины междурядий 98
5.2 Влияние места заготовки семян в кроне 109
Выводы и предложения производству 113
Список использованных источников 117
Приложение 140
- Технология создания культур
- Рельеф и почвы
- Объём выполненных работ
- Экономическая эффективность подбора оптимальной густоты создания сосны
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Сосна - основная лесообразующая порода в ЦЧО. Накопленный лесоводственный опыт показал, что при возобновлении сосны основное место должны занять лесные культуры (Морозов, 1971; Волков, 1952; Рубцов, 1964, 1969). Однако некоторые вопросы, связанные с её выращиванием, такие, как подготовка песчаных почв, способы смешения с другими породами, густота и размещение посадочных мест до настоящего времени остаются дискуссионными (Науменко, 1950; Скрыпников, 1956; Баранов, 1960; Рубцов, 1969,1976; Трещевский, 1982; Сухов, 1993; Журихин, 1995; Попов, 1997).
При создании долговечных и высокопродуктивных насаждений также огромную роль играет происхождение семян лесных пород из разных условий произрастания (Вересин, 1946; Носков, 1959; Поджарова, 1971). Ошибка в выборе лесных семян выявляется не сразу, а через длительный период времени, поэтому лесоводы должны знать и предвидеть эффект от использования тех или иных семян.
В Усманском бору (южная часть), находящемся в Центральной части лесостепи, расположены уникальные объекты по различным вопросам технологий создания культур сосны обыкновенной. Они позволяют проводить исследования по всем вышеназванным направлениям.
Работа выполнена в рамках госбюджетной темы ВГЛТА «Селекция, семеноводство, лесные культуры древесных пород ЦЧО» (№ госрегистрации 01.2.00105348).
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. Целью данной работы было обобщение опыта, изучение особенностей роста и продуктивности культур сосны при разных способах подготовки почвы, смешениях, густоты и размещения посадочных мест, при использовании семян из разных типов леса.
При проведении исследований были поставлены следующие задачи:
1. Изучение особенностей роста и продуктивности культур при подготовке почвы бороздами, площадками, сплошной.
2. Выявление наиболее эффективного способа смешения сосны с берёзой.
3. Анализ роста и продуктивности культур сосны в зависимости от густоты и размещения посадочных мест. Экономическая эффективность подбора оптимальной густоты создания культур.
4. Влияние лесотипологического происхождения семян на рост и продуктивность культур, выращенных из них.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Изучены разные способы подготовки почвы под культуры сосны в Усманском бору (Филиппова, 2003,2005).
Определён наиболее эффективный способ смешения сосново-берёзовой культуры в свежем бору (Филиппова, 2005).
Выявлена оптимальная густота создания культур сосны с лесоводственной и экономической точек зрения в свежем бору Центральной лесостепи (Филиппова, 2005).
Установлено влияние лесотипологического происхождения семян при разной ширине междурядий, а также с учётом места их заготовки в кроне дерева на рост культур сосны (Филиппова, Чернодубов, 2004; Филиппова, 2004, 2005).
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Разработаны предложения по технологии создания культур сосны в свежем бору лесостепи.
ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИИ обеспечивается большим количеством постоянных и временных проб, а также использованием ПЭВМ в решении поставленных задач.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований были представлены на VI Международной научной конференции (Красноярск, 2003), на конференции, посвященной 80-летию со дня рождения проф. Р.И. Дерюжкина (Воронеж, 2003), на VIII региональной научно-практической конференции по проблемам экологии и экологической безопасности Центрального Черноземья РФ (Липецк, 2004), на межрегиональной конференции, посвященной 95-летию со дня рождения проф.
М.М. Вересина (Воронеж, 2005), на V Международной научно-технической конференции (Екатеринбург, 2005), на межвузовской научно-практической конференции (Воронеж, 2005), на VIII Международной научной конференции (Красноярск, 2005).
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ.
НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ:
1. Рациональные способы подготовки почвы в Усманском бору.
2. Эффективные схемы смешения сосны с берёзой в свежем бору.
3. Оптимальная густота создания культур сосны в свежем бору.
4. Влияние типов лесорастительных условий на рост и продуктивность сосны.
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД. Работа проводилась с 2003 по 2005 гт. Автор принимал участие в разработке программ, методик, сборе материала, обработке и анализе результатов.
СТРУКТУРА И ОБЪЁМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и предложений, списка использованных источников. Общий объём составляет 139 страниц, включая 13 таблиц, 28 рисунков и список использованной литературы из 241 наименования, в том числе 16 на иностранных языках.
Технология создания культур
Успешность культур зависит, как показывает опыт, от целого ряда факторов, одним из которых является правильная и целесообразная подготовка почвы в зависимости от местных условий. Какова должна быть подготовка почвы в различных случаях? Каким требованиям она должна удовлетворять? Эти и другие вопросы являются весьма существенными в лесокультурном деле, и во многих случаях успех культур исключительно зависит только от правильного применения тех или других способов обработки почвы. Роль подготовки почвы в основном сводится к улучшению условий водного и минерального питания культур и устранению вредного влияния на них сорной, травянистой растительности. Однако положительное её влияние не беспредельно. В боровых и суборевых условиях оно продолжается до 15-20 лет (Рубцов, 1976). Таким образом, подготовка почвы — важный фактор ускорения роста культур в молодом возрасте. Кроме того, она выравнивает условия среды, в результате чего дифференциация деревьев в первые годы значительно снижается. Общая площадь песчаных земель Воронежской области достигает 170 тыс. га, куда входят собственно пески с неразвивавшимися или недостаточно развивавшимися почвами и песчаные почвы. Песчаные почвы занимают 70 тыс. га или 41%. Они приурочены к бассейнам рек и главным образом рек Дона, Хопра с притоками (Бурдаев, 1953). Характерная особенностей лесорастительных условий песчаных площадей лесостепи — это повышенная сухость почвогрунтов. Все пески являются почвами атмосферного увлажнения. Издавна существовавшее представление о рыхлости песков и развивавшихся на них почвах приводила к ненужности глубокой обработки. Подготовка почвы сводилась к уничтожению естественной растительности как основного конкурента лесных культур в борьбе за влагу. Глубина вспашки при культуре сосны на Дону в дореволюционное время не превышала 5 вершков (22,2 см)(Гуман, 1913). Первая попытка выяснить значение рыхления на накопление и сохранение влаги и приживаемости сосновых сеянцев была сделана А. Колесовым (1891). Результаты его опытов сводятся к следующим выводам: 1.
Приживаемость сеянцев сосны зависит главным образом от состояния влажности почвы. 2. Влажность поверхностного слоя песка до 18 см в наиболее сухое время года (август) в среднем на 4,4% была выше на взрыхлённых песках по сравнению с заросшими. 3. Приживаемость сеянцев сосны на взрыхлённых песках была значительно выше, чем на заросших. А.П. Тольский (1928), на основе проведённых исследований в Бузулукском бору, высказывался за мелкую (10-12 см) вспашку почвы, так как углубление вспашки до 20-22 см не улучшило рост культур сосны в течение 14 лет. С ним согласился (для условий Бузулукского бора) В.Т. Нестеров (1949). В. А Дубянский (1949) также пришёл к заключению, что на мелкогумусированных серых песках, имеющих рыхлое строение, вспашка должна быть неглубокой (около 15-20 см), так как её роль ограничивается уничтожением травяного покрова. На уплотнённом, более гумусированном песке глубина вспашки должна быть большой (до 20-25 см), чтобы привести почву в рыхлое состояние. В.А. Бодров (1951) рекомендовал примерно такую же глубину вспашки на песчаных землях, лишь на тёмно-серых песках и супесях при наличии уплотнённого слоя предлагает увеличить её до 27-30 см. Однако большинство исследователей высказываются за глубокое рыхление песчаных почв (Виноградов, 1958, 1963; Дрюченко, 1963; Симоненко, 1966; Морозов, 1968; Топогрицкий, 1968; Иванов, 1969; Валюк, 1982; Гаель, 1999). Оно улучшает их корнепроницаемость, воздушный и питательный режимы, улучшает рост, повышает устойчивость и продуктивность сосновых насаждений. А.И. Новосельцева (1965) для боровых и суборевых условий ЦЧО рекомендует под культуры сосны производить глубокую культурную вспашку на 25-27 см с доуглублением, а в особо тяжёлых условиях песчаных почв (особенно в сухих типах условий местопроизрастания) для улучшения приживаемости и роста культур — глубокую плантажную вспашку на 50-60 см. Глубокая обработка нашла также положительную оценку и у классиков отечественной науки (Тимирязев, 1948; Морозов, 1950; Менделеев, 1954).
Опыт и практика создания лесных культур свидетельствует о необходимости дифференцированного подхода к определению глубины рыхления (Миронов, 1970; Годнее, 1971; Зязь, 1990).
Рельеф и почвы
Усманский бор расположен в южной части сравнительно молодой в геологическом отношении Окско-Донской низменности, раскинувшись по левобережным надпойменным террасам рек Воронеж и Усманки.
Левый берег реки Воронеж отделён от правобережья широкой поймой со старицами и заболоченными участками. Абсолютная отметка зеркала воды реки Воронеж примерно 90 м, реки Усманки - выше на 3-4 м. Высота поймы реки Воронеж находится на отметках 92-93 м, а поймы реки Усманки имеет превышение над рекой Воронеж в 2-4 м. На пойме наблюдаются небольшие песчаные валы с высотными отметками равными первой надпойменной террасе. Это могут быть останки прирусловых валов, уцелевшие от размыва при формировании поймы, а также останцы первой террасы. Они имеют место только на пойме реки Воронеж. Форма их вытянута в широтном направлении, часто они имеют и округлые дюнообразные очертания.
Первая надпойменная терраса реки Воронеж и реки Усманки имеет высоту от 4 до 10 м (в абсолютных отметках 94-100 м). Ширина её в долине реки Воронеж варьирует от 3 км на севере до 1,0-1,5 км в южной части, а в долине реки Усманки - от 0,8 до 0,2 км. Поверхность террасы реки Воронеж неровная, холмистая, на ней нередко наблюдаются останцы второй террасы значительных размеров (от 400 до 800 м в длину и от 150 до 200 м в ширину), которые могут свидетельствовать о водной эрозии мигрирующего к западу водного потока. Ориентированы они своими длинными осями в основном меридиально, но имеются останцы причудливой формы с широтной ориентацией. Последние, по-видимому, были подвержены деформации до поселения на них древесно-кустарниковой и травянистой растительности, которая позднее закрепила пески. Вторая надпойменная терраса имеет высоту 18-20 м, иногда 25 м над уровнем реки. Характеризуется она также неровным, а местами бугристым рельефом (Проект организации и развития лесного хозяйства Учебно-опытного лесхоза ВГЛТА, 1994,1995).
Образовались эти террасы в верхнечетвертичное время в калининскую (вюрмскую) ледниковую эпоху при углублении и разработке современных долин, заполнение их аллювиально-деллювиальными отложениями. Вторая надпойменная терраса, составляющая первую свиту этих отложений, сложена песками с прослойками глин и суглинков пойменного типа в верхней части. Следующую свиту аллювиальных осадков составляют породы первой надпойменной террасы. Сложена она кварцевыми песками и прослеживаются они не везде, так как была сильно разрушена при формировании обширной поймы. Последнюю свиту четвертичных отложений составляет широкая пойма реки Воронеж, сложенная внизу кварцевыми слоистыми песками, а вверху - тёмно-цветными глинами, иногда с погребёнными почвами или торфяными накоплениями (Одноралов, 1993).
Пески, слагающие надпойменные террасы, по окраске неоднородные: встречаются светло-жёлтые, жёлтые, желтовато-серые и жёлто-бурые, местами слоисто-пятнисто-окрашенные гидроокислами железа. В последние двадцатилетия к этим окраскам в результате подпора грунтового потока Воронежским водохранилищем прибавились белёсые и сизые тона. По гранулометрическому составу пески рыхлые, причём в пределах первой террасы наибольшей рыхлостью обладают породы, слагающие останцы террас, и там, где отложения второй террасы перекрывают тыловой шов первой.
Малое содержание в породах глинистой составляющей обусловило низкую обеспеченность их полуторными окислами железа и алюминия. Очень мало содержится и остальных элементов, кроме окиси кремния. Тем не менее, на территории левобережных террас выявлено большое разнообразие лесных почв, объясняющееся тем, что поверхность данного типа местности имеет очень сложный рельеф: ровный, наклонный, волнистый, холмистый, бугристый, дюнный, западинный, оказывающий определённое влияние на литологию почвообразующих пород, а также на гидрологические и гидрогеологические условия.
Из проведённых почвенных обследований следует отметить описание почв, произведённое А. Ростовцевым (1907), СВ. Волковым (1952).
Почвы южной части Усманского бора (Левобережное лесничество ВГЛТА) были детально исследованы в ходе 2 Воронежской экспедиции, выполненной Воронежлеспроектом (1995). Наибольшее распространение получили серые лесные почвы.
Объём выполненных работ
В результате наших исследований было заложено 32 пробные площади, взято 135 модельных деревьев. Собранные данные подвергались проверке в отношении точности и достоверности выводов. При обработке данных использовались методы статистического анализа. Выполнено 28 статистических анализов. Оценка значимости различий осуществлялась по Б.А. Доспехову (1985). Обработка почвы является одним из основных средств повышения продуктивности и устойчивости насаждений, особенно велика её роль на песках. Территория Усманского бора на 80 % представлена песчаными и супесчаными почвами (Волков, 1952,1956). Поэтому нами были изучены различные способы обработки песчаных почв в Усманском бору: бороздная, площадками и сплошная (Филиппова, 2003,2005). Все опытные культуры находятся в квартале 106 Левобережного лесничества Учебно-опытного лесхоза ВГЛТА. Тип лесорастительных условий -Аг. Почва — светло-серая лесная на древнеаллювиальных песках. В 1958 году А.И. Барановым были заложены культуры сосны с различной глубиной бороздной обработки почвы на площади 1,7 га. Их глубина составила 10, 20,40 см. Но мы остановились на 2 крайних вариантах глубины борозд 10 и 40 см. Посадка осуществлялась вручную весной под меч Колесова двухлетними сеянцами сосны. Размещение посадочных мест- 1,5x0,7 м. Культуры площадками созданы в 1948 году (Л. А. Паленко) ив 1951 году. Первые — площадки сосны с размещением 5x5 м, размером 2,5x2,5 м, вторые -чередование ряда площадок сосны с рядом площадок берёзы. Размер площадок -1,25x1,25 м, размещение — 2,5x2,5 м. В обоих случаях первоначальное количество растений в площадках 25 шт. Культуры сосны со сплошной обработкой почвы созданы в 1951 году. Размещение посадочных мест — 1,5x0,7 м.
Возраст культур 53 года. В 2003-2004 гг. нами на пробных площадях был произведён сплошной перечёт деревьев, подобрано и срублено по 3 модельных дерева. В результате обработки полевого материала были установлены средний диаметр, средняя высота и сохранность на каждой делянке (табл.2,3,4) На основе анализа модельных деревьев были построены графики хода роста по высоте и диаметру, график текущего прироста по высоте культур сосны в каждом из вариантов обработки почвы (рис. 1-6,9-11). Проводилась статистическая обработка данных. Сопоставив данные (табл.2), отмечаем, что различие по диаметру при бороздной обработке на разную глубину незначительное. Диаметр колеблется от 13,1 (глубина 10 см) до 13,7 см (глубина 40 см) Средняя высота несколько больше у культур сосны при обработке на глубину 10 см (17,0 м). Сохранность культур в возрасте 47 лет различна. При глубине борозд на 10 см этот показатель составил 41,5 %, а при 40 см — 38,0 %. Из графика хода роста по высоте (рис.1) видно, что в первые 20 лет культуры сосны росли и развивались незначительно различаясь, так как в эти годы происходит адаптация к новым условиям произрастания.
В 25 лет их ход роста по высоте одинаков, а после 25 лет - более энергичный темп роста по высоте у культур при глубине борозд 10 см. На графике текущего прироста по высоте (рис.2) прослеживается зависимость прироста от глубины борозд в первые 19 лет. Начиная с 1976 г. наибольший прирост по высоте наблюдается у культур при глубине борозд 10 см. Преимущество в темпе роста по диаметру, судя по графику (рис.3), имеют культуры сосны при обработке почвы бороздами на глубину 40 см. В площадках большего размера (2,5x2,5 м) сохранность - 18,2 %, в площадках меньшего размера (1,25x1,25 м) — 23,4 % (табл.3). Наибольший диаметр (15,1 см) и высота (15,8 м) у культур сосны в площадках размером 2,5x2,5 м.
Экономическая эффективность подбора оптимальной густоты создания сосны
В условиях свежего бора в 30 лет хорошие показатели по запасу имеют культуры сосны с густотой 2,5-20 тыс. шт./га с прямоугольным размещением, то есть соответственно при 2,7x1,5 м — 150 м /га; при 1,5x1,35 м — 174 м /га; при 1,5x0,7 м - 133 м3/га; при 1,5x0,33м - 152 м3/га. Редкие культуры сосны высаживают для получения древесины за короткий период без дополнительных рубок ухода. При создании густых культур (10-20 тыс. шт./га) возможно промежуточное пользование мелкотоварной древесины от рубок ухода и в качестве новогодних ёлок. Причём в культурах с густотой 20 тыс. шт./га необходимо проводить более интенсивные рубки ухода до 50 % с 15 лет. По каждому из данных вариантов густоты и размещения нами представлена расчётно-технологическая карта на их создание (табл.8), подсчитаны затраты труда, тракторо-смен, материалов и денежных средств (табл.9) и в конечном итоге выведена себестоимость создания (табл.10). » Оптимальная густота для А2 в Усманском бору составляет 5-10 тыс. сеянцев на 1 га, что позволит сформировать устойчивые, высокопродуктивные сосняки (Волков, 1961; Рубцов, 1964; Сухов, 1993; Журихин, 1995). Из таблицы 10 видно, что меньшая себестоимость создания (13376,94 руб.) отмечается у культур сосны густотой 10 тыс. шт./га. і С учётом того, что и затраты при этом вдвое меньше, чем при создании культур густотой 5 тыс. шт./га, можно рекомендовать именно 10 тыс. шт./га при создании культур. Изучением связей фенотипических признаков и показателей культур сосны занимались многие исследователи, но относятся эти данные к самим насаждениям или деревьям и недостаточно сведений о их проявлении у потомств при семенном размножении (Гаврись, 1938; Пихельгас, 1973, 1975; Гиргидов, 1976; Черепнин, 1980; Чернодубов, 1998). Однако фенотипический отбор не всегда является эффективным. Поэтому рекомендуют проводить сравнительные испытания культур в разных лесорастительных условиях с учетом лесотипологического и популяционного происхождения материнских деревьев (Кулагин, 1939; Вересин, 1946, 1949, 1960, 1972; Носков, 1952,1953, 1954, 1959;Каппер, 1953; Ильин, 1953; Поджарова, 1971, 1978; Семёнов, 1987). Следовательно, лесотипологическое происхождение семян имеет большое лесокультурное значение.
С целью изучения влияния типов лесорастительных условий при различном размещении нами в 2004 году были проведены исследования в лесотипологических культурах сосны Левобережного лесничества Учебно-опытного лесхоза ВГЛТА, квартал 86, которые закладывались В.И. Носковым (под руководством М.М. Вересина). Тип лесорастительных условий — суборь простая свежая (В2). Почва -светло-серая лесная на древнеаллювиальных песках. Грунтовые воды залегают на глубине 2,5 м. Общая площадь участка — 2,6 га. Участок под опытные посевы сосны представлял собой необлесившуюся лесосеку рубки 1941 года. Подготовка участка под закультивирование осуществлялась осенью 1950 года. Вырубалась поросль, производилась частичная (площадками) подготовка почвы. Верхний слой дернины снимался на глубину 10 15 см и раскладывался по сторонам площадок. Почва штыковалась лопатой на глубину 15-20 см. Посев семян сосны из разных типов леса от разных семенников и разных (секций и ярусов) кроны в площадки производился в апреле 1951 года. Перед посевом почва на площадках подновлялась граблями на глубину 5-7 см. Посев был сделан гнездовым способом в лунки, приготовленные ручным пяти-зубчатым маркером-дощечкой, который позволяет соблюдать одинаковую глубину заделки семян 1,5 см, одинаковую площадь лунки, равную 20 см . Уплотнение почвы выступом маркера будет способствовать лучшему подсасыванию влаги по капиллярам к семенам.
Семена заделывались свежей почвой, и сверху мульчировались опилками слоем в 1-1,5 см. Мульча из опилок предохраняет почву от иссушения и создаёт наилучшие условия для прорастания семян. В каждую площадку высевали по 100 штук семян (5 лунок по 20 шт. семян). Размер площадок - 1x1 м. Размещение их (между центрами) в ряду -2 м; между рядами - 2,5 м (северная серия секций) и 5,0 м (южная серия секций). В последнем случае такое размещение получилось вследствие выпадения рядов площадок дуба, заложенных весной 1950 года. В каждом типе леса отдельно по каждой секции (северной и южной) были заложены пробные площади. На них проводился сплошной перечёт деревьев, подбиралось и срубалось по 5 модельных деревьев. Проведена математическая обработка методом дисперсионного анализа (одно- и двухфакторного). Были установлены: сохранность, средний диаметр, средняя высота и запас в каждом из вариантов (табл.11), построены графики хода роста по высоте и диаметру, график текущего прироста по высоте (рис.23-28).
