Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы 12
Выводы 43
Глава 2. Программа, методика и объекты исследований 47
2.1. Природные условия района исследований 48
2.2. Методы исследований 58
Глава 3. Живой напочвенный покров сплошных вырубок 71
3.1. Зонально-типологические особенности живого напочвенного покрова вырубок 74
3.1.1. Подзона южной тайги 74
3.1.2. Предлесостепь и северная лесостепь 78
3.2. Биоморфология травянистых растений 83
3.2.1. Вегетативно-неподвижные растения 85
3.2.2. Вегетативно малоподвижные растения 87
3.2.3. Вегетативно-подвижные растения 94
3.3. Ценотическая роль растений различных жизненных форм 100
3.4. Сезонное развитие травяного покрова 108
3.5. Хозяйственная ценность растений живого напочвенного покрова 115
3.6. Классификация растений по уровням требуемой охраны и допустимого сокращения их обилия при лесовосстановительных работах 125
Выводы 130
Глава 4. Огневой и механический способы регулирования травяно-кустарничкового покрова 133
4.1. Скашивание, покрытие светонепроницаемыми материалами 134
4.2. Выжигание лесной подстилки и живого напочвенного покрова 139
4.3. Подготовка плужных борозд и бульдозерных площадок 162
4.4. Подготовка плужных пластов и микроповышений 168
4.5. Дискование и фрезерование почвы 194
4.6. Корневые системы культур сосны в первые годы роста 197
Выводы 202
Глава 5. Химический способ регулирования живого напочвенного покрова 207
5.1. Поиск селективных гербицидов 207
5.2. Устойчивость к велпару сосны обыкновенной 219
5.3. Эффективность глифосата для ухода за культурами и естественным подростом кедра сибирского 227
5.4. Действие велпара и глифосата на многолетние травянистые растения 232
5.5. Эффективность гербицидов под пологом леса 251
5.6. Эффективность и селективность гранулированных гербицидов 253
5.7. Применение гербицидов для снижения пожароопасное лесокультурных участков 259
5.8. Гербициды как средство сохранения лесных фитоценозов 265
5.9. Повышение обилия хозяйственно ценных растений 277
Выводы 285
Глава 6. Выбор способов лесовосстановления 290
6.1 .Успешность восстановления хвойных пород в различных группах типов леса 290
6.2. Выбор способов лесовосстановления на вырубках 297
6.3. Лесовосстановление на гарях 299
6.4. Лесоводственная эффективность обработки почвы и агротехнических уходов 301
6.4.1. Обработка почвы под самосев хвойных пород 301
6.4.2. Обработка почвы под лесные культуры 305
6.4.3. Уход за лесными культурами 308
Выводы 314
Глава 7. Рекомендации по лесовосстановлению в южной тайге, предлесостепи и лесостепи Западной Сибири 316
7.1. Содействие естественному лесовозобновлению 316
7.2. Создание лесных культур 319
7.3. Экономическая эффективность рекомендаций 334
Заключение 336
Список использованных источников 341
Приложение
- Ценотическая роль растений различных жизненных форм
- Классификация растений по уровням требуемой охраны и допустимого сокращения их обилия при лесовосстановительных работах
- Выжигание лесной подстилки и живого напочвенного покрова
- Эффективность глифосата для ухода за культурами и естественным подростом кедра сибирского
Введение к работе
Актуальность проблемы. Сохранение и восстановление хвойных лесов с присущим им биоразнообразием является глобальной проблемой и важнейшей задачей отечественного лесоводства. Концепцией развития лесного хозяйства Российской Федерации на 2003-2010 годы уделяется особое внимание разработке интенсивных методов искусственного лесовосстанов-ления, радикального совершенствования способов содействия естественному возобновлению хвойных пород с ориентацией на малозатратные и ресурсосберегающие технологии.
В Западной Сибири ежегодно лесовосстановление осуществляется на площади более 200 тыс. га. Однако его эффективность невелика вследствие слабой биоэкологической обоснованности способов обработки почвы и агротехнического ухода за самосевом и культурами хвойных пород, частой гибели их от весенних пожаров. Значительные средства нерационально тратятся на создание дорогостоящих лесных культур в типах леса, где проведением несложных мер содействия можно обеспечить естественное возобновление хвойных пород. С другой стороны, существуют необоснованные рекомендации содействия естественному лесовозобновлению в лесорастительных условиях, где оно не дает положительных результатов. Наибольшие затруднения в лесовосстановлении наблюдаются на сплошных вырубках в южной тайге, предлесостепи и лесостепи. В этих подзонах после рубки быстро развивается травяной покров, угнетающий самосев и культуры хвойных пород и резко увеличивающий пожарную опасность в засушливый весенний период.
Несмотря на непреходящую остроту проблемы ограничения при лесовосстановлении конкурентной травяной растительности, особенности ее развития на сплошных вырубках и гарях в условиях юга Западной Сибири, закономерности восстановления при механических, огневом и химическом способах ограничения изучены недостаточно. Поэтому разработка методов регулирования травяной растительности, обеспечивающих высокую эффективность естественного и искусственного лесовосстановления и в то же время сохранение природного биоразнообразия лесных фитоценозов, представляет актуальную научную и лесохозяйственную проблему.
Цель и задачи исследований. Основная цель работы: заключалась в разработке эффективных способов содействия естественному возобновлению и создания культур хвойных пород на основе совершенствования методов
регулирования фитомассы и видового состава живого напочвенного покрова в условиях сплошных вырубок южной части Западной Сибири.
В соответствии с поставленной целью в программу исследований включены следующие задачи:
изучить и на основе собственных и литературных данных обобщить зонально-лесотипологические особенности структуры и сезонной динамики живого напочвенного покрова сплошных вырубок в лесах южной тайги, предлесостепи и северной лесостепи Западной Сибири;
изучить видовой и биоморфологический состав, закономерности естественного вегетативного возобновления и размножения травянистых растений различных экобиоморф на сплошных вырубках;
изучить и оценить влияние современных способов механической обработки почвы, пожаров и выжиганий напочвенного покрова, а также агротехнических уходов за лесными культурами на процесс вегетативного возобновления и размножения различных биоморфологических групп растений; обосновать лесоводственно наиболее эффективные способы обработки почвы под лесные культуры и самосев хвойных пород;
- провести поиск, испытание и отбор наиболее селективных и экологи
чески безопасных гербицидов для химической подготовки почвы, лесокуль-
турного ухода и содействия естественному возобновлению сосны обыкно
венной, ели сибирской и кедра сибирского; определить факторы, влияющие
на эффективность и селективность перспективных гербицидов, разработать
регламенты их применения;
- дифференцировать на лесотипологической основе выбор оптимальных
способов естественного и искусственного лесовосстановления;
- разработать лесоводственно и экологически обоснованные способы
механического и химического регулирования живого напочвенного покрова
на сплошных вырубках в сосновых лесах южной части Западной Сибири при
обработке почвы и агротехническом уходе за самосевом и культурами хвой
ных пород;
Конечная задача работы состояла в разработке на основе оптимального сочетания различных методов регулирования конкурентной растительности эффективных технологических схем воспроизводства главных пород и сохранения природного биоразнообразия лесных фитоценозов. Защищаемые положения (предмет защиты): 1. Новые методы изучения пространственного размещения подземных органов травянистых растений и определения их потенциальной веге-
тативной репродуктивной способности за счет запасенных в них пластических веществ.
Особенности видового, биоморфологического состава и сезонного развития фитоценозов сплошных вырубок в преобладающих типах сосновых лесов в южной части Западной Сибири.
Закономерности размещения подземных органов вегетативного возобновления и размножения лесных растений в ненарушенной почве под пологом леса и на сплошных вырубках.
Морфо-биологические закономерности реакций подземных органов вегетативного возобновления и размножения лесных растений на огневую и плужную обработку почвы. Классификации травянистых и кус-тарничковых растений по сохранности при плужной обработке почвы и пожароустойчивости.
Параметры дифференциальной устойчивости к гербицидам (велпар, производные глифосата) самосева и культур сосны обыкновенной, ели сибирской, кедра сибирского, лиственницы сибирской и растений тра-вяно-кустарничкового покрова.
Методологические схемы (алгоритмы) определения способа лесовос-становления и назначения лесовосстановительных мероприятий на сплошных вырубках и гарях.
Системы регулирования живого напочвенного покрова сплошных вырубок в целях содействия естественному возобновлению и создания лесных культур хвойных пород в различных типах условий местопроизрастания.
Научная новизна. В итоге исследований получены следующие новые научные результаты:
Разработаны и апробированы два новых метода - метод фиксации в монолитах почвы и изучения стратиграфии корней и корневищ растений; метод определения репродуктивного потенциала подземных органов трав за счет запасенных в них пластических веществ.
На примере наиболее распространенных типов сосновых и березовых лесов южной тайги, предлесостепи и лесостепи Западной Сибири впервые детально изучены видовой и биоморфологический состав фитоценозов сплошных вырубок и гарей. В зависимости от конкурентоспособности по отношению к самосеву и культурам хвойных пород, ценотической роли, хозяйственной ценности и допустимого уровня снижения их обилия предложено условное подразделение растений на 4 группы - "сорняки", "регулируемые доминанты", "индифферентное разнотравье", "охраняемые виды".
В сезонном развитии травяно-кустарничкового покрова сплошных вырубок выделены ранневесенний, весенний, раннелетний, среднелетний, позд-нелетний и осенний периоды, различающиеся по высоте, сомкнутости и фенологическому состоянию растений, влиянию их на самосев и культуры древесных пород, устойчивости трав к скашиванию и гербицидам.
Впервые изучены основные параметры органов вегетативного возобновления и размножения 52 видов растений различных биоморф (размеры, годичный прирост, размещение в почве), необходимые для оценки их конкурентной роли и разработки способов ограничения последней. Установлено, что 80-94% органов вегетативного возобновления лесных трав и кустарничков расположены в верхнем 4-сантиметровом слое минерального горизонта почвы и для их устранения достаточно срезание верхнего 8-10-сантиметрового слоя этого горизонта. Для подавления вейника наземного, иван-чая и орляка обыкновенного необходима обработка почвы на глубину 10-15 см.
Экспериментально изучено влияние интенсивных низовых пожаров на сохранность и способы вегетативного возобновления и размножения 88 видов травянистых растений и кустарничков. Показано, что 64% их относятся к пожароустойчивым, 20% - к временно-подавляемым, и только 16 % - к пожа-ронеустойчивым. Выдвинута гипотеза о том, что классификация жизненных форм К. Раункиера во многом отражает различную степень адаптации растений к пожарам. Установлено, что пожароустойчивость растений увеличивается на открытых местообитаниях и снижается под пологом леса по мере накопления лесной подстилки.
Впервые изучены закономерности влияния подготовки почвы лесными двухотвальными плугами на вегетативное возобновление и размножение растений различных биоморф. Установлено, что она удовлетворительно подавляет развитие плотнокустовых, корнеклубневых, стержнекорневых, кисте-корневых, надземно-ползучих и корнеподстилочных растений, но малоэффективна по отношению к длиннокорневищным, корнеотпрысковым и большей части короткокорневищных видов. Показано, что плужная обработка почвы наиболее эффективна в первый год после рубки, пока травы недостаточно развиты, а неразложившаяся подстилка под перевернутыми пластами препятствует капиллярному подъему влаги снизу в пласт.
Для оценки избирательности действия гербицидов к культивируемым и конкурентным растениям предложена оригинальная формула расчета индекса их селективности. Исследованы факторы, определяющие устойчивость самосева, саженцев хвойных пород и многолетних трав и кустарничков к велпару и производным глифосата. Показано, что высокая устойчивость некоторых травянистых и кустарничковых растений к определенным гербицидам предполагает возможность повышения их участия в лесных сообществах химическим способом.
Разработаны классификации пожароустойчивости и сохранности растений при плужной обработке почвы, чувствительности их к велпару и производным глифосата, хозяйственной ценности и уровням необходимой охраны.
Предложены и экспериментально обоснованы системы регулирования живого напочвенного покрова на сплошных вырубках для обеспечения искусственного и естественного лесовозобновления с сохранением биоразнообразия коренных лесных фитоценозов.
Обоснованность и достоверность. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов базируется на обширном материале экспериментов и наблюдений в лесах трех подзон Западной Сибири, собранном с использованием научно-обоснованных методик в процессе 32-летних комплексных исследований в полевых и производственных опытах на стационарных объектах с длительным сроком наблюдений при создании лесных культур и содействии естественному возобновлению хвойных пород. Результаты экспериментов обработаны общепринятыми методами математической статистики с определением точности и достоверности полученных данных при уровне вероятности не менее 95 %. Достоверность научных положений обеспечивается адекватной оценкой результатов опытно-производственной проверки разработанных нормативно-методических документов и достаточной продолжительностью их производственного применения в лесном хозяйстве.
Практическая значимость и внедрение результатов. Разработанные и обоснованные с позиций лесоводственной эффективности и сохранения биоразнообразия способы и технологии регулирования живого напочвенного
покрова при лесовосстановительных работах при широком применении на практике позволяют решить важную лесохозяиственную и природоохранную проблему восстановления высокопродуктивных коренных хвойных фитоце-нозов в Западной Сибири.
Результаты исследований автора вошли в следующие практические рекомендации и нормативные документы:
Указания по применению гардоприма, префикса и касорона на лесо-хозяйственных объектах. - Л., 1982. - 12 с.
Применение гербицидов в лесных питомниках Западной Сибири (методические рекомендации). - Л.: изд. ЛенНИИЛХ, 1982. - 62 с.
Применение гербицидов в лесных культурах Западной Сибири // Практические рекомендации. Утверждены Минлесхозом РСФСР19.01.1983 г. -Л.,1983.-24с.
Инструкция по применению гербицидов в лесных культурах.-Л., 1985.-44 с.
- Руководство по проведению лесовосстановительных работ в лесах За
падной Сибири. Утверждено Минлесхозом РСФСР 2.12.1983 г.- М., 1985. -
120 с.
Рекомендации по выращиванию посадочного материала и культур кедра в Западной Сибири. Изд. ВНИИЛМ., М., 1985. - 34 с.
Рекомендации по содействию естественному возобновлению хвойных пород в равнинных лесах Тюменской области. Утверждены комитетом по лесу Тюменской области 15.04.1999 г., Тюмень: Изд. ТГУ, 1999. - 64 с.
Руководство по проведению лесовосстановительных работ в лесном фонде Западной Сибири. - 2003 (находится на утверждении в Министерстве природных ресурсов).
В 2000-2003 гг. ежегодный объем внедрения содействия естественному лесовозобновлению и создания культур с использованием разработок автора в лесном хозяйстве Тюменской, Омской, Новосибирской, Томской областей и Алтайского края составлял от 9 до 17 тыс.га.
Личный вклад. Работа выполнялась на Тюменской лесной опытной станции Всероссийского научно-исследовательского института лесоводства и механизации лесного хозяйства в течение 32 лет. За этот период автор участ-
вовал в выполнении 5 государственных научно-исследовательских программ в качестве научного руководителя работ, предусмотренных этими программами для Западной Сибири: "Усовершенствование химического метода ухода за культурами сосны на основе применения новых препаратов хлортиами-да и дихлобенила" (1971-1975), "Разработать нормативы и технологические схемы применения новых гербицидов и арборицидов при проведении ухода в питомниках, на лесокультурных площадях, при реконструкции древостоев и уходе за молодняками; изучить прямое и косвенное влияние гербицидов и арборицидов на лесные биогеоценозы" (1976-1980, № ГР 76075081), "Разработать мероприятия, увеличивающие эффективность и безопасность применения гербицидов и арборицидов в лесном хозяйстве с использованием средств механизации" (1981-1982, № ГР 81041260), "Разработать зональные технологии и средства механизации для создания лесных культур и лесово-дственных уходов за ними на вырубках со свежими и влажными почвами с использованием саженцев с открытой корневой системой" (1983-1985, № ГР 01820073502), "Разработка лесоводственных мероприятий и эколого-лесоводственных требований к лесопользованию и ведению хозяйства, обеспечивающих сохранение, восстановление и целевое преобразование лесных экосистем" (1996-2000, № П> 02200102770).
Все исследования, приведенные в диссертации, проведены лично ее автором или под его руководством. Им обоснована постановка проблемы, разработаны ее программа и методики, выполнен сбор, обработка, анализ, интерпретация и обобщение материалов полевых исследований, подготовлены практические рекомендации.
Апробация работы. Основные результаты исследований и теоретические положения докладывались и получили положительную оценку на следующих совещаниях и конференциях:
"II и VII научно-технические конференции ученых и специалистов Тюмени" (Тюмень, 1968, 1973), Конференция "Проблемы выращивания кедра сибирского в питомниках и культурах" (Свердловск, 1978), "О деятель-ности НИИ проектных институтов и вузов по разработке новых прогрессивных технологических решений и их внедрения в производство" (Тюмень, 1979),
Всесоюзная конференция "Современное состояние и перспективы применения химических средств при уходе за лесом" (Псков, 1982), Научно-производственная конференция "Некоторые проблемы повышения эффективности сельскохозяйственного производства" (Тюмень, 1984), "Разработка научных основ и технологии создания лесных культур на основе селекции и комплексной механизации работ" (Брянск, 1985), Всесоюзное научно-техническое совещание "Пути повышения эффективности и экологической безопасности химического ухода за лесом" (Псков, 1985), Областная научно-практическая конференция "Поиск и творчество молодых - реализации продовольственной программы" (Тюмень, 1985), Всесоюзная конференция "Прогресс и безопасность" (Тюмень, 1990), Конференция "Природные, промышленные и интеллектуальные ресурсы Тюменской области" (Тюмень, 1997), Международная конференция "Безопасность жизнедеятельности в Сибири и на Крайнем Севере" (Тюмень, 1997), Научно-техническая конференция "Уралэкология-Техноген 2000" (Екатеринбург, 2000).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 56 работ общим объемом 43,6 печатных листов, в том числе одна монография (11,5 п.л.) и 8 рекомендаций (15,7 п.л.). В большинстве публикаций с соавторами личный вклад диссертанта является основным.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, списка литературы и 7 приложений. Она изложена на 391 странице, включает 85 таблиц, 50 рисунков и список литературы из 462 наименований, в том числе 35 на иностранных языках.
Автор глубоко признателен за помощь в работе над диссертацией доктору биологических наук, профессору С.Н.Санникову.
Ценотическая роль растений различных жизненных форм
Работа выполнялась на Тюменской лесной опытной станции Всероссийского научно-исследовательского института лесоводства и механизации лесного хозяйства в течение 32 лет. За этот период автор участвовал в выполнении 5 государственных научно-исследовательских программ в качестве научного руководителя работ, предусмотренных этими программами для Западной Сибири: "Усовершенствование химического метода ухода за культурами сосны на основе применения новых препаратов хлортиами-да и дихлобенила" (1971-1975), "Разработать нормативы и технологические схемы применения новых гербицидов и арборицидов при проведении ухода в питомниках, на лесокультурных площадях, при реконструкции древостоев и уходе за молодняками; изучить прямое и косвенное влияние гербицидов и арборицидов на лесные биогеоценозы" (1976-1980, № ГР 76075081), "Разработать мероприятия, увеличивающие эффективность и безопасность применения гербицидов и арборицидов в лесном хозяйстве с использованием средств механизации" (1981-1982, № ГР 81041260), "Разработать зональные технологии и средства механизации для создания лесных культур и лесово-дственных уходов за ними на вырубках со свежими и влажными почвами с использованием саженцев с открытой корневой системой" (1983-1985, № ГР 01820073502), "Разработка лесоводственных мероприятий и эколого-лесоводственных требований к лесопользованию и ведению хозяйства, обеспечивающих сохранение, восстановление и целевое преобразование лесных экосистем" (1996-2000, № П 02200102770).
Все исследования, приведенные в диссертации, проведены лично ее автором или под его руководством. Им обоснована постановка проблемы, разработаны ее программа и методики, выполнен сбор, обработка, анализ, интерпретация и обобщение материалов полевых исследований, подготовлены практические рекомендации.
Апробация работы. Основные результаты исследований и теоретические положения докладывались и получили положительную оценку на следующих совещаниях и конференциях: "II и VII научно-технические конференции ученых и специалистов Тюмени" (Тюмень, 1968, 1973), Конференция "Проблемы выращивания кедра сибирского в питомниках и культурах" (Свердловск, 1978), "О деятель-ности НИИ проектных институтов и вузов по разработке новых прогрессивных технологических решений и их внедрения в производство" (Тюмень, 1979),
Всесоюзная конференция "Современное состояние и перспективы применения химических средств при уходе за лесом" (Псков, 1982), Научно-производственная конференция "Некоторые проблемы повышения эффективности сельскохозяйственного производства" (Тюмень, 1984), "Разработка научных основ и технологии создания лесных культур на основе селекции и комплексной механизации работ" (Брянск, 1985), Всесоюзное научно-техническое совещание "Пути повышения эффективности и экологической безопасности химического ухода за лесом" (Псков, 1985), Областная научно-практическая конференция "Поиск и творчество молодых - реализации продовольственной программы" (Тюмень, 1985), Всесоюзная конференция "Прогресс и безопасность" (Тюмень, 1990), Конференция "Природные, промышленные и интеллектуальные ресурсы Тюменской области" (Тюмень, 1997), Международная конференция "Безопасность жизнедеятельности в Сибири и на Крайнем Севере" (Тюмень, 1997), Научно-техническая конференция "Уралэкология-Техноген 2000" (Екатеринбург, 2000).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 56 работ общим объемом 43,6 печатных листов, в том числе одна монография (11,5 п.л.) и 8 рекомендаций (15,7 п.л.). В большинстве публикаций с соавторами личный вклад диссертанта является основным. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, списка литературы и 7 приложений. Она изложена на 391 странице, включает 85 таблиц, 50 рисунков и список литературы из 462 наименований, в том числе 35 на иностранных языках. Автор глубоко признателен за помощь в работе над диссертацией доктору биологических наук, профессору С.Н.Санникову.
Эффективность лесовосстановления. Абсолютное преобладание в лесной зоне России сплошных рубок главного пользования, чрезвычайно усложняющих естественное лесовосстановление, недостаточная обеспеченность лесохозяйственных предприятий мощными тракторами, орудиями и механизмами, необходимыми для лесокультурного производства, удорожание энергоносителей и уменьшение финансирования лесовосстановления является причиной низкой эффективности лесовосстановительных работ в XX веке, сопровождалось повсеместным сокращениям площадей высокопродуктивных хвойных насаждений. По данным Г.И.Редько и К.А.Бабича (1944) в Архангельской области за период с 1914 по 1988 гг. площади с преобладанием сосны сократились на 40 %. В Вологодской области территория, покрытая хвойными породами, уменьшились на 30 %, а на 63 % вырубок хвойные древостой сменились лиственными. В Удмурдской АССР смена пород проходила пропорционально интенсивности вырубки хвойных лесов: за 20 лет доля площади хвойных лесов снизилась на 23 % и на столько же увеличилась доля лиственных (Колданов, 1966).
Посев и посадка культур хвойных пород еще не гарантируют восстановление хвойных насаждений. По данным А.И.Калиниченко, А.И. Писаренко, Н.А..Смирновой (1991) из-за неудовлетворительных уходов в Российской Федерации к 10-летнему возрасту гибнет не менее 25 % создаваемых лесных культур. В Западной Сибири в районах, прилегающих к транссибирской железной дороге, за период с 1950 по 1965 г. в результате интенсивных сплошных рубок запасы хвойных сократились в три раза, площадь древостоев сосны уменьшилась на 15 %, а березы и осины увеличились на 13 %. В Припыш-минских борах в период с 1898 по 1950 гг. территории занятые сосной сократились на 42 % (Санников, 1961).Тенденция смены пород сохраняется и в настоящее время. Лиственные породы ежегодно возобновляются на площади 20 % в сосновых лесах: вырубок около 59 % молодняков сосны имеют значительную примесь березы, осины и без интенсивного ухода могут перейти в лиственное хозяйство.
Классификация растений по уровням требуемой охраны и допустимого сокращения их обилия при лесовосстановительных работах
Живой напочвенный покров является неотъемлемой частью лесных экосистем. Его регулирование должно быть направлено на корректировку негативных сукцессии, связанных со сплошной вырубкой древостоя и мешающих восстановлению коренных фитоценозов. Различная фитоценотическая значимость в условиях вырубок и хозяйственная ценность растений требует дифференцированного подхода в степени ограничения их развития при создании благоприятной среды для нового поколения древостоя. Бельковым В.П., Омельяненко А.Я., Мартыновым A.M. (1974) предложено подразделять лесные травянистые растения на две условные группы - "лесные сорняки" и "полезные растения". К лесным сорнякам отнесены луговик дернистый, ситник расходящийся, вейник наземный, вейник тростниковид-ный, полевица обыкновенная, вейник ланцентный, осока влагалищная, подмаренник мягкий, хвощ лесной, бодяк разнолистный, лютик ползучий, будра мохнатая, будра плющевидная, щавель туполистный, купырь лесной, бодяк огородный, дудник лесной. В качестве полезных, требующих мер сохранения, отмечены печеночница, дремлик широколистный, ландыш, грушанка круглолистная, вероника лекарственная, зверобой обыкновенный, медуница неясная, ветреница дубравная, щитовник игольчатый. Отмечая условность выделенных групп, авторы подчеркивают, что при решении вопроса о принадлежности того или иного растения к полезным, вредным или индифферентным (нейтральным) необходимо всесторонне учитывать положительные и отрицательные значения его применительно к конкретным условиям. Для промышленных лесных массивов допустимо считать, что главным критерием, определяющим отношение к отдельным компонентам живого напочвенного покрова, является их лесоводственное значение, а не возможность утилизации при побочном пользовании (Мелехов, 1972). В рекреационных лесах предпочтение может быть отдано растениям, определяющим "невесомые" полезности леса, допуская некоторое снижение продуктивности древостоя. С учетом региональных особенностей нами предложено выделить 4 группы растений живого напочвенного покрова по уровням охраны и допустимого сокращения их обилия при лесовосстановительных работах (табл. 3.8).
В группу "сорняки" объединены виды, для которых допустимо полное устранение на участках вырубок, предназначенных под лесовосстановление: карантинные и сельскохозяйственные сорняки, другие рудеральные широко распространенные растения. В силу высокой жизнеспособности и успешной возобновляемости на землях промышленного и сельскохозяйственного назначения, этим видам не грозит сокращение и исчезновение. Удаление их из лесных сообществ не уменьшит биоразнообразие региональной флоры, а наоборот оздоровит фитоценотические отношения в естественных сообществах и агроценозах. Вторую группу - "регулируемые доминанты" образуют конкурент-номощные растения с удельным проективным покрытием почвы в конкретных фитоценозах более 30 %, которые, обладая мощной корневой системой и превосходством в высоте по отношению к самосеву древесных пород, представляют значительное затруднение лесовосстановлению. Это преимущественно высокостебельные злаки (табл. 3.8). Условия вырубок являются оптимальным периодом существования их в филогенезе лесных сообществ. В период от рубки древостоя до смыкания молодяков они ограничивают разрастание других менее конкурентоспособных растений живого напочвенного покрова, препятствуют формированию полидоминантных сообществ. В случае недостаточной густоты новых древо-стоев эти виды могут в конечном итоге привести к обеднению видового разнообразия лесов. Радикальное подавление злаков благоприятно не только для семенного возобновления лесообразующих древесных пород, но и для увеличения обилия брусники, бобовых и других светолюбивых видов лесного разнотравья.
Но, имея густую ежегодно обновляемую корневую систему, злаки лучше перехватывают подвижные формы азота, фосфора, калия и быстрее других видов возвращают их в биологический круговорот веществ. Поэтому степень подавления доминантов вырубок определяется требованиями не только лесо-восстановления, но и необходимостью сохранения плодородия почвы. К группе "индифферентное разнотравье" отнесены виды, имеющие в условиях вырубок статус наполнителей или редких растений с неясной хозяйственной значимостью в условиях лесов сырьевого назначения. В биологическом отношении эта группа крайне неоднородна, имеет лишь одно общее качество - слабое конкурентное влияние на лесовосстановительные процессы. Из-за низкого обилия и слабых позиций в ценотической обстановке по-слерубочных сукцессии эти растения нуждаются по-существу в мерах содействия их расселению. Но неясная хозяйственная значимость не позволяет отнести их к группе "охраняемые виды". Для "индифферентного разнотравья" предложен второй уровень охраны, предполагающий, что при лесовосстановительных работах будут создаваться условия благоприятные для сохранения и уплотнения их популяций. В случаях механических и химических способов ограничения живого напочвенного покрова максимальный уровень сокращения каждого вида не должен превышать 40 % от общего количества растений этого вида на участке вырубки на момент проведения лесовосстановительных работ. Если на отдельных участках "индифферентный" вид достигает обилия господствующих растений и затрудняет лесовосстановление, на него распространяется допустимый уровень сокращения обилия, принятый для группы "регулируемые доминанты". В случаях, когда индифферентные растения приобретают особую значимость, их переводят в группу "охраняемые виды". К "охраняемым видам" относят наиболее ценные лесные растения, занесенные в Красную книгу или имеющие большое хозяйственное значение. Оптимум их развития должен совпадать с эдафическими и фитоценотиче-скими условиями типа леса, в котором планируется сохранение или практическое использование охраняемых видов. Суть охранных мероприятий состоит в применении таких технологий лесовосстановления, при которых обилие вида не только не уменьшается, а увеличивается.
Выжигание лесной подстилки и живого напочвенного покрова
Выжигание как способ подготовки лесных земель под сельскохозяйственные культуры известен с доисторических времен. В тридцатых годах огневая прополка применялась в США при уходе за плантациями лука и хлопчатника. Огневые культиваторы эффективно уничтожали всходы однолетних сорняков, но для подавления многолетников требовались многократные обработки (Крафтс, Роббинс, 1964).
В лесном хозяйстве из огневых способов подготовки почвы применялись сплошной пал, сжигание собранных в кучи или валы порубочных остатков на вырубке. Огонь оказывал основополагающееся влияние на возобновление естественных лесов (Тюрин, 1952; Ткаченко, 1952; Мелехов, 1948; Санников, 1961, 1992). Лесные пожары - это периодически постоянно действующий в лесах природный фактор. Многими исследователями изучено его лесообразующее значение и большое влияние на формирование современного облика таежного ландшафта (Мелехов, 1948; Тюрин, 1952; Корчагин, 1954; Uggla, 1960). Основы методов огневой очистки вырубок заложены М.Е.Ткаченко (1931, 1952). В настоящее время огонь как средство подготовки почвы при лесовосстановлении с осторожностью рекомендуется для типов леса, где сравнительно успешно проходит процесс естественного лесовозобновления по обожженной почве. На большинстве же лесокультурных площадей сжигание порубочных остатков рассматривается лишь как способ очистки вырубки перед последующей механической обработкой почвы. Огневой метод очистки вырубок от порубочных остатков подробно рассмотрен М.П.Албяковым (1959), который особенно большое внимание уделяет противопожарной профилактике вырубок, указывая, что гибель культур часто происходит из-за пожаров, возникающих на захламленных вырубках. Однако многие лесоводы высказываются против широкого использования огня в качестве средств подготовки вырубок под культуры, мотивируя свое отрицательное отношение неблагоприятными организационно-хозяйственными или экологическими последствиями.
Наиболее противоречива оценка влияния пожара на сохранение органического вещества и азотный режим почв, Н.Н.Степанов (1925), Н.П.Ремезов (1938) и др. подчеркивали, что под действием огня происходят большие трудно восстанавливаемые потери органического вещества и наиболее важного для леса элемента питания - азота. А.А.Казанский (1931) утверждал, что пожар задерживает последующую фиксацию атмосферного азота в почве. Однако исследованиями А.Т.Трутнева и В Н. Былинкиной (1951), З.Н.Арефьевой (1963) показано, что даже при сильном обжиге почвы потери органического вещества в лесной подстилке составляют 30-70 %. Происходящая при этом частичная стерилизация почвы вызывает бурное развитие полезной микрофлоры, в частности азотфиксаторов и нитрифицирующих бактерий (Сушкина, 1931; Творогова, 1959; .Хренова, 1963 и др.)
Исследованиями, выполненными В. П. Фирсовой (1960) и особенно З.Н.Арефьевой (1963), выявлено положительное влияние огня на лесную почву. По данным З.Н.Арефьевой, при сплошном пале и сгорании части лесной подстилки теряется от 30 до 50 % общего азота. Одновременно в почве резко увеличивается количество минеральных форм азота, особенно аммония. В последующем на вырубках, пройденных палом, в течение 3-4 лет нитрификация становится господствующим биохимическим процессом, что свидетельствует об общем улучшении комплекса лесорастительных свойств почвы. С.Н.Санников (1961, 1992) показал лучший рост сеянцев сосны на ог-невищах по сравнению с почвой, не затронутой огнем.
Эти и подобные им данные свидетельствуют о том, что строго регулируемый и контролируемый пал или сжигание собранных порубочных остатков на вырубках могут быть более широко использован в качестве средства содействия естественному и искусственному возобновлению главных древесных пород.
Результаты огневого воздействия на естественные растительные сообщества неоднозначны. Самые сильные степные пожары безопасны для вегетативно возобновляющихся травянистых растений (Федюнкин, 1953). Огневое повреждение надземных органов беглым палом во многом аналогично действию заморозков или стравливанию животными и при слабом тепловом воздействии на почву малоэффективно для подавления травянистых многолетников. Американские исследователи считали пожары верным союзником прерий. Густая и высокая трава иллинойской и висконсинской прерии, давала такую пищу пожарам, что там не могло расти ни одно дерево. Едва край был заселен и фермеры приняли меры против степных пожаров, дуб крупноплодный начал быстро заселять прерии и, образовав густые чащи, вытеснил степную растительность.
Лесные пожары, по сравнению со степными, оказывают более сильное влияние на травянистые растения. На участках, где лесная подстилка выгорает, травяной покров сильно изреживается, восстановление его может затягиваться на несколько лет и происходит обычно со сменой доминантов (Корчагин, 1954; Мелехов, 1948; Смирнов, 1963; Санников, 1968, Кулешова и др., 1979). Поскольку в естественных условиях лесная подстилка полностью выгорает крайне редко, разработан способ огневой регулируемой обработки почвы для содействия естественному возобновлению древесных видов с использованием специальных огневых камер (Санников, 1969). Сохранность травянистых растений после лесных пожаров зависит от глубины залегания почек возобновления, защиты почек туникой из ветоши, розеткой плотных живых или сухих листьев и числа почек возобновления. Но одним из основных факторов, определяющих послепожарное выживание растений, является глубина расположения почек возобновления в почве. В качестве критерия глубины наиболее вероятного повреждения почек при пожаре ориентировочно принята глубина в 2-3 см от поверхности почвы (Смирнов,1968,1969, 1970).
Эффективность глифосата для ухода за культурами и естественным подростом кедра сибирского
Кедр сибирский требователен к плодородию почвы и отличается на первых этапах онтогенеза очень медленным ростом в высоту (Лоскутов, 1971; Бех, 1974; Ларин, 1980; Крылов и др., 1983). Поэтому формирование насаждений орехопромыслового назначения из культур и естественного подроста кедра высотой менее 1 м, направленное на интенсивное развитие кроны и раннее плодоношение, предполагает большие затраты труда на подавление конкурентной травянистой и древесной растительности. Выполнение этих работ реально химическим способом, с помощью препаратов, обладающих как гербицидными, так и арборицидными свойствами. Поскольку велпар оказался токсичным для кедра, детальным испытаниям подвергнуты препараты на основе глифосата. Арборицидные свойства глифосата проверялись в культурах кедра высотой 0,2-0,4 м и 0,5-0,9 м. Высота поросли березы повислой колебалась от 1,5 до 1,8 м, а у осины - от 1,5 до 3,0 м. Обработки проводились в период активного роста (18-24 июня) и после окончания роста и одревеснения побегов текущего года - 7-12 августа. В первый год через каждые 10 дней определялось состояние обработанных растений. У березы и осины для 50-100 экземпляров по методу случайной выборки, а у кедра сплошным перечетом деревцев глазомерно определяли следующие показатели: процент отмершей и пожелтевшей листвы (хвои), искривление и отмирание верхушечных побегов текущего года. По проценту отмершей листвы и хвои рассчитывали ЛД50 - доза арборицида, при которой отмирает 50 % крон деревьев. На следующий год выполнено разделение деревцев по категориям повреждения: отмершие, сильно поврежденные (доля повреждения кроны превышает 50 %), слабо поврежденные и неповрежденные. Так же как и в первый год проведен учет повреждения крон у 50-100 экземпляров. На основании наблюдений первого года установлено, что нарастание повреждений крон кедра и лиственных пород происходит постепенно, после июньских обработок оно продолжается 40-80 дней (рис. 5.1), при августовских — вплоть до осеннего изменения окраски листьев. Фитотоксичность глифосата для всех древесных растений оказалась выше при внесении во второй половине июня по сравнению с позднелетними обработками (табл. 5.15,5.17).
Следует отметить, что ЛД50, рассчитанная по проценту отмершей хвои и листьев, дает лишь сравнительную оценку чувствительности к гербициду различных древесных пород, но не характеризует полностью пригодность глифосата для ухода за кедром в те или иные сроки. При июньских обработ-ках глифосат в дозе 0,5 г/м вызывает не только пожелтение хвои, но и повреждение 53-57 % молодых побегов. Августовские обработки вызвали только пожелтение хвои. Даже полное усыхание листьев березы и осины после обработки глифосатом в дозе 0,2 г/м еще не означает гибели растений, береза может давать поросль от корневой шейки, а осина - корневые отпрыски. Для радикального устранения лиственных пород требуются более высокие дозы (табл. 5.15, 5.17). Общая токсичность и избирательность действия глифосата по отношению к кедру, лиственным породам и травяному покрову слабо зависели от механического состава почвы, богатства гумусом и способа подготовки ее под лесные культуры. Они определялись, главным образом, видовым составом конкурентной растительности. Заметно более слабое повреждение саженцев кедра высотой менее 40 см, по причине экранирующего влияния травяного покрова и поросли лиственных пород, снижающим попадание препарата на саженцы. Анализируя фитотоксичность глифосата в зависимости от сроков применения, можно отметить следующее.
Первоначальное повреждение древесных пород максимальное при внесении во второй половине июня - начале июля. На второй год состояние растений в июньских и августовских обработках выравнивается, но суммарный отпад и суммарная степень повреждения крон выше при раннелетнем опрыскивании. Оптимальным сроком внесения раундапа следует считать первую половину августа, когда повреждение деревцев кедра снижается, а отпад березы и осины еще достаточно высокий. Отечественные препараты нитосорг и утал практически не отличаются от раундапа по действию на поросль лиственных пород. Устойчивость кедра к уталу была проверена в Тобольском лесхозе (подзона южной тайги) при формировании кедросада из смешанного молодняка естественного происхождения. Средний возраст кедра 15 лет, средняя высота 95-100 см, количество на 1 га - 8,2 тыс. шт. Тип леса - кедровник зеленомошниковый. Высота поросли березы колебалась в пределах 150-240 см. Утал испытывался в дозах 0,25; 0,35 и 0,45 г/м . Обработки выполнены 10-15 августа. В качестве контроля был заложен участок с вырубанием поросли березы топором. Учеты, выполненные в июле следующего года, показали, что обработка уталом в дозе 0,35 г/м не вызвала усыхания кедра, но у 30 % подроста отмечены слабые повреждения кроны, сказавшиеся на приросте кедра в высоту (табл. 5.18, 5.19). Но если учесть, что средний прирост подроста в вариантах с химическим и механическим способами удаления березы достоверно не различаются, дозу утала в 0,35 г/м д.в. можно считать вполне допустимой для применения при регулировании состава смешанных молодняков кедра сибирского.
