Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Природные условия региона исследований 14
1.1 Рельеф и гидрология 14
1.2 Климат 16
1.3 Типы почв и группировка их в целях лесовосстановления 20
1.4 Леса и лесной сектор региона 23
1.5 Сравнительные эколого-биологические особенности сосны и ели 29
Глава 2. Методы исследований. Объекты и объем выполненных работ 40
2.1 Системный подход в изучении лесных культур 40
2.2 Методы полевых исследований 47
2.3 Методика обработки полевых и экспериментальных данных 54
2.4 Объём выполненных исследований 56
2.5 Краткая характеристика объектов исследований 59
Глава 3. Восстановление лесов. Современное состояние вопроса 98
3.1 Теоретические основы лесовосстановления 98
3.2 Развитие лесокультурного дела в Архангельской области 107
3.3 Обоснование цели и задач исследований 125
Глава 4. Лесоводственно-экологическая оценка качества искусственных древостоев 137
4.1 Качество лесных культур в зависимости от способов обработки почв 139
4.1.1 Изменение свойств почв под воздействием механической обработки 139
4.1.2 Изменение видового состава живого напочвенного покрова в культурах на обработанной почве 147
4.1.3 Продолжительность и эффективность влияния обработки почвы на рост лесных культур 171 4.2 Метод создания лесных культур 184
4.2.1 Зимний посев семян сосны обыкновенной 190
4.3 Продолжительность влияния параметров посадочного материала на рост лесных культур 195
4.4 Эффективность лесоводственного ухода в искусственных молодняках 206
4.5 Ассимиляционный аппарат в лесных культурах 218
4.5.1 Ассимиляционный аппарат в культурах ели 218
4.5.2 Ассимиляционный аппарат в культурах сосны 226
4.6 Запасы надземной фитомассы в сосновых и еловых культурфитоценозах 234
4.7 Культуры сосны обыкновенной на рекультивируемых землях 245
Глава 5. Взаимосвязь качества посадочного материала и параметров искусственных насаждений 256
5.1 Взаимосвязь качества посадочного материала и параметров искусственных насаждений сосны 256
5.2 Взаимосвязь качества посадочного материала и параметров искусственных насаждений ели 272
Глава 6. Ход роста древостоев искусственного происхождения 283
Глава 7. Депонирование углерода и энергетический потенциал надземной фитомассы культур сосны и ели 305
7.1 Структура углеродного пула в лесных культурах 305
7.2 Энергетический потенциал культур сосны и ели 314
Основные выводы и предложения 323
Список литературы 327
Приложение 377
- Леса и лесной сектор региона
- Развитие лесокультурного дела в Архангельской области
- Эффективность лесоводственного ухода в искусственных молодняках
- Структура углеродного пула в лесных культурах
Введение к работе
Актуальность темы. На протяжении длительного периода эксплуатации лесов на севере Русской Равнины наблюдается повсеместная смена пород: сосна замещается елью и берёзой, ель – берёзой и осиной. О.А. Неволиным (1969), Г.А. Чибисовым (2010) установлено, что площади сосняков и ельников, представляющих собой коммерчески ценные хвойные породы, постоянно сокращаются. При этом увеличивается период лесовыращивания хвойных пород на недопустимые с экономической точки зрения сроки, вовлекаются в хозяйственный оборот новые лесные массивы, нередко за счёт экологически и социально ценных ландшафтов и объектов, в том числе за счёт малонарушенных лесных территорий. Для предотвращения негативных последствий следует уделять пристальное внимание созданию и формированию насаждений с целевыми характеристиками на этапе лесовосстановления и формирования хвойных молод-няков.
Применяемая современная лесозаготовительная техника не позволяет эффективно восстанавливать лес естественным путём (Ковылин, 2005; Иваню-шева и др., 2012; Рыбальченко, 2012; Теринов, 2014).
Основной задачей государственной программы «Развитие лесного хозяйства на 2013-2020 г.г.», утверждённой в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 15 апреля 2014 г. № 318, является повышение продуктивности и качества лесов. Современная практика лесокультурного производства ориентирована на создание лесов хозяйственно-ценными хвойными породами на площадях, где восстановить подобные леса естественным путём невозможно. При этом преследуется цель - обеспечить стартовые условия для выращивания древесины на конкретно выбранной территории и создать конкурентные преимущества во взаимоотношениях с естественным пологом в будущем. Поставленная цель достигается правильным выбором схемы смешения культивируемых растений, использованием качественного посевного и посадочного материала, эффективными способами обработки почвы во взаимодействии с мелиоративными мероприятиями при закладке лесных культур, своевременным проведением агротехнических и лесоводственных уходов. Последующее выращивание искусственных насаждений не всегда обеспечивает выход на ожидаемые параметры лесного фонда, что приводит к смене пород, ухудшению возрастной и бонитетной структуры. Разработка комплексного подхода к созданию и выращиванию искусственных насаждений целевого назначения является крайне актуальной задачей в условиях рыночной экономики.
Степень разработанности. Отдельные вопросы эффективности лесо-культурных приёмов создания и выращивания культур сосны и ели на Европейском Севере отражены в работах: И.М. Стратоновича (1936, 1958); А.С. Синни-кова (1956); В.Б. Ларина (1969, 1980); Б.А. Сенчукова (1980); В.Б. Ларина, Г.С. Тутыгина (1985);Р.В. Сунгурова (1988, 1994), В.Д. Козловского (1992); Н.А. Бабича (1993); Г.И. Редько, Н.А. Бабича (1994); В.В. Беляева (1997); Н.А. Бабича, Н.П. Гаевского, О.А. Конюшатова (2000); Н.А. Бабича, Р.В. Сунгурова, Н.Р. Сунгуровой (2006); О.И. Гавриловой (2011) и др. Методы создания культур
изучали П.М. Малаховец (1964, 1966); П.М. Малаховец, Ф.Б. Орлов (1965); Т.С. Непогодьева (1966, 1971) и др.; способы обработки почвы под лесные культуры - В.И. Шубин (1983); Ф.Т. Пигарев, Р.В. Сунгуров (1986); качество посадочного материала - Ф.Т. Пигарев, Б.А. Сенчуков, В.В. Беляев (1979); Ф.Т. Пигарев, В.Д. Козловский, Р.В. Сунгуров (1990); Б.А. Мочалов (2005); таксационную характеристику культур сосны - Л.Ф. Ипатов (1974); формирование искусственных сосновых молодняков - В.Б. Ларин, Ю.А. Паутов (1984); географические культуры сосны – П.И. Войчаль (1961); В.Я. Попов (1967); Е.Н. Наквасина, Т.С. Непогодьева, Н.В. Кононенко (1986); географические культуры ели – П.И. Вой-чаль (1968); С.Н. Тарханов (1998); биологическую продуктивность лесных культур - Н.А. Бабич, М.Д. Мерзленко (1998); И.В. Евдокимов (2003); Н.А. Бабич, М.Д. Мерзленко, И.В. Евдокимов (2004); Н.А. Бабич, Д.Н. Клевцов, И.В. Евдокимов (2010); качество древесины в культурах сосны - В.И. Мелехов, Н.А. Бабич, С.А. Корчагов (2003), С.А. Корчагов (2010) и др. Вместе с тем, лесовод-ственная эффективность основных лесокультурных приёмов при выращивании искусственных насаждений старше 20 лет в северо-таёжном районе изучена недостаточно.
Цель и задачи исследований. Основная цель диссертационных исследований заключается в теоретическом обосновании наиболее эффективных способов и технологий создания высокопродуктивных культур сосны и ели на севере Русской Равнины на основе лесоводственно-экологической оценки основных лесокультурных приёмов на протяжении длительного периода наблюдений.
В этой связи сформулированы, изучены и проанализированы основные задачи исследований, которые заключались в следующем:
-
определить эффективные способы обработки почвы под лесные культуры во взаимодействии с мелиоративными мероприятиями на вырубках с ав-томорфными и полугидроморфными почвами;
-
изучить возрастную динамику влияния качества посадочного материала на состояние и рост лесных культур;
-
выявить эффективность сортировки посадочного материала на формирование растений-лидеров и продуктивность культур сосны и ели;
-
изучить динамику формирования живого напочвенного покрова обработанной почвы в лесных культурах, как индикатора изменения физических и агрохимических свойств почв;
-
дать анализ эффективности лесоводственных уходов в искусственных молодняках, выращиваемых по различным технологическим схемам;
6) провести сравнительный анализ роста и продуктивности древостоев
искусственного и естественного происхождения;
7) изучить энергетический потенциал культур сосны и ели второго класса
возраста.
Научная новизна исследований: заключается в том, что определена ле-соводственно-экологическая эффективность основных лесокультурных приёмов, как по отдельности, так и в совокупности при создании культур сосны и ели на севере Русской Равнины. На большом экспериментальном материале до-
казано, что в возрасте до 40 лет продуктивность искусственных насаждений можно повысить на 1,5-3,0 класса бонитета за счёт правильного выбора культивируемой породы, интенсивной обработки почвы, применения отборного пропорционально развитого посадочного материала, своевременного и качественного проведения лесоводственных уходов.
Для условий Европейского Севера составлены таблицы хода роста культур сосны и ели, созданных с использованием перспективных технологических приёмов на вырубках с автоморфными и полугидроморфными почвами.
Исследован энергетический потенциал фитомассы северо-таёжных сосняков и ельников искусственного происхождения, как одного из приоритетных направлений в области «зелёной» энергетики.
Теоретическая и практическая значимость работы. Выполненные исследования послужили основанием для подготовки «Руководства по проведению лесовосстановительных работ на сплошных вырубках и гарях Северотаёжного и Средне-таёжного районов европейской части Российской Федерации в границах Архангельской области» (2016), утверждённого Министерством природных ресурсов и лесопромышленного комплекса Архангельской области и являющегося базой для совершенствования региональных нормативно-правовых актов в области искусственного лесовосстановления.
Результаты исследований использованы для подготовки следующих документов:
-
Рекомендации для органов управления лесным хозяйством субъектов РФ по повышению эффективности искусственного лесовосстановления в условиях северной подзоны тайги европейской части России (Отчёт НИР по теме 6.3. Раздел 3, 2002 г.).
-
Технологии искусственного лесовосстановления на сплошных свежих вырубках северной и средней подзон тайги (по группам типов леса) (Отчёт по Проекту 4, 2004, 2005 гг.).
3. Технологические карты на создание лесных культур с временно-
переувлажнёнными почвами в северной подзоне тайги Европейской части Рос
сии (Отчёт НИР, Раздел М2-06.8, 2005 г.).
-
Рекомендации по повышению экономической эффективности проведения различных видов лесовосстановительных мероприятий на участках лесного фонда (Отчёт НИР раздела 2.4, 2014 г.).
-
Критерии и классы качества древостоев 20-40-летнего возраста (на примере северной, средней и южной подзон тайги европейской части России) как сформировавшихся лесохозяйственных объектов для последующего эффективного лесопользования и совершенствования правил лесовосстановления (Отчёт НИР по теме 37, 2008, 2009 гг.).
-
Учебное пособие «Лесовосстановление и рубки ухода в молодняках» для лесохозяйственных учебных заведений системы Рослесхоза (по заказу Рослесхоза, 2007 г.).
Материалы исследований могут послужить основой для проектирования лесокультурных мероприятий на вырубках и гарях северо-таёжного района Европейского Севера и сопредельных регионах.
Методология и методы исследований. Методология основана на изучении литературных данных отечественных и зарубежных авторов и сборе полевого материала по общепринятым методикам, которые используются при проведении работ по искусственному восстановлению леса. Все выводы сформулированы на основе большого экспериментального материала, собранного в процессе многолетних исследований на опытно-производственных участках с длительным сроком наблюдений. Исследования продолжались в лабораторных условиях с использованием соответствующего новейшего оборудования. Статистическая обработка полученных данных проведена с применением современных цифровых технологий и оценкой достоверности уравнений на основе нескольких общеизвестных критериев.
Положения, выносимые на защиту:
-
Эффективные способы обработки почвы под лесные культуры во взаимодействии с мелиоративными мероприятиями в условиях автоморфных и по-лугидроморфных почв.
-
Продолжительность влияния эффективности сортировки и качества посадочного материала на формирование растений-лидеров и продуктивность искусственных молодняков сосны и ели II класса возраста.
-
Сравнительный анализ роста и продуктивности древостоев искусственного и естественного происхождения в северо-таёжном районе Европейского Севера.
4. Энергетический потенциал северо-таёжных сосняков и ельников ис
кусственного происхождения.
Степень достоверности и апробации результатов исследований: Во время полевых и лабораторных исследований весь комплекс научно-исследовательских работ с последующей обработкой, анализом и обобщением полученных результатов выполнен автором лично или при его непосредственном участии. Приоритет в подготовке монографии, статей и иных публикаций принадлежит соискателю. Основные положения и результаты исследований докладывались на ежегодных научно-технических конференциях АГТУ - САФУ; на областной конференции молодых учёных, посвящённой 290-летнему юбилею М.В.Ломоносова (Архангельск, 2001); на II Международной конференции молодых учёных, посвящённой профессору Иосифу Конрадовичу Пачоскому: Леса Евразии в XXI веке: Восток - Запад (Белоруссия - Польша, 2002); на Международном семинаре "Устойчивое лесопользование ресурсов тайги в Баренц-регионе" (Архангельск, 2002); на IV Межрегиональной молодёжной научной конференции "Севергеоэкотех - 2003" (Ухта, 2003); на III Международной конференции молодых учёных "Леса Евразии - Белые ночи", посвящённой 200-летию Высшего лесного образования России, 200-летию Санкт-Петербургской лесотехнической академии, 10-летию Европейского института леса (Санкт-Петербург - Йоэнсуу, Финляндия, 2003); на V Международной конференции молодых учёных Леса Евразии - Уральские горы (Челябинск, 2005); на Всероссийской конференции, посвящённой 170-летию со дня рождения основателя Сочинского «Дендрария» С.Н.Худекова (Сочи, 2007); на Региональной молодежной научно-практической конференции «Образование и наука: ступени раз-
вития» (Архангельск, 2011); на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы воспроизводства лесов Европейской тайги» (Кострома, 2012); на международном семинаре «Проблемы использования лесов с избыточным увлажнением и пути повышения их продуктивности» (19-23 августа 2013 г., Архангельск); на всероссийской научно-практической конференции «Лесовос-становление в Поволжье: состояние и задачи по совершенствованию» (Йошкар-Ола, 22-24 октября 2013 г.); на V международной научно-практической конференции «Академическая наука - проблемы и достижения» 1-2 декабря 2014 г. North Charleston, USA; на XIV международной конференции молодых учёных «Леса Евразии – Вологодские зори» (29 сентября – 05 октября 2014 года, г. Вологда) и др.
Автор участвовала в качестве руководителя раздела НИР в ФБУ «СевНИИЛХ» по заказу Федерального агентства лесного хозяйства России по проекту М2-06: Разработать научно-методические основы совершенствования методов и способов лесовосстановления главных лесообразующих пород с апробацией современных технологий. Раздел М2-06.8: Определить эффективность технологий и технических средств для создания культур хвойных пород на вырубках с временно-переувлажненными почвами (2005); в качестве ответственного исполнителя НИР раздела 2.4. «Рекомендации по повышению экономической эффективности проведения различных видов лесовосстановительных мероприятий на участках лесного фонда» отчета НИР за 2014 год, подготовленный ФБУ «СевНИИЛХ» во исполнение Государственного контракта от 23 ноября 2012 года № Р-15К-12/8 по теме «Научно-обоснованная комплексная экономическая оценка состояния лесов и лесного комплекса на примере Архангельской области» (Лот № 8); по заказу Федерального агентства лесного хозяйства России и Министерства природных ресурсов Архангельской области по теме 6.3 Разработать комплекс нормативных актов, обеспечивающих научно-обоснованное принятие управленческих решений в лесном хозяйстве. Раздел 3: Разработка пакета математических моделей хода роста искусственных хвойных насаждений, информационной системы для принятия управленческих решений и инструкции пользователя ПК для организаторов лесохозяйственного производства разных уровней управления (2002); проект 4 «Разработка информационно-технологической базы воспроизводства лесов РФ с использованием экологически безопасных и экономически эффективных технологий» по заданию 4.2: «Нормативно-технологическое обеспечение лесовосстановления» (2004, 2005); по договору №6 ЛН-01-2 «Совершенствование нормативно-технической базы в области использования, охраны, защиты и воспроизводства лесных ресурсов» (2005); по теме 37 «Разработать критерии и классы качества древостоев 20-40-летнего возраста (на примере северной, средней и южной подзон тайги европейской части России) как сформировавшихся лесохозяйственных объектов для последующего эффективного лесопользования и совершенствования правил лесовосстановления» (2008, 2009); по теме «Разработать учебные пособия по лесовоссстановлению и уходу за молодняками для лесохозяйственных учебных заведений системы Рослесхоза» (2007) и др.
Материалы исследований используются автором для их популяризации среди лесоводов-практиков, при чтении лекций студентам и магистрантам СА-ФУ по дисциплинам «лесные культуры», «искусственные леса», «плантационное выращивание леса» и др.
В 2014 году цикл научных работ соискателя в области искусственного восстановления леса на Европейском Севере в конкурсе имени М.В. Ломоносова отмечен медалью и премией.
Итоговые результаты, полученные в ходе выполнения диссертации, опубликованы в 43 печатных работах, из них 12 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объём диссертации. Содержание диссертации изложено на 387 страницах, текст включает 108 таблиц и 52 рисунка. Работа состоит из введения, 7 глав, выводов и рекомендаций, 1 приложения, списка литературы из 528 наименований, в т.ч. 18 источников на иностранных языках.
Автор выражает глубокую благодарность за содействие в проведении исследований Сунгурову Рудольфу Васильевичу, научному консультанту, профессору Бабичу Николаю Алексеевичу, доценту Гаевскому Николаю Петровичу, профессору Любову Виктору Константиновичу, профессору Хабарову Юрию Германовичу.
Леса и лесной сектор региона
Значительный вклад в изучение северных лесов внесли И.С. Мелехов (1957, 1959, 1989), П.Н. Львов (1971, 1980), В.И. Левин (1971), В.И. Калинин (1965), П.В. Воропанов (1956), В.Г. Чертовской (1963, 1978), А.А. Листов (1986), О.А. Неволин (1969), И.И. Гусев (1978), В.Ф. Цветков, В.Г. Чертовской, Г.А. Чибисов, А.А. Листов (1983), Г.А. Чибисов, Л.Ф. Ипатов (1971), В.Ф. Цветков, Б.А. Семёнов (1985), Г.И. Редько, Н.А. Бабич (1993, 1994), А.И. Барабин (1990), Б.А. Семёнов, С.В. Торхов, В.Ф. Цветков (2003), Г.А. Чибисов (2010) и другие.
Архангельская область с ее лесами и лесным комплексом отраслей занимает особое положение для всего лесного сектора экономики страны. Это связано с тем, что к Архангельску идут лесные грузопотоки со всего огромного многолесного бассейна р.Северной Двины и ее крупных притоков, а существующие железные дороги широкой колеи удешевят лесопродукцию на внешнем рынке.
Основную часть (71%) лесной площади региона составляют эксплуатационные леса. Наибольший удельный вес в лесах имеют хвойные насаждения, составляющие 77% лесопокрытой площади (табл. 1.1) Спелые и перестойные насаждения занимают 57% площади, из них на долю хвойных приходится 65%.
Существенной особенностью лесов, отражающейся на их производительности и экономической доступности, является преобладание на почвах избыточного увлажнения. В целом леса региона в наибольшей степени представлены тремя типами лесорастительных условий – черничные свежие, черничные влажные и дол-гомошные, площади которых вместе составляют 67% лесопокрытой площади (табл. 1.2). Наиболее продуктивные типы лесорастительных условий имеют небольшой удельный вес: кисличники и широкотравные – 2% (Лесотаксационный справочник, 2012).
Эксплуатация лесов Архангельской области, по мнению Н.А. Моисеева (2012), имела место уже в XI в., но промышленные масштабы она приобрела в XIV-XV вв. в связи со спросом внешнего рынка на мачтовый лес. При этом нижний отпускной диаметр начинался с 45 см на высоте груди. К началу ХХ в. он понизился до 32…35 см. Такая древесина могла быть заготовлена только выборочными рубками на прииск, позднее перешедшими в подневольно-выборочные рубки. Эти виды рубок главенствовали до середины ХХ в. До революции удельный вес сплошных рубок составлял около 10%, к 30-м годам ХХ в. – 25…30%. При этом первоочередной рубке подлежали крупномерные высокосортные сосновые стволы, из которых выбирали только комлевую часть, вершинную же оставляли в лесу.
Подобная система рубок привела к смене сосны елью, которая селилась под нею в качестве подроста или второго яруса. Еще в начале 60-х годов в лесах вокруг станции Обозерской и Плесецка вырубались сосновые и лиственничные дре-востои с запасом около 800…1000 м3/га, на месте которых сформировались еловые насаждения продуктивностью 150…200 м3/га. высокая продуктивность лиственницы связана с дренированными местоположениями на карбонатных почвах. Первоочередными объектами вырубки и были продуктивные леса прижелезнодо-рожных районов. Объем рубок здесь достигал около 12,5 млн м3/год, что составляло половину от областного объема. Расчетная лесосека здесь перерубалась в 2 раза.
Процесс последовательной вырубки лучших древостоев с оставлением худших привел не только к смене пород, но и к ухудшению их товарной структуры и истощению, а, следовательно, и уменьшению пиловочной древесины.
Данные таблицы 1.3 демонстрируют изменение породного состава лесов области в период с 1920 по 2010 гг. (Моисеев, 2012).
По этим данным видно значительное уменьшение удельного веса сосновых лесов (с 38 до 26% от лесопокрытой площади). Часть местоположений сосны занята елью в результате выборочных рубок, другая часть - мягколиственными породами, главным образом березой, которая вытеснила и ель на самых продуктивных почвах после сплошных рубок. Удельный вес лиственных древостоев за последние 90 лет увеличился в 4 раза: с 6,0% в 1920 г. до 23,5% в 2010 г. В последующие годы этот показатель может увеличиться (по мнению Н.А. Моисеева) до 50% и выше, о чем можно судить по данным таблицы 1.4.
В молодняках и средневозрастных группах лесов области удельный вес мягколиственных пород составляет около 53%, и в перспективе их увеличение в группе спелых лесов, где этот показатель сейчас пока 8%. В прошлом облесенные вырубки распределились следующим образом: условия местопроизрастания, соответствующие III классу бонитета, т.е. самой высокой в области продуктивности, заняты мягколиственными древостоями, а хвойные сохранились в условиях низших бонитетов (IV – Vа,б); хвойные спелые остались только на почвах, характерных V классу бонитета, т.е. на тех, которые не отводили в рубку. К чему это привело видно из данных таблицы 1.5, характеризующих товарную структуру современных эксплуатационных запасов. В составе хвойных крупномерная древесина занимает только 1/10 часть корневого запаса, а в составе еловых – 8%. В тоже время в составе березняков на ее долю приходится еще меньше – 4%. Результатом отрицательной селекции, т.е. выборки лучших древостоев при лесозаготовках, является средний объем хлыста 0,22 м3. На таком объекте практически невозможно организовать высокорентабельные лесозаготовки и лесопиление.
В лесном хозяйстве некогда многолесной Архангельской области (табл. 1.6) в период с 1988 по 2011 гг. удельный вес культур снизился в 4,7 раза, а рубок ухода в молодняках, как ключевого мероприятия повышения продуктивности лесов, - в 2 раза. При этом он составляет 1/20 часть от требуемого объема. Сохранение подроста, последующее возобновление от семенных куртин дает желаемый эффект, если своевременно, притом дважды в течение 20-летнего периода, последовательно проводить осветления и прочистки. Это предотвращает заглушение подроста и культур в последующем (к 10-20 годам) сомкнувшимся пологом мягколиственных пород. Недостаточные объемы этих мероприятий и приводили к тому, что не менее половины, а раньше и сплошных вырубок, оказывались заселены мягко-лиственными породами. Для последних необходимы рубки ухода, так как в противном случае невозможно получить ни фанерный кряж, ни пиловочник.
В спелых березняках удельный вес крупной древесины составляет всего 4% (см. табл. 1.5). В связи с преобладанием лесов на избыточно увлажненных почвах ( от общей площади лесов, как отмечалось ранее) не обойтись без гидролесомелиорации, цель которой не просто осушить лесные участки, а «заставить воду течь», чтобы обеспечить доступ кислорода в почву и улучшить ее производительные способности (Тараканов, 2004; Моисеев, 2012).
В своих исследованиях мы также ориентировались на освоение вырубок с автоморфными и полугидроморфными почвами с одновременным отводом избытка влаги и создания условий для успешного роста лесных культур.
Развитие лесокультурного дела в Архангельской области
Истоки лесокультурного дела на Севере связаны с развитием самобытного отечественного лесоводства и, в частности, лесного семеноводства, зарождение которого было в своё время обусловлено созданием рукотворных корабельных лесов в более южных районах России, требующих высококачественных семян лиственницы и других ценных пород. Так, одной из жемчужин отечественного лесокультурного дела является Линдуловская лиственничная роща на Карельском перешейке в Ленинградской области, созданная в 1738 году посевом семян из Архангельской губернии лесным знателем Ф.Г. Фокелем. В 1826 году 0,4 кг семян лиственницы были заготовлены в Шенкурском уезде и отправлены для императорского ботанического сада в Санкт-Петербург (Кашин, 1974).
В 1830 году леса Архангельской губернии разделены на лесничества, объединённые в 6 округов (Редько, Бабич, 1994). В отчётах лесничеств указывается, что из-за неурожая сбор семян древесных пород произведён в небольших объёмах.
В Архангельской губернии не было ни одной шишкосушилки, ни семенных складов.
Чаще всего шишки сушили на протопленных русских печках или в мешочках, подвешенных к потолку около них. Для очистки семена просеивались сквозь решёта и провеивали их на "сквозном" ветре, а при незначительном количестве семян перебирали и очищали их руками. Качество семян лиственницы предварительно проверяли в лесничествах. Для определения всхожести семян использовали простейший способ. Отобранные семена (1000 шт.) раскладывали между кусками влажного войлока. Влажность войлока поддерживали до тех пор, пока не показывались ростки (Кашин, 1974).
Качество семян проверялось и путём проращивания их в горшках. Срок проращивания семян для сосны - 10, а для ели - 11 дней (Редько, Бабич, 1994).
Кроме того, для сушки шишек использовали бани. Семена извлекались из шишек с 10 марта по 1 мая в бане при казённой усадьбе. Просушка шишек производилась на драночных крышках, помещавшихся на перекладинах под потолком. Выделялись семена посредством барабана.
С 12 по 15 июня 1904 года проходил шестой губернский съезд лесных чинов Архангельской губернии, который предложил построить в Обозерском и Карпо-горском или Пиринемском лесничествах шишкосушилки (Редько, Бабич, 1994).
В последующем предложение съезда лесных чинов о постройке семяносу-шилок рассматривалось в Управлении земледелия и государственных имуществ Архангельской губернии. В те годы поднят вопрос о постройке в г.Архангельске, при лесной заставе, семяносушилки более значительных размеров (речь идёт о выборе лучшей семяносушилки), чтобы она могла обслуживать все лесничества, имеющие сплавы к г.Архангельску, или сообщение по железной дороге (Редько, Бабич, 1994).
В 1912 г. в Северном опытном лесничестве на станции Обозерская заложен первый в Архангельской губернии лесной питомник. Под него была вырублена и расчищена площадь в 1 десятину, из которой раскорчевано и перекопано 1/4 часть. В следующем году в питомнике впервые произведен посев полученных от контрольной лесосеменной станции семян сосны из 28 лесничеств и ели из 7 лесничеств 18 губерний. Кроме того, были высеяны семена сосны и лиственницы собственного сбора, а также выписанные из Вятской и Петербургской губерний. В 1914 году в питомнике продолжен посев семян сосны и ели различного проис 109 хождения из 9 губерний, полученных от лесосеменной станции. Первые посевы, т. е. посевы 1913 года имели очень плохой вид. Они сильно изредились и прирост их был ничтожен, главным образом, из-за выжимания морозом (Редько Г.И., Бабич, Редько Н.Г., 1996).
В лесхозах ГУПР по Архангельской области на 01.01.2003 г. функционировало 24 постоянных питомника общей площадью 363 га и 78 временных питомников на площади 25 га (www.dvinaland.ru).
Теплицы с полиэтиленовым покрытием построены в 19 лесхозах общей площадью 3,6 га. В Вельском лесхозе с 1997 года действует тепличный комплекс по выращиванию посадочного материала с закрытой корневой системой площадью 0,14 га, производительностью 450 тыс. шт. в год.
Весной 2003 года была проведена закладка посевных отделений в постоянных и временных питомниках на площади 28,5 га, в том числе в теплицах 1,54 га, школьных отделений ели на площади 1,7 га в количестве 810 тыс. шт.
По итогам осенней инвентаризации в питомниках и теплицах учтено 28,1 млн. шт. стандартного посадочного материала (рис. 3.5), из них саженцев - 0,5 млн. шт. Выращено стандартного посадочного материала из семян, собранных с объектов ПЛСБ - 63 тыс. шт.
Лесокультурные работы весны 2004 года в Архангельской области полностью обеспечены своим посадочным материалом.
В 2016 г. в Архангельской области выращено 2042,5 тыс. шт. посадочного материала сосны и 6014,5 тыс. шт. ели, в т.ч. с закрытой корневой системой 750,0 тыс. шт. сосны и 81,0 тыс. шт. ели (www.dvinaland.ru).
В настоящее время в ряде питомников проводится выращивание лиственницы, кедра, декоративных и плодово-ягодных пород. Посадочный материал лиственницы Сукачева выращивается из семян собственной заготовки. Из него в дальнейшем закладываются постоянные лесосеменные участки на неэксплуатируемых площадях питомников.
В 1925 году на площади 3 га в кварталах 8 и 12 Усть-Вельской дачи были созданы культуры сосны. В 1926 году лесокультурные работы проведены уже на площади 5 га, а в 1927 году посевом семян закультивировано 11 га. Посевы проводились и в последующие годы. Вельские культуры не сохранились. Вся площадь расчищена (Синников, 1958).
Лесокультурное дело зарождалось на юге региона и постепенно продвигалось на север, но к началу ХХ столетия предпосылок проведению искусственного лесовосстановления в Архангельской губернии ещё не было создано. Формировались основы технологии сплошных рубок.
Лесничий Егоров (1915) отмечал, что для сохранения и улучшения лесов в Архангельской губернии должны быть выработаны такие приёмы рубок, при которых можно рассчитывать только на естественное облесение, искусственное облесение в ней совершенно не применимо. Каким образом применять искусственное облесение в губернии, которая отличается своим безлюдьем, а главное - отсутствием каких бы ни было путей сообщения?
Неудивительно, что первые культуры на современной территории Архангельской области были созданы только в 1925 году (Усть-Вельская дача), примерно на 40 лет позже культур В.В. Магаринского, который создал культуры ели в 1884 году на одной из дач Череповецкого уезда.
По данным М.А. Цветкова (1957), на территории Архангельской губернии до 1914 года лесные культуры не создавались.
Лесокультурное дело на Европейском Севере неразрывно связано с развитием и, в частности, концентрацией лесной промышленности. В 1929 году постановлением Совета Труда и Обороны в слабо освоенных лесах Европейского Севера, Дальнего Востока и Сибири был официально введён способ концентрированных сплошных рубок (Надуткин, 1969). Это постановление приурочено к преобразованию лесничеств и заготовительных контор в леспромхозы.
С появлением сплошных концентрированных вырубок перед лесным хозяйством Севера стала задача своевременного их облесения. Восстановление леса на Севере становится проблемой государственного значения.
Самыми старыми сохранившимися опытными культурами в данном регионе являются посевы сосны, созданные в 1927-1930 г.г. СВ. Алексеевым в бывшем Северном опытном лесничестве. Ныне это Обозерское лесничество. Культуры заложены на старой вырубке, пройденной в 1919 и 1925 годах лесными пожарами. Почва на участке - свежая супесь на глине. Тип лесорастительных условий - черничный. До рубки и пожаров участок был занят хвойным насаждением: 7С (200-220+150 лет), средняя высота 23 м, средний диаметр 33 см; 3Е (100-180 лет) с широким колебанием высоты от 13 до 25 м. Класс бонитета III. Естественное возобновление леса на гари полностью отсутствовало, даже у стен леса. Избрание сосны в качестве культивируемой породы определялось тем, что естественное возобновление этой ценной породы в лучших по продуктивности типах леса -сосняках зеленомошниках шло крайне неудовлетворительно. Площадь культур около 26 га. Обработка почвы и посев производились вручную. Всего было заложено 13 различных вариантов посева. Краткая таксационная характеристика культур по данным исследований профессора Л.Ф.Ипатова (2003) приведена в табл. 3.2.
Эффективность лесоводственного ухода в искусственных молодняках
На месте коренных высокопроизводительных сосняков, ельников формируются менее продуктивные леса в результате применения сплошных концентрированных рубок. Смена пород и породного состава происходит на площади 45-80% (Чибисов, Ипатов, 1971; Тюрин, 1978; Ларин, 1979; Чибисов, Гущин, 2008 и др.). Это, в свою очередь, приводит к изменению не только породной и возрастной структуры лесов, но и на 50-60% снижается их продуктивность, на 30-40 лет увеличивается оборот рубки, в целом снижается биологическая устойчивость и функции лесных экосистем. Поэтому необходимо осуществлять целенаправленное проведение лесохозяйственных мероприятий, способствующих повышению производительности хвойных лесов. Среди таких мероприятий особое место следует отдавать искусственному лесовосстановлению. Лесные культуры хвойных пород, создаваемые по базовым технологиям, на начальных этапах своего развития сильно отстают от лиственных и тем самым требуют своевременного и качественного проведения лесоводственных уходов (Плохов, 1976; Львов, Ипатов, Плохов, 1980 и др.).
На севере Русской Равнины в связи с разнообразием природно-экономических условий, необходимостью целевого выращивания с учетом структуры лесопотребления, возрастающим социально-экологическим значением лесов рубки ухода приобретают особенно важное значение в системе лесовосстановле-ние – лесовыращивание – лесопользование - лесовосстановление.
Общая задача рубок ухода – повышение продуктивности лесов путем формирования хозяйственно-целесообразного породного состава, качества древесины и древостоев, сокращение периодов лесовосстановления и лесовыращивания.
Лесоводственная эффективность рубок ухода может быть обеспечена только при правильном, биологически и хозяйственно обоснованном отборе деревьев на оставление и в рубку (Чибисов, Гущин, 2008).
В производственных культурах нами изучен рост естественного возобновления для последующей сравнительной оценки с ростом лесных культур (табл. 4.37).
Из полученных данных видно, что не зависимо от коренного типа леса в естественном возобновлении вырубок преобладают берёза, реже ель. Высота берёзы зависит от густоты, коренного типа леса, возраста вырубки. На пробной площади № 17 с полугидроморфными почвами насчитывается 49,2 тыс. шт. березы на 1 га. Проведение осветлений снижает запас лиственных пород на единице площади, одновременно увеличивая последующее их количество за счёт пнёвой поросли. На остальных участках густота берёзы составляет 2,6–8,8 тыс. шт./га.
Как отмечает Н.С. Минин (1992), удаление лиственных пород и некоторой части хвойных при проведении рубок сказались на накоплении надземных элементов фитомассы оставшейся частью насаждения. Стволовая масса культур на участках, пройденных рубками ухода, накапливается быстрее, чем на не пройденных. А это приведёт в дальнейшем к выходу более крупных сортиментов.
Вместе с тем, при правильном проведении рубок ухода (пр. пл. 1, 2, 7) выдерживаются необходимые целевые установки по требуемому лесохозяйственно-му мероприятию и культуры сосны обгоняют в росте берёзу естественного происхождения. Осветление следует проводить, по нашим данным, в 8–10 лет.
Культуры ели отстают в росте от берёзы не меньше, чем в 3 раза (см. табл. 4.37). В них следует проводить мероприятия, позволяющие повысить качество культур до уровня стандартных. К таким участкам можно отнести все вырубки долгомошных и близких к ним типов леса.
Таким образом, исходя из вышеизложенного, можно заключить, что, во-первых, сосна в посадках растёт по III классу бонитета и не отстаёт от берёзы, ель попадает во второй ярус. Во-вторых, предлагается проводить осветление в посевах сосны в 8–10-летнем возрасте, прореживание – в 25–30 лет. Осветление должно быть направлено на снижение негативного влияния лиственных пород, а прореживание – на формирование состава будущего древостоя. В-третьих, лесовод-ственные уходы (осветление) следует проводить в культурах ели при достижении ими высоты 1,0–1,2 м.
Рубки ухода имеют высокую лесоводственно-экономическую эффективность, обеспечивают повышение промышленной ценности лесов, а общий экономический результат хозяйства значительно превышает этот показатель в хозяйстве без рубок ухода (Чибисов, Гущин, 2008).
С этой же целью (определения влияния лесоводственного ухода на культуры) обследованы сходные по лесорастительным условиям участки № 4 и № 6. Отличие заключается лишь в том, что на одном сделаны осветления в лесных культурах, другой оставлен в качестве контроля. Уходы проведены в 1991 году путем полного уничтожения лиственных пород в междурядьях культур мотокусторезом «Секор-3».
Лиственный полог обследованных участков представлен на 95 % березой. В год обследования количество этой породы на контрольном участке (№6) достигло 3,7 тыс. шт./га при средней высоте 8,9 м и среднем диаметре 10,4 см. На участке, где лесоводственные уходы проведены (№4), берёза имеет следующие показатели: количество - 12,9 тыс. шт./га, высота - 3,5 м, диаметр - 1,7 см. В год проведения уходов они составляли 18,4 тыс. шт./га, 2,3 м и 1,5 см соответственно. Полученные результаты исследования культур сосны и ели сведены в табл. 4.38.
Установлено, что лесоводственные уходы оказывают существенное влияние на состояние и рост лесных культур. При проведении осветлений рост сосны в высоту по отношению к ели улучшается в 2,2 раза (различие является достоверным, t = 113,10 при t05 = 2,0) (рис. 4.14). Это обусловлено биоэкологическими свойствами данных пород и природно-климатическими условиями района их выращивания. Ель периодически побивается поздневесенними и раннелетними заморозками. Полог лиственных пород снижает данное негативное воздействие, угнетая при этом ель. В итоге, после проведения уходов посредством сплошного удаления лиственных пород, деревья ели вновь начинают страдать от негативного влияния заморозков. Это проявляется, в первую очередь, в гибели центрального побега и его последующем замещении боковыми побегами. Ствол деревьев имеет кустистую форму и характеризуется многовершинностью. В то же время на контрольном участке ель ни разу не побивалась заморозками под лиственным пологом (Сунгурова, Сунгуров, 2003б). Установлена очень высокая полиноминальная связь второй степени высоты с возрастом опытных культур. Достоверность аппроксимации для обеих пород во всех случаях равняется R2 = 1.
Лесоводственные уходы, проведенные в 14-ленем возрасте со сплошным удалением лиственных пород, благоприятно сказались на качестве культур сосны. Рост в высоту выше на 26 %, по диаметру на 22,4 % в сравнении с такими же показателями на контроле (см. табл. 4.38). Данные различия достоверны (t=11 и t=16 соответственно). Это связано с тем, что отстающие в росте деревья сосны постоянно подвергаются охлестыванию березой. Поэтому достаточно с помощью лесо-хозяйственных мероприятий предотвратить негативное воздействие березы на сосну посредством вырубки в рядах только тех деревьев березы, которые препятствуют их росту.
На участке опытных культур со сплошным удалением лиственных пород анализировались различные схемы смешения культур. Исследованы следующие варианты:
1) сеянцы ели, высаженные чистыми по составу по схеме Е-Е-Е-Е- (В-23);
2) сеянцы ели, высаженные чередованием с рядами сосны по схеме Е-С-ЕС-Е-С (В-24).
Характеристика обследованных 36-летних культур приведена в табл. 4.39
Структура углеродного пула в лесных культурах
Роль леса как составной части биосферы непрерывно увеличивается. Причинами являются изменение климата и содержания углерода в атмосфере, загрязнение атмосферы, чрезмерная лесоэксплуатация. Особую значимость приобретают экологические функции леса. Возрастает его роль в углеродном балансе атмосферы (Сенов, 2001).
В конце ХХ века возросло внимание к оценки функциональной роли лесов, в первую очередь с биосферных позиций, если рассматривать лесной покров как непрерывно действующий живой механизм по утилизации СО2 атмосферы. Актуальность исследований углеродного цикла лесов России напрямую связана с проблемой глобальных изменений климата и парникового эффекта. От концентрации углекислого газа в атмосфере зависит климат Земли. Станциями глобального мониторинга установлено увеличение количество углекислого газа в атмосфере с более или менее постоянной скоростью – около 0,1% в год (Сенов, 1998). Согласно докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата (Изменения климата…, 2002), за последние 100 лет средняя температура земной поверхности повысилась на 0,6С, а концентрация углекислого газа на 90 ррт (т.е. 30%).
В связи с возникшей в последние годы проблемой выброса в атмосферу большого количества парниковых газов (углекислый газ, метан и др.), лесные экосистемы стали рассматриваться в совершенно новом для них аспекте. Сохранение и разведение лесов является одним из способов связывания (депонирования) атмосферного углерода, позволяющего хотя бы отчасти сбалансировать мощные выбросы углекислого газа в атмосферу при сжигании природного топлива. Поскольку бореальные леса отличаются наиболее медленной скоростью перемещения углерода на этапе от фотосинтеза до освобождения СО2 при конечном разложении растительных остатков, то лесному покрову умеренных и северных широт отводится решающая роль в ослаблении парникового эффекта в атмосфере (Бабич, Клевцов, Евдокимов, 2010; Мерзленко, Бабич, 2011). Поэтому объяснимо и большое внимание к проблеме углеродного цикла лесов, т.е. к определению пулов (запасов) живого органического вещества и растительных остатков, потоков углерода в экосистемах, с главной задачей – оценки на национальных уровнях утилизации атмосферного СО2 согласно Киотскому протоколу.
Углекислый газ атмосферы, в том числе и антропогенного происхождения, включается в планетарные биогеохимические и физико-химические циклы. Как суша, так и океан в годовом исчислении являются стоками атмосферного СО2, компенсируя около 50% от его антропогенных эмиссий. На суше ведущая роль принадлежит зоне севернее 30 с.ш., т.е. тундрам и лесам умеренного пояса. Однако разброс существующих в настоящее время оценок вклада этих экосистем в глобальный баланс углерода очень велик.
Достаточная обоснованность проблемы изменения климата признана на межгосударственном уровне, выразившись в заключении Рамочной конвенции ООН об изменении климата (1992) и Киотского протокола (1997) к ней. Хотя основной сферой деятельности, регулируемой Киотским протоколом, в первую очередь, и составляют промышленные эмиссии парниковых газов, но он также касается и изменений источников и стоков парниковых газов в лесном секторе, являющихся прямым результатом деятельности человека, например, лесопользования, лесовосстановления, реконструкции насаждений и т.д. Каждая сторона, участвующая в Киотском процессе, должна представлять поддающиеся верификации сведения по углеродной оценке этих видов деятельности.
Протокол обязывает мировое сообщество разработать стратегию компенсации промышленных выбросов биологической фиксацией атмосферного углерода как основного биогена планеты и стимулирует первый шаг человечества в познании глобального углеродного цикла. Ратификация протокола 160 странами мира продиктована стремлением предотвратить глобальную экологическую катастрофу, и «весь смысл Киотского протокола … в стимулировании политики ресурсосбережения, в том, чтобы богатые потребители природных благ сполна платили за них, а не осуществляли их присвоение на сверхльготных началах в ущерб всем тем, кто не успел к ресурсному пиршеству» (Данилов-Данильян, 2006).
Однако вследствие чрезвычайной нехватки информации о фактических запасах фитомассы лесов во всем их многообразии, некорректных экстраполяции и несовершенства применяемых методик точность имеющихся оценок депонируемого в лесной фитомассе углерода совершенно неприемлема для целей прогнозирования глобальной экологической ситуации (Усольцев, Залесов, 2005). Как в 1960-ее гг. эти оценки на планетарном уровне различались на порядок, варьируя в пределах от 4 (Mller, 1960) до 41 Гт (Deevey, 1960), так и спустя 30 лет, снизившись по общему уровню вчетверо, они, тем не менее, сохранили десятикратный перепад – от 1 (Kruchi, 1993) до 10 Гт (Global…, 1991). Поэтому не удивительно, что роль лесных экосистем в глобальных биосферных циклах разными исследователями оценивалась с точностью до наоборот: от отрицательной (Woodwell et al., 1978) до положительной (Кобак и др., 1980).
На состоявшейся в Праге в июне 2004 г. конференции представителей европейских стран, подписавших протокол Киото, посвященной совершенствованию методов инвентаризации парниковых газов, все доказывали положительный вклад лесов своих стран в углеродный баланс при очевидной нарушенности их природных ландшафтов и неопределенностях методического характера, в частности, применения экспертных оценок (а не корректных количественных методов) при расчетах углеродного цикла лесных экосистем. В итоге эти оценки для одного и того же объекта инвентаризации СО2, полученные по разным методикам никак между собой не связаны, т.е. представляют случайную величину (Schoene, 2002).
После ратификации Россией протокола Киото в октябре 2004 г. для нашей страны открываются новые перспективы в оценке биосферной роли национальных лесов. Для России, располагающей 22% площади планетарных лесов, оценка углерододепонирующей роли лесного покрова особенно актуальна (Усольцев, За-лесов, 2005). Это может обеспечить высокие экологические и экономические выгоды, поскольку удельные затраты на сокращение 1 т выбросов СО2 в России на два порядка ниже, чем в США и Японии (Ануфриев, 2004). С другой стороны на Россию приходится70% девственных лесов северного полушария, и именно девственные леса России (а не сильвакультура, т.е. искусственные леса, которыми покрыта вся Западная Европа) представляют собой ценность, превышающую ценность российских минерально-сырьевых ресурсов (Кондратьев и др., 2002).
Особое внимание мировой общественности уделяется вопросам лесовосста-новления и посадкам леса. Изыскиваются различные методы лесоразведения с использованием разнообразного ассортимента древесных пород и оптимальной по продуктивности структурой насаждений (Schroeder et al., 1991; Экологические проблемы…, 1995). Подчеркивается необходимость точного просчета всех вариантов и оценка возможных выгод, связанных с экологическими, эстетическими, оздоровительными и материальными ценностями лесов. Проводится серия проектов по широкомасштабной посадке лесов в Канаде, США, Китае, Индии и других странах, создание лесных плантаций – в США, Японии, России и других странах (FAO, 1999).
Леса – это огромное хранилище углерода, аккумулированного в живых растениях, их остатках различной степени деструкции, в гумусе и торфах. В зависимости от природно-экономической ситуации леса того или иного региона могут быть либо хранителем (стоком, резервуаром) углерода, либо – при неразумных формах хозяйствования – его источником (эмиссией) поступления в биосферу.
Использование лесного покрова для увеличения депонирования углерода представляется весьма важной задачей. Ведь помимо аккумуляции углерода леса выполняют важные экологические и ресурсные функции. По существу достигается тройной эффект – депонирование излишков углерода, повышение ресурсного потенциала и улучшение природной среды (Углерод…, 2014).
Роль лесов в глобальном углеродном балансе сегодня, как отмечает В.А. Усольцев (2001), является экологической загадкой, суть которой состоит в противоречии между результатами прямых измерений и косвенных (модельных) расчетов потоков углерода. Автор указывает на то, что сегодня пока невозможна корректная оценка глобального углеродного бюджета и роли в нем лесного покрова, но это не означает, что исследования в этом направлении бесперспективны. Самой актуальной и вполне осуществимой задачей является оценка фактических запасов фитомассы лесов, содержащих около 80% углерода всего растительного покрова планеты. Поэтому столь значима задача формирования банка данных о фи-томассе лесов, под которым, как описывает В.А. Усольцев (1998), понимается комплекс исследований, обеспечивающих создание многоцелевой системы информации о фитомассе лесов, упорядоченной в виде структурных сводок и эмпирических моделей для решения экологических и хозяйственных задач разного уровня.