Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Целевое выращивание лесов сырьевого назначения и пользование ими 8
1.1. Теория и практика целевого выращивания леса и пользования лесными ресурсами 8
1.2. Повышение продуктивности лесов путем рационального, устойчивого лесопользования 13
1.3. Применение минеральных удобрений как способ повышения продуктивности лесов 21
1.4. Строение, свойства и качество древесины при интенсивном лесовыращивании с внесением минеральных удобрений 31
1.4.1. Влияние удобрений на радиальный прирост, макро- и микроструктуру древесины 31
1.4.2. Физико-механические и химические свойства древесины, целлюлозы и бумаги в результате применения удобрений 37
1.5. Выводы 41
Глава 2. Программа, методика, объем исследований 43
2.1. Программа исследований 43
2.2. Методика исследований 45
2.3. Объем исследований 60
2.4. Выводы 62
Глава 3. Характеристика объектов исследований 63
3.1. Природные условия Унженской низменности 63
3.2. Характеристика пробных площадей 77
3.3. Выводы 80
Глава 4. Влияние удобрений на свойства почв и нижние ярусы сосновых насаждений в связи с типами леса 81
4.1. Почвы в сосняках основных типов леса Унженской низменности 81
4.2. Изменения в живом напочвенном покрове и подлеске в изучаемых типах леса после внесения удобрений 87
4.3. Естественное возобновления леса под пологом сосновых насаждений 96
4.4. Выводы 111
Глава 5. Влияние лесоводственных факторов и минеральных удобрений на формирование макроструктуры древесины в естественных сосновых насаждениях 114
5.1. Формирование древесины сосны в зависимости от возраста и типа леса. 114
5.2. Влияние минеральных удобрений на динамику радиального прироста и макроструктуры древесины сосны в связи с типами леса 121
5.3. Математические модели прогноза влияния минеральных удобрений на макроструктуру древесины сосны 147
5.4. Влияние минеральных удобрений на макроструктуру годичных слоев сосны по классам роста деревьев (по Крафту) 155
5.5. Макроструктура древесины сосны в зависимости от размеров крон деревьев и внесенных минеральных удобрений 165
5.6. Выводы 169
Глава 6. Изменения микроструктуры и физико-механических свойств древесины сосны от внесения минеральных удобрений 173
6.1. Влияние удобрений на микроструктуру древесины сосны в зависимости от типов леса 173
6.2. Физико-механические свойства древесины в сосняках Унженской низменности 193
6.3. Выводы 203
Глава 7. Организация устойчивого лесопользования в целевом хозяйстве по выращиванию сосновых насаждений на пиловочник 206
7.1. Характеристика лесного фонда и использование лесосырьевых ресурсов в целевом хозяйстве 206
7.2. Система лесоводственных мероприятий в целевом хозяйстве 211
7.3. Теоретические положения и практическое значение интенсификации выращивания леса с применением минеральных удобрений в целевом хозяйстве 216
7.3.1. Практическое значение применения минеральных удобрений в целевом хозяйстве 216
7.3.2. Теоретические основы применения минеральных удобрений при целевом выращивании леса 220
7.3.3. Совершенствование авиационной технологии внесения минеральных удобрений в лесные насаждения 231
7.4. Экономическая оценка применения минеральных удобрений в целевом хозяйстве по выращиванию сосновых насаждений на пиловочник 236
7.5. Научно обоснованные рекомендации по целевому выращиванию сосновых насаждений 244
7.6. Выводы 247
Заключение 251
Список используемой литературы 255
Приложения 294
- Повышение продуктивности лесов путем рационального, устойчивого лесопользования
- Почвы в сосняках основных типов леса Унженской низменности
- Влияние удобрений на микроструктуру древесины сосны в зависимости от типов леса
- Научно обоснованные рекомендации по целевому выращиванию сосновых насаждений
Введение к работе
Актуальность исследования. В современной национальной лесной политике России приоритетными направлениями являются: интенсификация воспроизводства лесов и повышение их продуктивности на основе инновационного развития лесного хозяйства. Они включают проведение исследований по разработке методов выращивания целевых насаждений из быстрорастущих, высокопродуктивных лесных пород с заданными товарными свойствами, из которых наибольший хозяйственный интерес пред-ставляет сосна. Для решения важной лесоводственной проблемы повышения продуктивности лесов и удовлетворения потребности народного хозяйства в хвойной древесине необходима разработка систем целевого выращивания леса с использованием инновационных подходов. К ним относятся интенсификация лесовыращивания с внесением минеральных удобрений и совершенствование устойчивого лесопользования путем формирования целевых хозяйств по выращиванию древостоев на товарные сортименты с конкретным оборотом рубки. Они обеспечивают высокие лесоводственную и экономическую эффективности. В освоенных лесах с развитой инфраструктурой, для которых характерно снижение продуктивности, применение таких мероприятий наиболее эффективно. Научно-практичес-кая информация в данных направлениях относится, в основном, к лесосырьевым плантациям (ЛСП), и недостаточно исследованы естественные лесные насаждения и лесные культуры, составляющие основу лесного фонда России. Как показывает имеющийся опыт, такие насаждения являются потенциальным эффективным источником ускоренного получения деловой древесины. В настоящее время отмеченные направления не изучены с позиции единой лесоводственной системы, сочетающей интенсивную и экстенсивную формы ведения лесного хозяйства; отсутствуют научная концепция, теоретическая и методологическая базы по применению туков в приспевающих и спелых сосняках для их выращивания на деловую древесину, в том числе на пиловочный сортимент (далее пиловочник), с оптимальными для большинства ее потребителей показателями строения и физико-механических свойств. Актуальность работы заключается в необходимости научного обоснования вопросов теории и практики выращивания продуктивных сосновых насаждений для получения деловой древесины с заданными качественными характеристиками путем формирования целевых хозяйств и внесения удобрений с дальнейшим их развитием для разработки и совершенствования систем целевого лесовыращивания и лесопользования при ведении интенсивного лесного хозяйства. Такие системы позволяют повысить продуктивность лесов, увеличить размер лесопользования и обеспечить предприятия лесного комплекса деловой древесиной сосны с определенными качественными характеристиками.
Цели и задачи исследований. Основная цель исследований – тео-
ретическое, практическое обоснование и развитие целевого интенсивного выращивания сосновых насаждений сырьевого назначения для повышения их продуктивности и получения древесины высокого качества на основе выявленных природных закономерностей, применения в лесном хозяйстве минеральных удобрений и совершенствования устойчивого лесопользования путём создания целевых хозяйств в южно-таёжном лесном районе таёжной зоны европейской части России.
Для достижения поставленной цели программой исследований решены задачи:
1. Проведен анализ современного состояния сосновых фитоценозов в преобладающих типах леса южно-таежного лесного района таежной зоны европейской части России.
2. Выполнено лесоводственное обоснование опыта интенсивного лесовыращивания с применением минеральных удобрений.
3. Разработаны система мероприятий по интенсификации лесопользования путем создания целевых хозяйств.
4. Разработаны научная концепция, теоретическая, методологическая основы и практические рекомендаций по целевому выращиванию и повышению продуктивности сосновых насаждений для получения деловой древесины высокого качества с применением минеральных удобрений.
Теоретическая значимость и научная новизна исследований. Сформулирована и обоснована научная концепция целевого выращивания и повышения продуктивности сосновых насаждений сырьевого назначения на этапе сформировавшегося типа леса с использованием минеральных удобрений, сочетающая интенсивную и экстенсивную формы ведения лесного хозяйства. На ее основе решается проблема ускоренного выращивания сосняков для получения деловой древесины высокого качества в естественных приспевающих и спелых насаждениях, произрастающих в условиях южно-таежного лесного района таежной зоны европейской части России. В концепции представлены закономерности влияния минеральных удобрений на основные компоненты лесных фитоценозов и их динамику (лесную почву, живой напочвенный покров, подлесок, самосев, подрост, древостой); на текущий прирост древостоев, макро-, микроструктуру и физико-механические свойства древесины сосны в связи с лесоводственными факторами: типами леса, классами роста и размерами крон деревьев; регламентами применения туков: видами, дозами, повторностью внесения. Разработаны теоретические положения применения удобрений при выращивании сосновых насаждений сырьевого назначения на основе динамической типологии леса, отдельного этапа сформировавшегося типа леса. Они основываются на системном подходе; закономерностях природных процессов; структурно-функциональных связях, зависимостях и свойствах лесных фитоценозов. Разработан метод целевого выращивания сосновых насаждений для ускоренного получения деловой древесины с применением минеральных удобрений. Предложены критерии оценки качества древесины сосны, получаемой в результате интенсивного лесовыращивания. Впервые предложены математические модели прогноза влияния азотных туков на макроструктуру древесины сосны. Для ведения интенсивного лесного хозяйства в сосновых насаждениях разработаны системы лесоводственных мероприятий по формированию целевых хозяйств по выращиванию сосновых насаждений на пиловочник с применением минеральных удобрений. Дана оценка современного состояния лесов региона и процессов естественного возобновления под пологом сосновых насаждений. Изучено строение древесины сосны за период жизни древостоев в сосняках преобладающих типов леса.
На защиту выносятся:
1. Научно обоснованная концепция целевого выращивания и повышения продуктивности сосновых насаждений сырьевого назначения на этапе сформировавшегося типа леса, совмещающая интенсивную и экстенсивную формы ведения лесного хозяйства, для получения деловой древесины, в том числе пиловочника, с заданными качественными характеристиками древесины с использованием минеральных удобрений.
2. Выявленные закономерности процессов естественного возобновления леса; формирования древесины за период жизни древостоев; влияния минеральных удобрений на лесные фитоценозы, их основные компоненты; на текущий прирост древостоев, макро-, микроструктуру и физико-механические свойства древесины сосны в преобладающих типах леса южно-таежного лесного района таежной зоны европейской части России.
3. Лесоводственное обоснование целевого выращивания леса для получения деловой древесины в результате интенсификации лесовыращивания с внесением минеральных удобрений и совершенствования устойчивого лесопользования путем формирования целевых хозяйств.
4. Теоретические положения, методические и практические рекомендации по применению минеральных удобрений и формированию целевых хозяйств для ускоренного выращивания высокопродуктивных сосновых насаждений сырьевого назначения в южно-таежном лесном районе таежной зоны европейской части России.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. Разработаны научно-методологические основы и практические ре-комендации по целевому выращиванию сосняков с заданным качеством древесины путем повышения эффективности применения минеральных удобрений при уходе за лесом в приспевающих, спелых насаждениях и формирования целевых хозяйств. В сосняках основных типов леса Унженской низменности определены региональные показатели, характеризующие качество древесины (в удобренных и контрольных древостоях) по её макро-, микроструктуре, физическим и механическим свойствам. Усовершенствована технология внесения минеральных удобрений на лесные объекты с помощью вертолетов, отвечающая требованиям охраны природы. Полученные результаты исследований позволяют: увеличить выход деловой древесины, пиловочника и других целевых сортиментов на 9… 12 %, сократить срок их выращивания на 10, 11 лет по сравнению с контрольными древостоями; обеспечить оптимальные показатели качества древесины, отвечающие требованиям потребителей; повысить эффективность применения удобрений в лесных насаждениях. Разработанные рекомендации следует применять лесопользователям на арендованных участках лесного фонда в сосновых насаждениях при организации целевых хозяйств и хозяйственных секций по ускоренному выращиванию пиловочника и других целевых сортиментов. Материалы исследований используются в учебных курсах «Лесоведение» и «Лесоводство». Результаты исследований являются основой практических рекомендаций, которые прошли опытно-производственную проверку и внедрены в производстве.
Личный вклад. Определено и обосновано научное направление, разработаны программа и методика исследований, проведены полевые работы, лабораторные опыты. Выполнена аналитическая обработка экспериментального материала с использованием математических и статистических методов, его теоретическое и практическое обоснование. Разработана научная концепция целевого выращивания сосновых насаждений, в которую включен ряд новых принципиальных положений, существенно дополнивших опыт применения удобрений в лесных насаждениях. Разработаны практические рекомендации, осуществлено их внедрение на лесохозяйственных предприятиях.
Апробация работы. Основные результаты работы представлены на международной научно-технической конференции «Достижения науки и техники в области ресурсосбережения и экологии» (Гомель, 1989), конференции «Интенсификация лесного хозяйства в Западном регионе СССР» (Гомель, 1990), симпозиуме Координационного совета по современным проблемам древесиноведения (Москва, 1990), Второй Всесоюзной научно-технической конференции «Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов» (Москва, 1991), совещании Координационного совета по проблемам древесиноведения (Петрозаводск, 1992), международной конференции «Экология таежных массивов» (Сыктывкар, 1998), международных симпозиумах «Строение, свойства и качество древесины» (Петрозаводск, 2000; С.-Петербург, 2004), Всероссийском совещании «Дендрохронология: достижения и перспективы» (Красноярск, 2003), международной научной конференции по проблемам лесоведения и лесоводства, посвященной 100-летию со дня рождения И.С. Мелехова (Москва, 2005), ежегодных научно-технических конференциях МГУЛ (1987–2009),международной научно-практической конференции «Устойчивое управление лесами и рациональное лесопользование» (Минск, 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 40 научных работ, в том числе 16 в изданиях по перечню ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, рекомендаций, списка используемой литературы из 579 наименований, в том числе 103 на иностранных языках, приложений. Работа изложена на 295 страницах, содержит 31 таблицу и 43 рисунка.
Повышение продуктивности лесов путем рационального, устойчивого лесопользования
Главной задачей целевого выращивания лесов является повышение их продуктивности. Наши исследования в сосняках Унженской низменности показали ее резкое снижение за последние полтора-два столетия, особенно в 1930-1950 гг., в результате периодических лесных пожаров и бессистемной эксплуатации лесов. Это явление типично для многих лесов России и мира. Данные ФАО [293], материалы XII Мирового Лесного конгресса (Канада, 2003) и XXII Мирового конгресса ИЮФРО (Австралия, 2005) [513, 571-575], свидетельствуют о продолжении снижения площади, продуктивности лесов и лесистости планеты, особенно в тропических странах. За период с 1980 по 2000 гг. лесистость планеты Земля снизилась с 29 до 27 % [293]. В тропических и бореаль-ных лесах отмечается быстротечная замена на больших площадях естественных, коренных насаждений на производные, с обеднённым флористическим составом, небольшим биологическим разнообразием, низкой продуктивностью лесных экосистем, неудовлетворительными лесовозобновительными процессами. Наблюдается усыхание и гибель лесных насаждений на значительных площадях [40, 121, 122, 218, 291, 418, 445, 513, 554, 571, 574]. Стремительное сокращение лесов планеты может привести в недалеком будущем к их уничтожению, если не принимать оперативных мер по изменению ситуации. Одной из таких мер является повышение продуктивности лесов.
В России продуктивность лесов включена в национальный список как один из основных критериев устойчивого управления лесным хозяйством, а также во все существующие списки критериев и индикаторов, разработанные после Конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г. [445]. Продуктивность леса является одним из основных принципов лесного законодательства по новому Лесному кодексу РФ [172]. Существует несколько видов продуктивности леса: фактическая, потенциальная, оптимальная [217, 445]. И.С. Мелехов на основе учения о биогеоценозе, экосистеме и многоцелевом пользовании лесом выделил следующие виды продуктивности: древесную, биологическую, экологическую и комплексную [208, 209, 215, 217].
И.С. Мелеховым была разработана комплексная система мероприятий по повышению древесной продуктивности лесов. Она нашла широкое мировое признание и применение. Эта система включает четыре направления: I - рациональное использование лесов и борьба с потерями; II - ускорение роста лесов путем воздействия на условия произрастания; III - ускорение восстановления и формирования древостоев; IV — создание, обновление и улучшение состава древостоев путем введения быстрорастущих высокопродуктивных устойчивых древесных пород. Каждое из направлений складывается из ряда различных мероприятий и подходов [208, 215, 217].
Наши исследования целевого выращивания леса и повышения его комплексной продуктивности проводились с учетом современных общемировых тенденций на основе знаний природы леса, применения интенсивных методов, в частности минеральных удобрений, в лесном хозяйстве и требований устойчивого лесопользования.
Опыт и перспективы лесопользования для повышения продуктивности лесов. Правильное лесопользование - эффективный прием повышения продуктивности лесов. Этот прием И.С. Мелехов в своей системе мероприятий по повышению древесной продуктивности отнес к направлению: «I - рациональное использование лесов и борьба с потерями» и поместил на первое место «1.1 — правильное лесопользование». Он подчеркивал важность этого мероприятия: «Успех почти каждого лесохозяйственного мероприятия в системе повышения древесной продуктивности близко связан с лесопользованием» [215].
«Лесопользование — это использование лесов в целях удовлетворения потребностей отраслей экономики и населения в различных продуктах и полезно-стях леса» (по терминологическому словарю «Лесное хозяйство», 2002). Основным видом лесопользования является заготовка древесины. В отечественном лесопользовании России накоплен большой теоретический и практический опыт [7, 8, 68-73, 205, 217, 235-237, 240, 268, 272, 410]. На современном этапе наибольшее значение для дальнейшего развития отечественного лесного хозяйства и лесопользования имеют результаты лесной политики и стратегии за последние 63 года от начала действия в 1943 г. постановления о делении лесов России на три группы и категории защитных лесов до принятия в 2006 г. нового Лесного кодекса РФ [172]. За этот период произошли большие изменения в лесном фонде России и в состоянии лесов, как положительные, так и отрицательные.
К положительным изменениям относятся увеличение лесистости, лесных площадей в малолесных районах и в лесах первой и второй групп. За это время наибольший удельный вес в лесном фонде России приходился на леса третьей группы (76 %), за ними следовали леса первой группы (около 17 % - самый высокий показатель в мире по защитным лесам), удельный вес лесов второй группы оставался постоянным — в пределах 6...8 % [240]. Широкое применение ле-совосстановительных мероприятий за 1966-1988 гг. позволило сократить не покрытые лесной растительностью земли на 38 млн. га, например, в Европей-ско-Уральской части России (ЕУЧР) доля лесных культур за этот период увеличилась с 2,0 до 9,0 % [70]. Однако за последние 10 лет объемы создания лесных культур снизились в 2 раза, что связано с сокращением площади фонда ле-совосстановления из-за снижения рубок главного пользования, а также общего ухудшения экономических условий в стране [70, 73]. В настоящее время объем лесовосстановления значительно превышает фактический объем сплошнолесо-сечных рубок леса. Так, в 2001 г. лесовосстановительные мероприятия были проведены на площади 898 тыс. га, а сплошнолесосечными рубками пройдено только 623 тыс. га [71]. В среднем по России наметилась тенденция повышения продуктивности лесов. Так, за 1966-1998 гг. она выросла на 2,3 % [70]. Таким образом, несмотря на сложности в лесном хозяйстве и лесопользовании, в России имеется положительная динамика в состоянии лесного фонда.
К отрицательным относятся изменения в лесах первой и третьей групп. В результате бессистемной эксплуатации лесов третьей группы, применения, на больших площадях сплошных и условно-сплошных концентрированных рубок; отсутствия требования обязательного восстановления коренных хвойных лесов, а в дальнейшем недоиспользование расчетной лесосеки и перерубы в приспевающих древостоях, отсутствие или недостаточные объемы своевременного лесовосстановления был нарушен принцип постоянства, или непрерывного неис-тощительного пользования лесом, что вызвало истощение освоенных лесов третьей группы по пиловочному ресурсу, снижение их продуктивности, смене на больших площадях ценных хвойных пород на мягколиственные, изменению природных ландшафтов и лесорастительных условий на больших площадях [70, 73, 120, 201, 203, 206, 207, 217, 240, 449]. А в лесах первой группы из-за полного запрета на главное пользование накопились спелые и перестойные древостой, которые теряли свою коммерческую ценность и экологическую устойчивость [70, 73, 240]. Из-за ограничения пользования лесами первой группы ежегодно недоиспользовалось примерно 150...200 млн. м3 древесины, что составляло объем лесозаготовок по всей России [240].
Следует отметить, что классики лесоводства Г.Ф. Морозов [247], М.М. Орлов [272], М.Е. Ткаченко [410], И.С. Мелехов [201, 203, 205, 206, 217] считали рубки главного пользования эффективным методом возобновления леса и ведения хозяйства в нем, в том числе и в защитных лесах. М.М.Орлов [272], М.Е.Ткаченко [410] и И.С. Мелехов [217] указывали на необоснованность полного запрета главных рубок (выборочных и постепенных) в лесах первой группы и предлагали гибкие, дифференцированные способы пользования ими.
Изменения в лесах первой и третьей групп способствовали повсеместной смене ценных хвойных и твердолиственных пород на мягколиственные порослевые. По данным М.Д. Гиряева [70], за 1966-1998 гг. площадь, занятая мягко-лиственными породами, увеличилась на 11,7 млн. га, а их участие в составе основных лесообразующих пород составило 19,2 %. Это вызвано неудовлетворительным возобновлением вырубок, отсутствием или недостаточными объемами лесовосстановительных мероприятий в местах проведения концентрированных рубок.
В результате нарушения принципа непрерывного неистощительного пользования лесом в его возрастной структуре произошло снижение доли спелых хвойных древостоев и увеличение хвойных молодняков и средневозрастных насаждений. Как отмечает М.Д. Гиряев [69, 70], за 32 года (1966-1998) в лесах России площадь спелых насаждений основных лесообразующих пород сократилась на 15 %, площадь молодняков увеличилась на 7, средневозрастных - на 8 %. При этом запасы (на 1 га) перестойных насаждений часто уступают спелым, приспевающим и средневозрастным, что является результатом их усиленной эксплуатации, а не природным процессом.
Почвы в сосняках основных типов леса Унженской низменности
В лесах Унженской низменности, в которых проводились исследования, их интенсивная эксплуатация в 1930-1950 годах с применением сплошных концентрированных рубок способствовала усилению эрозионных процессов и обеднению почвенного плодородия. На отдельных участках с 1 гектара вырубок ежегодный дополнительный вынос почвы составлял 50... 100 кг. Указанные процессы привели к снижению продуктивности вторичных лесов этого региона [282]. Для повышения почвенного плодородия и продуктивности сосновых насаждений в Опытном лесхозе «Чернолуховский» были проведены экспериментальные работы с внесением минеральных удобрений и исследования почв. Почвенные исследования проводились в 4 этапа. 1-й этап был выполнен перед внесением удобрений в лесные насаждения в 1981 г. ВНИИХлесхозом, последующие 3 этапа проводились диссертантом в течение 1986-2000 гг.
В лесах Унженской низменности, как указывалось выше (глава 3 диссертационной работы), основной почвообразующей породой является различной мощности и плотности песок. В изучаемых типах леса преобладают дерново-подзолистые и супесчаные почвы, в местах плохо дренированных, с избыточным увлажнением формируются заболоченные почвы с глеевым и торфянистыми горизонтами.
Наши исследования морфологического строения почв в изучаемых типах леса показали, что почвы бедные со слабовыраженным (сосняки черничный и долгомошный) или невыраженным (сосняки брусничный и лишайниковый) гумусовым горизонтом Ai. Слабоподзолистые (сосняки брусничный, черничный и лишайниковый) или сильноподзолистые (сосняк долгомошный). Кислые: в сосняках брусничном pHKci 3,2...3,9; лишайниковом рНКсі 3,0...3,7; черничном рНксі 3,5...4,0; долгомошном рНКсі 3,2...3,8; наибольшая кислотность - в верхних горизонтах почвы. Однородны по механическому составу с преобладанием фракций мелкого или среднего песка с содержанием глины менее 3 %, только в сосняке черничном в горизонте Ai содержание глины было до 5 %. Это определяет высокую водопроницаемость и низкую водоудерживающую способность почв. Почвы бесструктурные, рыхлопесчаные, их плотность увеличивается при переходе от верхних горизонтов к нижним. Морфологическое строение и описание почв по генетическим горизонтам показано в Приложении 4, рис. 1-4. Исследования некоторых физико-химических свойств почв, проведенные на опытных объектах автором работы в 1987-2000 гг. (табл. 4.1, 4.2) и ВНИИХлесхозом в 1981 г. (Приложение 4, табл. 4.1), показали их низкое плодородие и недостаточную обеспеченность сосны азотом, фосфором и калием.
2-й этап исследований по изучению влияния минеральных удобрений на почвенное плодородие проводился через 6 лет после 1-го приема (1982-1987 гг.) и через 4 месяца после 2-го приема их внесения в сентябре 1987 г. на примере азотных туков в дозе 150 кг/га, наиболее эффективных по сравнению с другими вариантами опыта (табл. 4.1). Исследования последействия удобрений через 14 лет (1987-2000 гг.) после повторной подкормки (N150) выполнялись во всех вариантах опыта (Приложение 4, табл. 2).
В результате почвенных исследований установлено, что после 1-го приема внесения удобрений спустя 6 лет в изучаемых типах леса происходит повышение в верхних горизонтах почвы (А2, В і) содержания валового азота в сосняках брусничном, черничном и лишайниковом в 2,0...2,1 раза, в сосняке долгомош-ном - в 1,8 раз по сравнению с контролем (табл. 4.1). Наблюдается тенденция некоторого увеличения содержания гумуса в горизонтах А0, Аг, В і в сосняках брусничном и лишайниковым соответственно на 12,2... 13,6 и 8,8... 10,0 %, но различия в этом показателе в контрольных и удобренных древостоях были несущественными (табл. 4.1). Содержание подвижных соединений фосфора и калия в лесной подстилке несколько снижается в сосняке брусничном на 17,1 ...22,2 %, в сосняке черничном - на 9,0...23,8 % по сравнению с контролем, что свидетельствует о более активном использовании фосфора и калия растениями в результате улучшения минерального питания после внесения в почву азотных туков. Изменения подвижных форм фосфора и калия в лесной подстилке в сосняках лишайниковом, долгомошном и в 50-см слое почвы в изучаемых типах леса оказались несущественными (табл. 4.1). Во всех типах леса через 6 лет после однократного внесения азотных удобрений содержание подвижных соединений азота, обменная и гидролитическая кислотности в опытных и контрольных вариантах были одинаковыми (табл. 4.1).
После 2-го приема внесения удобрений (N150+N150) в изучаемых типах леса через 4 месяца наблюдалось повышение содержания подвижных соединений азота в лесной подстилке (А0) и верхних горизонтах почвы (Аг, Bj): в сосняках брусничном - на 28,2...33,3, лишайниковом - на 18,0...27,8, черничном - на 13,1...34,3 % по сравнению с контролем (табл. 4.1). Произошло подкисле-ние почв в верхних генетических горизонтах, где значения обменной кислотности - рНксі снизилось: в сосняках брусничном - на 0,3...0,5, лишайниковом - на 0,2...0,3, черничном - на 0,2...0,4 по сравнению с контролем (табл. 4.1). В изучаемых типах леса отмечена тенденция некоторого увеличения подвижных соединений фосфора и калия в лесной подстилке (А0) и верхних горизонтах почвы (Аг, В!) на 9,4...23,5 %, но различия в этих показателях с контрольными вариантами оказались несущественными (табл. 4.1). Содержание гумуса и валового азота оставалось таким же, как и в опытах после 1-го приема внесения удобрений (N150) через 6 лет (табл. 4.1).
3-й этап (1992 г.) и 4-й этап (1996-2000 гг.) почвенных исследований, проведенных соответственно через 6 и 10... 14 лет после повторного внесения азотных удобрений (N159+N150) на смешанных образцах из верхнего 20-см слоя почвы, показали, что продолжительность действия удобрений зависит от типа леса (Приложение 4, табл. 2). Через 6 лет после повторной подкормки, как и через 6 лет после однократной подкормки азотными удобрениями, в сосняках брусничном, лишайниковом и черничном содержание валового азота увеличилось в 2,0...2,2 раза по сравнению с контролем, изменения других показателей были несущественными (Приложение 4, табл. 2). В сосняке долгомошном через 12 лет (1992 г.) после однократного внесения удобрений (N150) различия в химических свойствах почв удобренных и контрольных вариантов были несущественными (Приложение 4, табл. 2), следовательно к этому времени действие удобрений в данном типе леса завершается.
Через 10 лет после повторного внесения туков (1996 г.) в сосняках брусничном и черничном их влияние на почву продолжалось. В этих типах леса содержание валового азота было в 1,5.. .1,6 раз больше, чем в контрольных вариантах опыта (Приложение 4, табл. 2). В сосняке лишайниковом к этому времени существенных различий в химических свойствах почв удобренных и контрольных древостоев не было (Приложение 4, табл. 2), следовательно, в этом типе леса действие удобрений через 10 лет после повторного их внесения завершилось. Через 12 лет после повторной подкормки удобрениями в сосняке брусничном содержание валового азота в почве удобренных древостоев было несколько больше (на 33,3 %), но различия с контрольными древостоями в этом показателе оказалось несущественными (Приложение 4, табл. 2). Во всех изучаемых типах леса через 10 и 12 лет после повторного внесения азотных удобрений имелась тенденция снижения содержания подвижных форм фосфора и калия (на 12,0... 19,7 %) и увеличения содержания гумуса (на 8,3... 12,1 %), но различия в этих показателях были несущественными, не было изменений за указанный период и в кислотности почв (Приложение 4, табл. 2). Таким образом, после 2-го приема внесения азотных удобрений (N150+N150) продолжительность их действия на содержание валового азота в почве в сосняках: лишайниковом - 10, черничном —11, брусничном - 12 лет.
Почвенные исследования, проведенные через 14 лет после повторного и через 19 лет после однократного внесения удобрений, показали, что влияние туков на кислотность гидролитическую и обменную, емкость поглощения и содержание подвижных форм калия в изучаемых типах леса завершено.Только в сосняке брусничном азотные (N100, N150), смешанные ((NPK)100, (NPK)150) удобрения и в сосняке лишайниковом азотные туки при однократном (N100, N150, N200) и повторном (N150+N150) их внесение существенно снизили содержание в почве подвижного фосфора на 31,9...39,7 % по сравнению с контролем (табл. 4.2).
Почвы в изучаемых типах леса характеризовались низкой насыщенностью основаниями. Обменные основания были представлены, главным образом, кальцием, в меньшей степени, магнием. Наиболее низкое содержание кальция и магния в большинстве опытов отмечено в сосняке лишайниковом. Удобрения несколько изменили соотношение этих элементов в зависимости от их вида, дозы и повторности внесения. Содержание кальция и магния было существенно меньше в сосняке брусничном в опытах с азотными и смешанными (NPK) туками. Так, содержание кальция (Са) было самым низким в опытах с N150 +N150, смешанными удобрениями во всех дозах и в опыте (NPK)150+N150, когда его значения были на 41,3...53,8 % ниже, чем на контроле. Содержание магния во всех опытах с азотными и смешанными удобрениями было на 41,3...64,8 % меньше, чем на контроле (табл. 4.2). Изменения в соотношении элементов минерального питания в почве в сторону уменьшения свидетельствует о более полном их использовании растениями и быстром выщелачивании, а в сторону увеличения - о меньшем его потреблении растениями и медленном выщелачивании.
Влияние удобрений на микроструктуру древесины сосны в зависимости от типов леса
Микроструктура древесины является важным показателем ее качества. Исследования влияния минеральных удобрений на микроструктуру древесины, проведенные в сосняках брусничном, лишайниковом и долгомошном показали разный характер изменений в количестве рядов трахеид в годичных слоях и в их размерах в зависимости от типов леса, видов, доз повторности внесения и продолжительности действия удобрений.
Количество рядов трахеид в годичных слоях сосны. Внесение минеральных удобрений в сосновые насаждения вызвало значительные изменения в ширине годичных слоев и содержании в них поздней древесины. В изучаемых типах леса в опытах с минеральными удобрениями изменения ширины годичного слоя и доли поздней древесины зависели от количества ранних и поздних трахеид и соотношения между ними. Характер этих изменений определялся видом, дозой и повторностью внесения туков. Во всех изучаемых типах леса наибольшие изменения в количестве и соотношении рядов ранних и поздних трахеид в годичном слое были в опытах с азотными и смешанными удобрениями.
В сосняке брусничном после 1-го приема внесения азотных и смешанных удобрений общее количество трахеид в годичном слое по сравнению с контролем увеличилось на 62,3... 107,3 %. При этом число рядов поздних трахеид повысилось на 64,9... 139,2 %, в то время как ранних- на 59,6...97,9 % (табл. 6.1).
Максимальное число рядов трахеид в годичном слое формировалось на 2.. .5-й годы после удобрения, когда общее их количество увеличилось на 2.. .5-й годы на 38,0... 146,8, ранних- на 35,4... 126,7, а поздних на 38,3... 173,5 %, В результате более интенсивного формирования рядов поздних трахеид в годичных слоях удобренных сосняков в среднем за 6 лет действия удобрений наблюдалось повышение процента поздней древесины на 6,4.. .30,7 % по сравнению с контролем (табл, 5.3).
Фосфорные и калийные удобрения в сосняке брусничном после однократного их внесения способствовали увеличению общего количества рядов трахеид в среднем за 6 лет соответственно на 25,1...49,2 и 32,5...70,2 % (табл. 6.1). В этих опытах при дозах: 100 кг/га в годичных слоях сосны преобладали ряды поздних трахеид; 150 кг/га соотношение между рядами ранних и поздних трахеид было примерно одинаковым; 200 кг/га в опытах с К200 формирование годичных слоев шло в большей степени за счет рядов ранних трахеид, а с Р200 - за счет поздних трахеид (табл. 6.1). Более интенсивное формирование рядов трахеид было на 2...5-й, а с К150 - в 1-й и на 6-й годы после удобрения. В опытах с фосфорными и калийными туками в результате повышения общего количества рядов трахеид в большей степени за счет поздних в среднем за 6 лет произошло увеличение доли поздней древесины на 10,4... 17,6 % по сравнению с контролем (табл. 5.3).
После повторного внесения азотных удобрений в сосняке брусничном во всех вариантах опыта в среднем за 12 лет произошло существенное увеличение общего количества рядов трахеид в годичном слое на 41,3...72,1 %, ранних трахеид - на 24,5...67,6, поздних трахеид - на 49,1...78,3 %. Наибольшее количество рядов трахеид в годичном слое формировалось на 2...5-й годы после повторного удобрения, в эти годы общее число рядов трахеид выросло на 74,6...138,9, ранних трахеид - на 70,5...129,2, поздних - на 76,3...142,7 % по сравнению с контролем. Максимальное увеличение общего количества рядов трахеид, особенно поздних, было в опытах: N150+N150 и (NPK)150+N150 (табл. 6.1). В результате увеличения в годичном слое количества поздних трахеид в течение 12 лет после повторного удобрения в среднем за этот период произошло повышение доли поздней древесины в опытах N100+N150, N150+N150, (NPK)150+ N150 - на 9,6... 19,7 %, P150+N150 - на 12,8, K150+N150 - на 17,6 % по сравнению с контролем (табл. 5.3).
В опытах с удобрениями после периода увеличения количества рядов трахеид в течение первых 6... 12 лет следовал период его снижения в последующие 4...8 лет до значений контрольного варианта, а затем в течение 12... 17 лет и ниже этих значений. В большинстве опытов после 1-го и 2-го приемов внесения туков за период отрицательного последействия удобрений снижение общего количества рядов трахеид на 6,2... 17,8, поздних трахеид - на 21,2...31,6 % привело к уменьшению ШГС на 8,7... 19,5, доли поздней древесины - на 9,3... 14,7 % по сравнению с контролем.
За 6 лет после 1-го и 12 лет после 2-го приемов внесения удобрений в сосняке брусничном во всех вариантах опыта существовала прямая зависимость между ШГС и количеством рядов трахеид (г=0,82...0,99). В контрольном насаждении связь между ШГС и числом рядов ранних и поздних трахеид была довольно высокой (г=0,86...0,92). В результате внесения удобрений зависимость между этими показателями сохранилась, но абсолютные значения коэффициента корреляции увеличились. Причем связь между ШГС и количеством рядов поздних трахеид была несколько больше (г=0,75...0,97), чем между ШГС и количеством рядов ранних трахеид (г=0,62.. .0,95).
В сосняке лишайниковом удобрения в зависимости от их вида и дозы вызвали различные изменения в количестве и соотношении рядов ранних и поздних трахеид. Наибольшее повышение их количества было в опытах с однократным и повторным внесением туков, содержащих азот в дозах 150, 200 кг/га. В течение 6 лет после 1-го приема внесения азотных и смешанных удобрений наблюдалось увеличение числа рядов ранних и поздних трахеид. Только N100, (NPK)IOO, (NPK)150 вызвали существенное снижение их количества в годичном слое по сравнению с контролем в 1-й год после удобрения на 14,1...37,0 % и N200 на 6-й год действия удобрений - на 20,0...39,0 %. Наиболее существенное повышение числа рядов ранних и поздних трахеид было на 2...5-й годы после внесения азотных и смешанных удобрений. За этот период в опытах с азотными туками общее количество рядов трахеид выросло на 38,3... 110,9, ранних - на 22,6...68,8, поздних - на 25,3... 182,9 %, со смешанными удобрениями соответственно — на 26,9... 123,9, 26,4...98,0 и 22,7... 156,1 % по сравнению с контролем. Изменения в количестве и соотношении ранних и поздних трахеид в опытах с азотными и смешанными туками привели к повышению ШГС на 20,5... 117,1 доли поздней древесины - на 9,7...43,1 % по сравнению с контролем (табл. 6.1, 5.2, 5.3).
Однократное внесение фосфорных удобрений незначительно изменило количество рядов ранних и поздних трахеид и соотношение между ними в годичном слое. В среднем за 6 лет после их внесения имелась тенденция снижения числа рядов ранних трахеид, но только в опыте с Р150 она была существенной. Фосфорные удобрения Р100 и Р200 за этот период способствовали существенному увеличению количества рядов поздних трахеид соответственно на 16,8 и 17,8 % (табл. 6.1). В течение 6 лет после внесения фосфорных удобрений динамика количества рядов трахеид в годичных слоях мало отличалась от контрольной. Только в опыте с Р200 на 4...6-й годы после удобрения наблюдалось существенное увеличение на 21,9...44,4 % числа рядов поздних трахеид, которое способствовало повышению на 27,0...35,0 % доли поздней древесины в годичных слоях сосны.
Однократное применение калийных удобрений в сосняке лишайниковом привело к уменьшению количества рядов ранних и поздних трахеид. Наиболее значительное снижение числа рядов трахеид, особенно поздних, было в опыте с К200 (табл. 6.1). Во всех вариантах опыта с калийными удобрениями за период их действия (1982-1987 гг.) наблюдалось уменьшение количества рядов ранних и поздних трахеид, которое привело к существенному снижению ШГС в опыте с К200 на 2.. .4-й годы после удобрения на 26,3.. .32,2 %, процента поздней древесины в опытах с К100 в год внесения удобрений - на 14,7 и с К200 на 3-й год после удобрения - на 26,8 % по сравнению с контролем.
После повторного внесения азотных удобрений в сосняке лишайниковом во всех вариантах опыта в среднем за 12 лет общее количество трахеид в годичном слое выросло на 13,8...26,6% число поздних трахеид - на 24,5...34,3, ранних трахеид - на 15,8...24,8 %. Максимальное количество рядов трахеид формировалось на 2...5-й годы после повторного удобрения, когда общее количество трахеид увеличилось на 32,5...105,4, ранних трахеид - на 27,3...73,6, поздних - на 30,7... 172,9 % по сравнению с контролем. Наибольшее увеличение поздних и общего количества трахеид было в опытах: N100+N150, N150+N150, (NPK)150+N150 (табл. 6.1). В результате повышения количества рядов трахеид в годичных слоях сосны, в большей степени за счет поздних в опытах с повторным удобрением, ШГС выросла в среднем за 12 лет на 17,7... 30,9, доля поздней древесины - на 10,6... 16,3 % по сравнению с контролем (табл. 5.2, 5.3).
Научно обоснованные рекомендации по целевому выращиванию сосновых насаждений
Проведенные исследования по целевому выращиванию сосновых насаждений в подзоне южной тайги европейской части России (на примере сосняков Унженской низменности) позволили сделать следующие рекомендации:
При формировании целевых хозяйств в подзоне южной тайги в сосняках Унженской низменности:
1. Для организации устойчивого лесопользования, повышения продуктивности лесов и обеспечения их целевого назначения на предприятиях лесного хозяйства рекомендуется формировать целевые хозяйства по выращиванию древостоев на товарные сортименты с сокращенным оборотом рубки. В подзоне южной тайги на примере сосняков Унженской низменности в участковых лесничествах Чернолуховском и Юровском (бывшего Опытного лесхоза «Чер-нолуховский»), входящих в настоящее время в состав Макарьевского лесничества, предлгается создание целевого хозяйства сырьевого назначения по выращиванию сосновых насаждений на пиловочник (ЦХП).
2. При выделении лесных насаждений целевого назначения и формировании целевых хозяйств для эффективного ведения в них целевого лесного хозяйства целесообразно использовать ландшафтный подход на водосборно-бас-сейновом принципе.
3. В целевом хозяйстве по выращиванию сосняков на пиловочник необходимо создать две хозяйственные секции: хвойную с преобладанием сосны (целевой породы в ЦХП) и мягколиственную с участием всех мягколиственных пород.
4. В целевом хозяйстве следует использовать гибкие возрасты и обороты рубок в зависимости от формы ведения целевого лесного хозяйства: при экстенсивной - возраст и оборот рубки - 85 лет; при интенсивной форме с применением удобрений (N200) в ЦХП в приспевающих сосновых насаждениях (64 г.) для получения крупного и среднего пиловочника - 75 лет.
5. По форме хозяйства в ЦХП в хвойной секции рекомендуется проводить сплошнолесосечные рубки, в мягколиственной - реконструктивные рубки с частичным или полным созданием лесных культур.
6. В лесах сырьевого назначения, в ЦХП для обеспечения непрерывного и неистощительного пользования лесом, повышения его продуктивности и сокращения периода его выращивания целесообразно применять интенсивные методы ведения целевого лесного хозяйства с использованием минеральных удобрений.
7. В целевых хозяйствах сырьевого назначения, в частности ЦХП, минеральные удобрения следует применять на основе научного, системного подхода, базирующегося на классификации лесов по целевому назначению и режиму их использования; на динамической типологии леса по этапам его формирования, отдельного сформировавшегося типа леса для естественных и искусственных насаждений; на классификации таежных сосновых лесов по запасу пиловочника и других сортиментов; на системе мероприятий по повышению древесной продуктивности и принципах организации целевых хозяйств. При этом необходимо учитывать почвенные условия, возраст древостоев, классы роста и развития деревьев, размеры их крон, дендроцикл и интенсивность формирования прироста, регламенты применения удобрений (виды, дозы, повторность, способы внесения), продолжительность их действия на прирост и строение древесины, срок главной рубки после внесения туков.
8. В целевых хозяйствах сырьевого назначения, в ЦХП, в сосняках преобладающих типов леса: брусничных, черничных, лишайниковых для повышения почвенного плодородия, увеличения жизнеспособного самосева и подроста хвойных пород, а в сосняках брусничных для обеспечения успешного возобновления вырубок, без создания лесных культур, получения наибольших запасов дополнительного текущего прироста целесообразно однократное внесение азотных и смешанных удобрений в дозах 100, 150, 200 кг/га и повторное внесение азотных в дозе 150 кг/га на фоне азотных и смешанных в дозах 100, 150 кг/га (N100+N150, N150+N150, (NPK)150+N150).
В приспевающих сосняках брусничных (64 г.) целесообразно применять азотные удобрения в дозе 200 кг/га для увеличения выхода крупной и средней деловой древесины, в том числе пиловочника, и сокращения возраста рубки на 10 лет (с 85 до 75 лет).
9. В ЦХП, в хвойной хозяйственной секции для обеспечения наибольшей лесоводственной и экономической доходностей рекомендуется: в сосняках брусничных и черничных однократное и повторное применение азотных и смешанных удобрений во всех дозах (100, 150, 200 кг/га), в сосняках лишайниковых однократное и повторное внесение азотных туков во всех дозах с рубкой главного пользования через 6 лет, а в опыте с N200 - с главной рубкой через 12 лет после внесения удобрений.
10. В сосняках долгомошных перед внесением минеральных удобрений рекомендуется проведение осушительной лесомелиорации.
11. Для внесения минеральных удобрений на лесных площадях 50... 100 га целесообразно применение вертолетов Ми-2, оборудованного туннельным разбрасывателем, и Ка-26, оборудованного центробежным разбрасывателем (ЦБР), которые при двухкратном перекрытии обрабатываемых полос обеспечивают высокую производительность, равномерный рассев туков, а также отвечают природоохранным требованиям. Предпочтение следует отдавать Ка-26, оборудованному ЦБР, обеспечивающему более равномерный рассев и высокое качество внесения туков.
При целевом выращивании древостоев с заданным строением древесины с применением минеральных удобрений в подзоне южной тайги европейсой части России в сосняках Унженской низменности:
12. В сосняках брусничных и черничных для получения максимальных запасов древесины высокого качества: равномерного строения, с оптимальными ШГС, количеством годичных слоев в 1 см и высоким содержанием в них поздней древесины, в сосняках брусничных - с толстостенными, широкими и длинными трахеидами рекомендуется однократное внесение азотных и смешанных удобрений в дозе 150, 200 кг/га и повторное внесение азотных на фоне азотных и смешанных туков в дозе 150 кг/га (N150+N150, (NPK)150+N150).
13. В сосняках брусничных для получения наибольших запасов древесины высокого качества, с оптимальными строением и физико-механическими свойствами целесообразно однократное внесения азотных удобрений в дозе 200 кг/га.
14. В сосняках лишайниковых для получения максимального дополнительного прироста древесины равномерного строения с оптимальными ШГС, количеством слоев в 1 см, высоким содержанием доли поздней древесины, с более толстыми и широкими поздними трахеидами по сравнению с контрольными древостоями целесообразно однократное внесение азотных удобрений в дозе 200 кг/га.
Если главной целью является получение наибольших запасов и не предъявляется строгих требований к равномерности строения древесины, то эффективны однократное внесение азотных и смешанных удобрений во всех изучаемых дозах и повторное внесение азотных в дозе 150 кг/га на фоне азотных и смешанных туков в дозах 100, 150 кг/га, (N100+N150, N150+N150, (NPK)150+ N150).
В сосняках лишайниковых не рекомендуется применять калийные удобрения, особенно в дозе 200 кг/га, которые снижают ШГС, процент поздней древесины в годичных слоях и длину ранних и поздних трахеид.
15. В естественных сосновых насаждениях древесину высокого качества с оптимальными показателями макро- и микроструктуры следует заготавливать в сосняках брусничных, черничных, лишайниковых и долгомошных.
16. В целевых хозяйствах сырьевого назначения, в ЦХП, в хвойной хозяйственной секции при интенсивном ведении целевого лесного хозяйства с применением минеральных удобрений для получения максимальных запасов пиловочника высокого качества с оптимальным строением и физико-механическими свойствами древесины сосны рекомендуется в сосняках брусничных, черничных и лишайниковых однократное внесение азотных удобрений в дозах 150, 200 кг/га, в сосняках брусничных и черничных - повторное внесение азотных туков на фоне азотных в дозе 150 кг/га (N150+N150).
