Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ опыта проведения, последствия и результативность выборочного хозяйства в лесах Севера 11
1.1 Опыты проведения выборочных рубок в насаждениях Севера 11
1.2 Виды рубок и технологии, применяемые при лесозаготовительных работах 16
1.3 Влияние выборочного хозяйства на лесорастительную среду 21
1.3.1 Влияние на почвы 21
1.3.2 Влияние на живой напочвенный покров 25
1.3.3 Влияние на естественное лесовозобновление 29
1.3.4 Влияния на древостой 31
Глава 2. Лесоводственно-экологические условия района исследования 37
2.1 Общие сведения о районе исследования 37
2.1.1Лесорастительное, лесотаксационное районирование 37
2.1.2 Климатические условия 40
2.1.3 Рельеф и почвенные условия 42
2.1.4 Гидрография 48
2.2 Характеристика и использование лесов выборочным хозяйством 49
Глава 3. Программа, методика и объекты исследования 61
3.1 Программа исследования 61
3.2 Методика проведения исследования 61
3.3 Объекты исследования и объем экспериментальных материалов 67
Глава 4. Воздействие выборочного хозяйства на почвы, напочвенный покров и естественное лесовозобновление 70
4.1 Воздействие на верхние горизонты почвы 70
4.1.1 Воздействие на физические свойства лесной подстилки и подзолистого горизонта почвы 71
4.1.2 Воздействие на химические свойства подзолистого горизонта почвы 78
4.2 Влияние на живой напочвенный покров 84
4.3 Естественное возобновление хвойных пород после рубок 93
Глава 5. Состояние и товарная структура смешанных сосновых насаждений после проведения выборочного хозяйства 99
5.1 Средние таксационные показатели древостоев до и после проходных рубок 99
5.2 Товарная структура насаждений до и после проходных рубок 105
Глава 6. Текущий прирост и качество древесины в насаждениях выборочного хозяйства 109
6.1 Текущий прирост по радиусу и качество древесины в сосновых насаждениях 109
6.2 Текущий прирост по радиусу и качество древесины в еловых насаждениях 116
Заключение 121
Практические рекомендации 123
Список литературы 125
Приложение А. Таксационная характеристика пробных площадей 152
Приложение Б. Описание почвенных разрезов 159
Приложение В. Схема разработки спелых сосново-еловых насаждений с последующим возобновлением хвойных пород 164
- Виды рубок и технологии, применяемые при лесозаготовительных работах
- Воздействие на физические свойства лесной подстилки и подзолистого горизонта почвы
- Товарная структура насаждений до и после проходных рубок
- Текущий прирост по радиусу и качество древесины в еловых насаждениях
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Для научной организации, планирования и ведения лесного хозяйства в насаждениях, пройденных выборочным хозяйством в северотаёжном районе необходимо получение достоверных данных, которые характеризуют их состояние, продуктивность и устойчивость к условиям внешней среды, техногенным и антропогенным воздействиям. Актуальные данные об изменениях, происходящих в лесных экосистемах Архангельской области, необходимы для решения ряда практических и научных проблем связанных с принятием управленческих решений по использованию лесов, с учётом влияния лесопользования на различные компоненты лесных экосистем.
В условиях сокращения лесных ресурсов и при общем повышении
интенсификации лесного хозяйства необходимо постоянно отслеживать
происходящие изменения в лесных экосистемах, проследить пути их
трансформации, дать прогноз самовосстановления после рубок,
скорректировать методы инвентаризации и повышения продуктивности вторичных лесных экосистем.
Степень разработанности. История применения выборочных рубок уходит в далёкое прошлое. Первые выборочные рубки были обоснованы немецкими лесоводами Эттельдтом, Гартигом и др. в XVIII веке. Все системы рубок, разработанные в немецком лесоводстве того времени, были внедрены в русскую лесоводственную практику (Орлов, 2010). Профессор А.Ф. Рудзкий отмечал, что «выборочные рубки – это хозяйство будущего» (Тихонов, 2005).
Дискуссия о преимуществах и недостатках отдельных видов рубок, об условиях их применения, интенсивности, сроках, возобновлении и др., то есть о результативности ведения хозяйства имеет двухвековую давность. Несмотря на это накопилось достаточно много как положительных, так и отрицательных примеров применения различных способов рубок. Поэтому правильная оценка применения выборочного хозяйства является актуальной задачей современного лесоводства, особенно в условиях интенсификации лесного хозяйства.
Цели и задачи исследования. Цель – выявить особенности структурно-функциональной организации северотаёжных лесных экосистем, пройденных выборочным хозяйством, и разработать практические рекомендации по ведению хозяйства в северо-таёжном районе на территории Архангельской области.
Для выполнения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
-
проанализировать масштабы сплошных и выборочных рубок в Архангельской области за последнее десятилетие;
-
определить признаки деформации и обозначить возможные пути восстановления верхних горизонтов почв в насаждениях, пройденных выборочными рубками;
-
проследить изменения видового состава напочвенного покрова после проведения выборочных рубок;
-
оценить состояние оставшегося на корню древостоя после проведения выборочных рубок;
-
изучить текущий прирост и сравнить качество формируемой древесины после проведения выборочных рубок;
-
разработать научно-обоснованные рекомендации по ведению выборочного хозяйства в северо-таёжных лесах Архангельской области.
Научная новизна. Получены новые данные о влиянии длительно-
постепенных рубок с учётом технологических элементов лесосек на
лесорастительную среду; проходных рубок на состояние оставшихся деревьев и
их товарную структуру; рубок прореживания на радиальный прирост сосны и
качество формируемой древесины; добровольно-выборочных рубок на
радиальный прирост ели и качество древесины. Разработаны рекомендации по
минимизации негативного влияния рубок на почвенно-растительный покров.
Предложена оптимальная схема разработки спелых сосново-еловых
насаждений.
Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные в ходе выполнения научного исследования результаты расширяют понимание процессов антропогенного воздействия на лесные экосистемы и возможности их мониторинга во времени и пространстве. Разработанные рекомендации позволяют принимать обоснованные управленческие решения, направленные на повышение продуктивности северо-таёжных насаждений и снижение негативных последствий от различных видов выборочных рубок, и разрабатывать прогнозы функционирования вторичных лесных экосистем.
Методология и методы исследования. Диссертационная работа направлена на решение комплекса вопросов, связанных с повышением продуктивности северо-таёжных насаждений путём ведения выборочного хозяйства. Методы исследования основаны на комплексном подходе к изучению экологических факторов среды и реакции различных компонентов насаждения на рубку с учётом современных и классических представлений лесоведения и лесоводства с использованием общепринятых таксационных, лесоводственных, геоботанических, агрохимических и статистических методов исследования.
Положения, выносимые на защиту.
-
Установлено, что после проведения длительно-постепенных рубок в смешанных хвойных насаждениях, произрастающих на подзолистых почвах, в волоках, пасеках, лесопогрузочных площадках происходят изменения в физических и химических свойствах лесной подстилки и подзолистого горизонта почвы, которые сохраняются спустя два десятилетия.
-
Длительно-постепенные рубки повлияли на преобразование и формирование живого напочвенного покрова по сравнению с естественным насаждением.
-
Проведение проходных (комплексных) рубок умеренной интенсивности в высокобонитетных, средневозрастных и приспевающих смешанных насаждениях способствует выращиванию сосны и ели на одной и
той же площади с повышением продуктивности этих насаждений и сохранением товарной структуры.
-
Текущий прирост древесины сосны после рубок прореживания достоверно повышается на протяжение 15 лет, причём наибольший отклик получили деревья, расположенные в непосредственной близости к технологическим волокам.
-
Добровольно-выборочные рубки умеренной (23 %) и умеренно высокой (39 %) интенсивности в еловых насаждениях существенно увеличивают текущий прирост оставленных деревьев по сравнению с нетронутым насаждением и не снижают качество древесины.
-
Научно-обоснованные предложения по снижению нарушений почвенно-растительного покрова при лесозаготовительных работах и схема разработки спелых сосново-еловых насаждений с последующим возобновлением хвойных пород.
Степень достоверности и апробации результатов. Обоснованность результатов и выводов исследования подтверждается достаточным объёмом экспериментальных данных, собранным за период с 2012 по 2016 гг., современными методами сбора полевых материалов и способами обработки полученной информации с использованием специализированных программных продуктов.
Основные результаты исследования доложены на Всероссийской
конференции с международным участием «Состояние лесов и актуальные
проблемы лесоуправления» (Хабаровск, 2013); Международной научно-
технической конференции «Техника и технологии - мост в будущее» (Воронеж,
2014); ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского
состава, научных сотрудников и аспирантов Северного (Арктического)
федерального университета имени М.В. Ломоносова «Развитие Северо
Арктического региона: проблемы и решения» (Архангельск, 2014-2016);
научно-технической конференции, посвящённой 110-летию академика Ивана
Степановича Мелехова (Москва, 2015); II Всероссийской научно-практической
конференции «Проблемы и мониторинг природных экосистем» (Пенза, 2015);
Всероссийской научно-технической конференции «Наука и техника: новые
вызовы и решения» (Воронеж, 2015); Всероссийской научной конференции (с
международным участием) «Научные основы устойчивого управления лесами»
(Москва, 2016); 81-й научно-технической конференции профессорско-
преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Белорусского
государственного технологического университета (Минск, 2017);
Международной научной конференции XX Докучаевские молодёжные чтения «Почва и устойчивое развитие государства» (Санкт-Петербург, 2017).
Часть диссертационного исследования выполнена при финансовой поддержке Правительства Архангельской области в рамках регионального конкурса «Молодые учёные Поморья» № 15-2015-04а «Разработка рекомендаций по организации интенсивного лесного хозяйства на основе проведения выборочных рубок в северо-таёжных насаждениях Архангельской области»; Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) № 16-
34-50130 мол_нр «Изучение особенностей структурно-функциональной
организации северотаёжных лесных экосистем под воздействием сплошных и
выборочных рубок» под руководством к.б. наук. А.А. Алейникова; РФФИ и
Архангельской области № 17-44-290127 «Особенности структурной
организации и функционирования послерубочных северотаёжных лесных экосистем (на примере лесов Архангельской области)» под руководством профессора, д.с.-х. наук С.В. Третьякова.
Результаты диссертационного исследования представлены в 2016 г. на конкурсе научных и опытно-исследовательских проектов аспирантов, молодых учёных научно-исследовательских институтов и организаций, находящихся в ведении Рослесхоза в номинации «Лесоведение, лесоводство и экология лесных растений» (диплом III степени); конкурсе проектных идей «Постигая Арктику – 2015» в номинации «Защита окружающей среды и сохранение редких видов животных и растений» (диплом III степени).
Публикации. По теме кандидатской диссертации опубликовано 15 печатных работ, 6 из которых входят в издания из перечня ВАК.
Структура и объём диссертации. Научно-квалификационная работа изложена на 169 страницах и включает введение, 6 глав, заключение, практические рекомендации, список использованных источников из 281 наименований, в том числе 69 на иностранном языке и приложения. Текст работы содержит 31 таблицу и 31 иллюстрацию.
Благодарности. Автор выражает особую признательность своему научному руководителю и наставнику д.с.-х. наук, профессору С.В. Третьякову за всестороннюю поддержку, методическую и организационную помощь на всём пути выполнения диссертационной работы. Выражает искреннюю благодарность д.с.-х. наук, профессору Е.Н. Наквасиной, д.с.-х. наук, доценту С.В. Коптеву, к.б. наук, старшему научному сотруднику А.А. Алейникову за теоретические и практические советы по выполнению научного исследования, а также к.с.-х. наук, доценту И.Б. Амосовой, к.с.-х. наук, доценту А.П. Богданову, С.А. Демиденко, И.В. Федотову, Р.А. Ершову и Ю.С. Быкову за участие в сборе экспериментального материала.
Виды рубок и технологии, применяемые при лесозаготовительных работах
За всю историю лесоводства разработано более 100 видов различных вариантов рубок (Орлов, 2010), которые отличаются различными целями и задачами, основные из них включены в действующие Правила заготовки древесины (2016) и Правила ухода за лесами (2007). Выбор вида рубок с целью заготовки древесины определяется, с одной стороны, лесоводственными требованиями по успешности лесовосстановления и, с другой, экономическими соображениями, которые диктует современный рынок (Гусев и др., 1997). Крупные лесоперерабатывающие холдинги способны переработать весь ассортимент получаемых в лесу круглых лесоматериалов. Однако для лесозаготовительных предприятий, относимых к малому и среднему бизнесу, целый ряд сортиментов относится к категории экономически недоступных (Воронков, 1976; Филюшкина, 2002). Особенно это характерно для центральной части Архангельской области, где нет предприятий для глубокой переработки отдельных групп сортиментов (в основном балансовой группы). Здесь востребованы и экономически доступны наиболее дорогие пиловочник и фанерный кряж, особенно если ведется их первичная переработка.
Традиционно разделяют рубки спелых и перестойных насаждений и рубки в молодняках (Правила заготовки древесины, 2016; Правила ухода за лесами, 2007). Рубки спелых и перестойных насаждений проводятся двумя способами: сплошным и выборочным. Для рубки спелых и перестойных в целях заготовки древесины применяют следующие виды выборочных рубок: добровольно-выборочные, группово-выборочные, равномерно-постепенные, группово-постепенные (котловинные), чересполосные постепенные, длительно-постепенные. При проведении постепенных рубок последний прием заканчивается проведением сплошной рубки, но на практике зачастую эти рубки переходят в выборочные в связи с отсутствием последних приемов по экономическим соображениям. В уходе за лесами, в зависимости от возраста лесных насаждений, применяют следующие формы выборочных рубок: осветления, прочистки, прореживания, проходные, обновления, переформирования, формирования ландшафта. При проведении рубок осветления и прочистки не получают ликвидную древесину, так как они проводятся в молодняках, где нет ликвидной древесины.
Постепенная и выборочная системы лесопользования в настоящее время объединены и представляют собой вместе с рубками ухода (прежде всего прореживаниями и проходными) выборочное хозяйство, т.е. представлены выборочными формами рубок (Дружинин, Дружинин, 2013).
В лесозаготовительной практике разрешенная площадь сплошных рубок не превышает 50 га, а выборочных (в частности добровольно-выборочных) – 100 га. Как отмечают многие авторы, чем обширнее лесосека, тем ощутимее её последствия не только для вырубок, но и для соседних лесных сообществ, где изменяется микроклимат, состав, численность растений и животных. Известно, что последствия выборочных рубок значительно слабее сплошных (Погребняк, 1968; Побединский, 1973; Восточноевропейские леса, 2004; Почвоведение, 2006; Побединский, 2013).
В истории технического прогресса, как отмечают Н.Н. Теринов, Э.Ф. Герц, Ю.Н. Безгина (2016), который условно можно разделить на три этапа, отслеживается влияние соответствующей техники и технологий лесосечных работ на лесовозобновительный процесс и лесную среду. На протяжении всего первого этапа (начало XVIII в. – 1930 г. на Урале, а на Европейском Севере с XVI в) рубка леса проводилась исключительно вручную, в зимний период с вывозкой (трелевкой) древесины гужевым транспортом на небольшие расстояния. Топоры и пилы являлись основным инструментом для рубки. Такая лесоэксплуатация осуществлялась в форме простейших выборочных рубок, которые назывались подневольными, но на неограниченной территории. Зимняя заготовка леса в сочетании с конной трелевкой способствовала сохранению лесной среды и минимальному воздействию на почвы. Второй этап (1930-1970 гг.) связан со становлением и созданием лесозаготовительной отрасли, в котором на трелевке леса начали внедряться трактора С-60 («Сталинец»), КТ-12, С-80, ТЛ-3, ТДТ-55 и ТТ-4. Подневольно-выборочные и узколесосечные рубки сменились на сплошные концентрированные. Бессистемная трелевка леса на огромных лесосеках способствовала не только смене породного состава, но и ухудшала экологические условия образовавшихся вырубок. В скандинавских странах (в Швеции) механизированные машины были широкомасштабно внедрены в лесное хозяйство в 1960 г. (Enstrm, 1996). С тех пор, повреждение почвы стало существенной проблемой. Первые машины, такие как трактора, использовались для многих целей, включая заготовку и вывозку древесины, но часто они были не пригодными для этих целей (Wsterlund, 1989). Третий этап (с 1970 г.) приурочен к внедрению тяжелых многооперационных машин отечественного производства. Появление таких машин как валочно-пакетируюшая машина ЛП-19, валочно-трелевочная ВТМ-4, бесчокерные трелевщики ЛП-18, ЛТ-154 привело не только к повышению производительности труда, но и к существенному ухудшению процессов естественного возобновления хвойных пород. При разработке лесосек ЛП-19 пасечные волока предварительно не устраивались, трелевка деревьев производилась комлем вперед, а из-за малой длины гидроманипулятора вырубки бывали сплошь изрезаны трелевочными волоками (Серый и др., 1990). Поэтому на первый план выдвинулась проблема сохранения лесной среды при лесозаготовках. Применяемая техника в большинстве случаев не отвечала экологическим требованиям, удельное давление на почвы значительно превышало 50 кПА (Гусев и др., 1996; Хитров и др., 2015). А.В. Побединский (1978) отмечал, что в некоторых случаях изменение лесной среды под влиянием техники и технологии лесосечных работ более существенны, чем изменения, связанные с удалением леса. Применение современной лесозаготовительной техники приводит к глубоким изменениям напочвенного покрова: лесная почва на значительной части вырубок превращается в безжизненную, новую почвообразующую породу. Технологические участки вырубок с наиболее глубокими типами поражения напочвенного покрова – это территории не только трудные для последующего лесокультурного освоения, но и нередко лишены самих почв (Гусев и др., 1996).
Дальнейшее развитие лесозаготовительного производства идет по двум технологиям: «скандинавская» (сортиментная с использованием комплекса харвестер-форвардер) и «канадская» (хлыстовая заготовка). В результате действия тяжелых механизмов (харвестеров, форвардеров, тракторов), при выполнении технологических операций, таких как рубка, трелевка и вывозка древесины, происходит воздействие на различные свойства почвы, напочвенный покров и молодое поколение леса, такие участки, как пасечные и магистральные волока (технологические коридоры), погрузочные площадки подвергаются многократному воздействию, и в меньшей степени подвергается межволочное пространство (пасека). В зависимости от ширины пасек выделяют 3 основных варианта лесосечных работ: узкопасечная, среднепасечная и широкопасечная технологии (Желдак, 2004). Площадь, занимаемая технологическими коридорами при узкопасечной технологии, составляет 15-25 %, среднепасечной – 10-15 % и широкопасечной – 3-6 % (Лаптев, 2014). При разрубке лесосек с использованием многооперационной техники допускается увеличение площади волоков для сплошных рубок до 30 %, а для выборочных до 15 % (Виды лесосечных работ…, 2016). Таким образом, можно отметить, что чем меньше площадь, занятая волоками, тем будет меньше повреждений от лесозаготовительной техники.
Лесозаготовки, главным образом, осуществляются тремя технологиями: деревьями, хлыстами и сортиментами (Karvinen et al., 2006). Каждая из технологий заготовки древесины имеет свои специфические особенности, которые зависят от природных и производственных условий, используемой технологии и доли ручных операций в общем процессе (Gerasimov, Sokolov, 2014). В мировой практике широко распространены все три способа заготовки древесины.
В России доля сортиментной заготовки увеличивается с каждым годом, так как имеет лучшую эффективность, оказывает меньшее влияние на лесную среду и требует меньшего размера погрузочных площадок (Goltsev et al., 2011). Другими причинами являются: появление большого количества лесозаготовительных предприятий с малым объемом заготовки, отсутствие лесоскладского оборудования (Дербин, Дербин, 2016). В Европе преобладает сортиментная технология, например, в Финляндии используется только сортиментный метод заготовки древесины (Leinonen, 2004).
В нашей стране все также популярным остается хлыстовой способ лесозаготовки, традиционный для района исследования. При данной технологии используются бензомоторные пилы или машины валочно-пакетирующего типа, которые занимаются непосредственно валкой деревьев, после чего хлысты (деревья) транспортируются специальными трелевочными тракторами (скиддерами). В России (по данным ВНИИЛМ на 2014 год) 26 % заготавливаемой древесины вывозится на нижние склады в хлыстах. Между тем в США и Канаде хлыстовая технология непрерывно совершенствуется, ее эффективность растет, и просматриваются возможности дальнейшего развития (Суханов, 2012). По разным оценкам хлыстовая технология в США составляет от 15 до 85 % (Hartsough et al., 1997; Leinonen, 2004), в Канаде – 85 % (Суханов, 2012). Таким образом, в зависимости от способа заготовки древесины, применяемой техники и технологии, будет зависеть прямое воздействие на лесорастительную среду.
Воздействие на физические свойства лесной подстилки и подзолистого горизонта почвы
Анализируемые физические свойства (плотность сложения, общая пористость, пористость аэрации) являются наиболее наглядными для оценки воздействия лесозаготовительной техники на лесные почвы (Cambi et al., 2015a).
В таблице 4.1 представлена мощность подстилочно-торфяного (О) и элювиального (El) горизонтов на опытных объектах.
Дополнительно, для уточнения почвенных характеристик, были статистически обработаны данные 25 почвенных разрезов для подзолистого типа почв северо-таежного района по полевым материалам Г.А. Склярова и А.С. Шаровой (1970).
Мощность подстилочно-торфяного (O) горизонта на контроле равна средним данным мощности этого горизонта для северо-таежного района Архангельской области (t0,05 = 0,94). Спустя 21-23 года после проведения длительно-постепенных рубок в зимний период, мощность подстилочно-торфяного (O) горизонта на волоках существенно отличается от контрольного значения (t0,05 = 3,50), а в пасеках средняя мощность соответствует естественному насаждению (t0,05 = 0,86). Схожие результаты были получены после проведения второго приема длительно-постепенной рубки в 2012 г. (зимний период), так мощность подстилочно-торфяного (O) горизонта на волоках существенно ниже средних значений для этого горизонта (t0,05 = 3,05), в пасеках разница не зафиксирована (t0,05 = 0,87).
На лесопогрузочных площадках, спустя 22-23 года, мощность подстилочно-торфяного горизонта не восстановилась до мощности этого горизонта на контроле и средней мощности этого горизонта в смешанных сосново-еловых насаждениях (t0,05 = 4,30). Рубка лесопогрузочных площадок проводилась в летнее-осенний период, а дополнительно на них трелевались хлысты после проведения длительно-постепенных рубок 1993 и 1995. Такая трелевка и привела к значительному повреждению подстилочно-торфяного горизонта на этих объектах.
В контрольном насаждении, мощность элювиального (El) горизонта достоверно отличается от средней мощности этого горизонта для подзолистого типа почв северотаежного района (t0,05 = 2,95), однако такое различие объясняется генезисом и изменчивостью почв в пределах почвенного покрова насаждений, что заметно по лимитам распределения (3,0 и 12,0), особенно минимальных размеров подзолистого горизонта, часто связанной с приуроченностью к крупным деревьям. На других объектах, средняя мощность элювиального (El) горизонта не отличается от средних данных для данного типа почв, что говорит об отсутствие преобразования этого горизонта в связи с воздействием техники при рубках в зимний период. На лесопогрузочных площадках наблюдаются перемешивание подстилочно-торфяного (O) и элювиального (El) горизонта, которое связано с работой техники и трелевкой хлыстов.
В таблице 4.2 представлена плотность сложения подстилочно-торфяного (О) и элювиального (El) горизонтов на опытных объектах.
Плотность сложения подстилочно-торфяного (О) горизонта в пасеках, спустя 21-23 года после проведения длительно-постепенных рубок, по сравнению с контрольным участком существенно отличается (t0,05 = 2,14), но значение коэффициента Стьюдента находится на границе доверительного интервала. На волоках плотность сложения этого горизонта сохраняется достаточно высокой и значительно отличается от контроля (t0,05 = 3,48), несмотря на снеговой покров при зимней лесозаготовке и укрепление волоков порубочными остатками. После второго приема длительно-постепенной рубки плотность сложения в пасеках и волоках также выше контрольных значений (t0,05 = 2,21 и 7,71 соответственно). На лесопогрузочных площадках, спустя 22-23 года, плотность сложения подстилочно-торфяного (О) горизонта также остается высокой (t0,05 = 3,55), но значения меньше, чем после проведения второго приема длительно-постепенной рубки. Полученные результаты согласуются с мнением ряда авторов (Ares et al., 2005; Ampoorter et al., 2007; Picchio et al., 2012).
Плотность сложения элювиального (El) горизонта оказалась существенно ниже в пасеках и волоках длительно-постепенных рубок 1993-1994 гг., пасеках второго приема длительно-постепенной рубки 2012 г. и на лесопогрузочных площадках 1993 и 1994 гг. Такое снижение плотности сложения элювиального горизонта в этом случае объясняется двумя причинами. Во-первых, во время летней трелевки хлыстов на вырубках, происходит перемешивание верхнего подстилочно-торфяного (О) горизонта с элювиальным (El), плотность которого значительно выше, чем первого. Во-вторых, обильное естественное возобновление березы на вырубках ( 7-10 тыс. экз./га) способствует разрыхлению элювиального горизонта, так как в этом слое почвы сосредоточена основная масса мелких корней.
Повышение плотности сложения элювиального (El) горизонта установлено только на трелевочных волоках после второго приема длительно-постепенной рубки 2012 г. (t0,05 = 2,91), что связано с трелевкой хлыстов и проездом тракторов. Трелевочные волока были покрыты снеговым покровом и укреплялись порубочными остатками и поэтому увеличение плотности (на 15 %) оказалось не критичным для данного типа почв.
Схожие результаты были получены при проведении рубок в морозный период (минус 20С) с устойчивым снеговым покровом в буковых лесах Чехии (Modry, Hubeny, 2003). Промерзшие почвы и снеговой покров предполагают лучшую несущую способность (Ballard, 2000). Трелевочные работы в зимнее время на замерзшей почве более эффективны и вызывают меньше повреждений поверхности почвы (Susnjar et al., 2006).
В таблице 4.3 представлена общая пористость подстилочно-торфяного (О) и элювиального (El) горизонтов на опытных объектах.
Общая пористость подстилочно-торфяного (О) горизонта снижается в пасеках после проведения второго приема длительно-постепенной рубки 2012 г., но критерий Стьюдента не достигает доверительных значений (t0,05 = 1,21). Существенно ниже после проведения длительно-постепенных рубок 1993 и 1995 гг. (t0,05 = 1,21), и на лесопогрузочных площадках (t0,05 = 2,90). На волоках первого и второго приемов длительно-постепенных рубок произошли наиболее заметные снижения общей пористости подстилочно-торфяного (О) горизонта (t0,05 =3,05 и 7,29 соответственно). Снижение общей пористости, прежде всего, связано с уплотнением подстилочно-торфяного (О) горизонта как в пасеках, так и особенно на волоках, где происходит сокращение количества макропор, на которые отмечают зарубежные исследователи (Seixas, McDonald, 1997; Ampoorter et al., 2007).
В элювиальном (El) горизонте наблюдается обратная закономерность, в пасеках и волоках длительно-постепенных рубок 1993 и 1995 гг., в пасеках второго приема длительно-постепенной рубки 2012 г. и на лесопогрузочных площадках, общая пористость достоверно увеличилась по сравнению с контрольным насаждением на 7,6-12,6 %. Такое отличие объясняется меньшей плотностью сложения элювиального (El) горизонта, а также с изменением биоморф живого напочвенного покрова и появлением большого количества естественного возобновления березы, которое способствует разрыхлению этого горизонта.
На волоках после проведения второго приема длительно-постепенной рубки произошло снижение общей пористости элювиального (El) горизонта (t0,05 = 2,27), которое связано, прежде всего, с увеличением плотности сложения данного горизонта.
В таблице 4.4 представлена пористость аэрации подстилочно-торфяного (О) и элювиального (El) горизонтов на опытных объектах.
Пористость аэрации подстилочно-торфяного (О) горизонта в пасеках длительно-постепенных рубок 1993 и 1995 гг. не отличается от средних значений на контроле (t0,05 = 0,14), но в пасеках после второго приема длительно-постепенной рубки достоверно снижается (t0,05 = 2,44). Особенно заметно снижение пористости аэрации на волоках первого и второго приемов длительно-постепенных рубок (t0,05 = 4,36 и 7,67 соответственно). На лесопогрузочных площадках аналогично ниже контроля (t0,05 =3,67).
Пористость аэрации подзолистого горизонта на всех исследуемых объектах низкая (11,57-19,97 %). Она является динамичным компонентом почвы, изменяется в зависимости от внешних факторов. В нашем опыте, прежде всего, низкая доля пор, насыщенных воздухом, связана с дождями, которые прошли до сбора образцов. Средняя пористость аэрации для суглинистой минеральной почвы равняется 25 % (Osman, 2013).
Товарная структура насаждений до и после проходных рубок
Для товаризации выбранной, оставляемой и вырубленной во время рубки части древостоя применялась авторская программа материально-денежной оценки по материалам ленточного перечета, разработанная заведующим кафедрой лесоводства и лесоустройства д. с.-х. наук С.В. Коптевым и руководителем территориального органа Министерства природных ресурсов и лесопромышленного комплекса Архангельской области «Холмогорское лесничество» А.А. Шитовым.
Исходными данными, необходимыми для расчета, послужили материалы распределения по ступеням толщины и качественным категориям годности числа деревьев в пределах составляющих древостой пород, высоты по ступеням толщины, площадь перечета, эксплуатационная площадь.
По результатам 31 пробных площадей, заложенных в Северном, Левашском, Верховском, Кирилловском участковых лесничествах Обозерского лесничества и материалов отводов данные были усреднены. До рубки средний запас в данных насаждениях составляет 227 м3/га, средний объем хлыста для сосны – 0,284 м3, ели – 0,109 м3, березы – 0,217 м3, осины – 0,303 м3.
Средняя товарная структура насаждений по породам до проведения проходных рубок представлена на рисунке 6.1.
В исследуемых насаждениях по сосне, березе и осине преобладает средняя деловая древесина, по ели преобладает мелкая деловая древесина. Крупная деловая древесина составляет незначительную часть, наибольшая по сосне, которая варьирует от 0,5 до 18 % в данных насаждениях. Дрова в среднем составляют 18 % от общего запаса, но если рассматривать по породам, то почти 20 и 30 % запаса березы и осины соответственно составляет дровяная древесина.
Средняя товарная структура вырубаемой части насаждений во время рубок представлена на рисунке 5.2.
Средний объем вырубаемого хлыста для сосны составляет 0,325 м3, ели – 0,127 м3, березы – 0,315 м3, осины – 0,371 м3. Средний вырубаемый запас на участках составил 70 м3/га. По всем породам, кроме ели, большая часть вырубаемого запаса приходится на среднюю деловую древесину. У ели почти 60 % выборки составила мелкая деловая древесина. Наибольший выход крупной древесины приходится на сосновую и осиновую хозяйственные секции и составляет порядка 12 %. Около 20 и 30 % дровяной древесины выбирается от общего запаса березы и осины.
Товарная структура насаждений по породам после проведения проходных рубок представлена на рисунке 5.3.
После проведения проходных (комплексных) рубок товарная структура древостоя изменяется незначительно. У хвойных пород товарная структура практически не изменилась. У сосны произошло уменьшение доли крупной древесины в 2 раза, что связано с выборкой самых крупных деревьев в пасеках. Крупная древесина у остальных пород отсутствует. Наибольшие изменения в товарной структуре претерпевают мягколиственные породы. У березы и осины понижается доля крупной и средней и повышается доля мелкой древесины за счет выборки крупных деревьев в пасеках. Доля дровяной древесины в общем запасе остается на прежнем уровне и составляет 18 %. Средний объем хлыста после проведения рубок для сосны составляет 0,275 м3, ели – 0,106 м3, березы – 0,181 м3, осины – 0,174 м3. Запас древостоя – 171 м3/га.
Таким образом, можно отметить, что в оставшейся части древостоев после проведения проходных (комплексных) рубок не происходит изменения в строении по диаметру, высоте и не приводит к существенному изменению товарной структуры. За счет выборки крупных деревьев в пасеках уменьшается доля крупной древесины по всем породам и повышается доля средней и мелкой древесины. Объем дровяной древесины остается на прежнем уровне как отдельно по породам, так в общем запасе. Деревья из тонкомерной части практически не выбирались, либо в отдельных случаях, когда они мешали для получения деревьев из крупных и средних ступеней. Это говорит о том, что промышленные рубки ухода проводятся не только исходя из лесоводственной оценки, но и экономической. При проведении машинной заготовки отдельные сухостойные деревья оставлялись в пасеках для сохранения биологического разнообразия, их выборка проводилась только в технологических коридорах.
Текущий прирост по радиусу и качество древесины в еловых насаждениях
Для изучения реакции еловых древостоев на проведение выборочных рубок разной интенсивности в Ижемском участковом лесничестве Архангельского лесничества в квартале 102 в выделах 4 и 6 были заложены временные пробные площади. Объектами исследования являются перестойные еловые древостои, пройденные добровольно-выборочными рубками 15 и 17 лет давности. Таксационная характеристика приведена в приложение А. Для изучения прироста деревьев на высоте груди были взяты по 20 кернов у деревьев ели на контроле, в насаждении, пройденном рубкой умеренно высокой интенсивности (39 %), и умеренной интенсивности (23 %) (Ильинцев и др., 2017). На кернах измерена величина прироста по радиусу (ширина годичного кольца) с 1980 г. до 2013 г., т.е. за последние 34 года. Всего было измерено 2040 годичных колец. По средним значениям был построен график изменения текущего прироста по радиусу (рисунок 7.2).
После проведения добровольно-выборочной рубки интенсивностью 39 % в 1998 году, происходит снижение прироста по радиусу в течение 3 -х лет. Таким образом, ель в течение 3-х лет адаптируется к изменениям среды, затем с 2001 года начинает стабильно увеличивать прирост на протяжении 9 лет (таблица 6.5).
Деревья ели дают прирост в 2 раза и более превышающий прирост по радиусу ствола до рубки. Максимальное значение прироста наблюдается в 2010 году в насаждении, пройденном рубкой интенсивностью 39 %, и составляет 1,80±0,12 мм. В то же время в насаждении, не затронутом рубкой, максимальный прирост равен 1,13±0,09 мм. Минимальное значение прироста в насаждении, пройденном рубкой, наблюдается в 2001 году и составляет 0,70±0,11 мм. Минимальное значение прироста в нетронутом насаждении зафиксировано в 1990 году – 0,50±0,04 мм.
В 2000 году в выделе 6 так же была проведена добровольно-выборочная рубка интенсивностью 23 %, после которой происходит снижения прироста в течение 1 года. Деревья ели быстро отозвались на проведение рубки, и уже в 2002 году произошло увеличение прироста по радиусу. На протяжении 8 лет происходило увеличение прироста. Максимальное значение прироста наблюдается в 2007 и 2009 годах и составляет 1,19±0,13 и 1,19±0,10 мм соответственно. Минимальное значение прироста наблюдается в 2001 году и составляет 0,5±0,06 мм.
Необходимо отметить, что синхронные колебания в снижении прироста, вероятнее всего связаны не только с проведением добровольно-выборочной рубки, а также с метеорологическими условиями.
В результате сравнения средней ширины годичного слоя по годам у деревьев в насаждении, пройденном рубкой интенсивностью 39%, и в нетронутом можно отметить, что величина прироста достигает достоверных значений различия в отдельные годы после проведения рубок: на 0,95 % уровне вероятности безошибочных прогнозов в 2005 г. (tф = 2,68), на 0,99 % – 2008 г. (tф = 2,96) и 2011 г. (tф = 2,82), на 0,999 % – 2009 г. (tф = 3,74) и 2010 г. (tф = 4,47), в остальных случаях различие не доказано.
Средняя величина прироста древесины на 0,95 % уровне вероятности отличаются в 2000, 2001 и в 2006, 2008 годах на 0,99 % уровне вероятности, в остальных случаях различие не доказано. Причем необходимо отметить, что за 4 года до рубки средняя величина прироста в выделе 6 становится меньше, чем в насаждении, не затронутом рубкой. После проведения рубки средняя величина текущего прироста падает и начинает возрастать после 2004 года.
В таблице 6.6 представлена средняя величина годичного прироста деревьев ели до и после проведения добровольно-выборочных рубок.
Анализируя, среднюю ширину годичного слоя до и после проведения добровольно-выборочной рубки интенсивностью 39 %, установили существенное различие на любом вероятностном уровне(tф = 3,76). После рубки интенсивностью 23 % такое различие не доказано (tф = 1,50).
Средняя ширина годичного слоя в нетронутом насаждении составляет 0,78±0,02 мм. Коэффициент изменчивости составляет 16,59 %.
Процент поздней древесины традиционно рассматривается как важнейший фактор, влияющий на плотность древесины (Чибисов, Москалева, 2000).
Средний процент поздней древесины ели до и после проведения добровольно-выборочных рубок представлен в таблице 6.7.
По нашим данным, средний процент поздней древесины у деревьев до рубки интенсивностью 39% составляет 29,82±0,65 %, а после рубки 28,80±1,10 %. Показатель tф = 0,79 говорит об отсутствии различий на всех уровнях вероятности. Коэффициент изменчивости составляет 9,52 % и 14,78 % соответственно.
Средний процент поздней древесины у деревьев до рубки интенсивностью 23 % составляет 34,29±0,95 %, а после рубки 37,88±1,24 %. Показатель tф = 2,3 говорит об установлении различия на 0,95 % уровне вероятности. Коэффициент изменчивости составляет 12,09 % и 12,63 % соответственно.
Средний процент поздней древесины у деревьев, расположенных в нетронутом насаждении составляет 29,37±0,69 %. Коэффициент изменчивости составляет 13,34 %.
Базисная плотность в нетронутом насаждении составляет 415±4 кг/м3. Базисная плотность в выделе 4 до проведения добровольно-выборочной рубки интенсивностью 39 % составляла 417±6 кг/м3, после рубки – 409±7 кг/м3. Показатель tф = 0,8 говорит об отсутствие различия на всех уровнях вероятности. В выделе 6 базисная плотность до проведения добровольно-выборочной рубки интенсивностью 23 % составляла 438±7 кг/м3, после рубки – 459±7 кг/м3. Изменение плотности связано с увеличением ширины годичного слоя и процентом поздней древесины. Показатель tф = 2,1 говорит об установлении различия на 0,95 % уровне вероятности (Ильинцев и др., 2017).
Проведение добровольно-выборочных рубок в еловом насаждении способствует увеличению радиального прироста оставленных деревьев по сравнению с нетронутым насаждением. Увеличение прироста не снижает качество формирующейся древесины и после рубки плотность древесины остается на высоком уровне.
Соблюдение всех требований, рекомендаций и правильная организации работ при проведении добровольно-выборочных рубок в высоковозрастных ельниках в северотаежных условиях, а также учет биологических особенностей древесных пород, оказывает положительное влияние на формирование сложных по структуре и строению насаждений, на сохранение защитных и средообразующих свойств леса и рациональное использование лесных земель.