Особенности формирования смешанных древостоев , товарная структура и плотность древесины сосны и ели Данилов Дмитрий Александрович

Содержание к диссертации

Введение

1. Состояние проблематики .12

1.1 Ландшафтная основа лесных дендроценозов 12

1.2 Лесоводственные исследования смешанных древостоев сосны и ели.. 16

1.3 Конкурентные отношения в смешанных многовидовых древостоях 21

1.4 Влияние состава древостоя и лесохозяйственных воздействий

на плотность древесины сосны и ели, на е макро- и микростроение .27

2. Общие сведения об объектах исследования .37

2.1 Природно-географическая характеристика региона исследования .37

2.2 Характеристика лесного фонда Ленинградской области .59

2.3 Объекты исследования .66

3. Методология 72

3.1 Методы изучения ландшафтной структуры .71

3.2 Метод пробных площадей 75

3.3Моделирование хода роста древостоев

3.4 Статистические методы обработки полученных результатов 77

3.5 Методика определения конкурентных взаимоотношений в смешанных древостоях 81

3.6 Методика исследований характеристик древесины 87

3.7 Объем выполненных работ

4. Ландшафтные особенности распространения смешанных хвойных насаждений в ленинградской области 94

5. Влияние состава древостоя на таксационные показатели и товарную структуру 139

5.1 Влияние состава модальных хвойных древостоев сосны и ели на таксационные показатели 140

5.2 Особенности формирования запаса и товарной структуры модальных хвойных древостоев сосны и ели к возрасту спелого насаждения 158

5.3 Оптимальный состав смешанного хвойного древостоя 170

6. Конкурентные взаимоотношения в смешанных древостоях 188

6.1 Показатели асимметрии и эксцесса кривых рядовраспределения по ступеням толщины в смешанных хвойныхдревостоях, как мера конкурентных взаимоотношений пород 189

6.2. Определение конкурентных отношений в смешанных елово-березовых древостоях 202

6.3. Определение конкурентных взаимоотношений в смешанных сосново-елово-лиственных древостоях 207

6.4. Влияние состава приспевающих и спелых смешанных хвойных древостоев на конкурентные взаимоотношения между породами 213

7. Влияние состава древостоя на анатомическое строение и плотность древесины сосны и ели 231

7.1 Конверсионные уравнения для определения базисной плотности древесины сосны и ели 231

7.2 Влияние состава древостоя на макростроение и плотность древесины ели и сосны в модальных древостоях .233

7.3 Влияние лесохозяйственных воздействий на анатомическое строение и плотность древесины ели и сосны 249

7.3.1 Влияние комплексного ухода на показатели плотности древесины сосны и ели .265

7.3.2 Влияние химического ухода на макростроение и плотность древесины сосны и ели 280

7.4 Взаимосвязь показателей строения ксилемы сосны и ели с плотностью древесины в насаждениях, выращиваемых по интенсивной технологии 285

Общие выводы и рекомендации 305

Список использованных источников .311

Приложение 3

• Лесоводственные исследования смешанных древостоев сосны и ели..
• Характеристика лесного фонда Ленинградской области
• Статистические методы обработки полученных результатов
• Определение конкурентных отношений в смешанных елово-березовых древостоях

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Смешанные хвойные древостои с преобладанием ели и сосны на Северо-Западе РФ занимают, по данным ГУЛФ в различных областях от 25 до 30% земель лесного фонда. В зеленомошной серии типов леса смешанныехвойные древостои занимают до 70% площади лесного фонда.Особенности своего роста эти древостои проявляют в ландшафтных районах на различных почвах. Действующая нормативная база проведения уходов за лесом направлена на выращивание чистых по составу хвойных насаждений. Однако вопрос большей производительности чистых или смешанных хвойных насаждений в условиях зеленомошной группы типов леса носит спорный характер. Ведение многоцелевого хозяйства в смешанных хвойных древостоях в зависимости от ландшафтных особенностей пока не имеет полновесного научного обоснования.Поэтому выбор состава древостоя является ключевым.В то же время при оптимизации состава насаждения необходимо соблюсти баланс между качест-вомдревесины и её количеством на единице площади.

Степень разработанности темы исследования. Среди факторов, определяющих производительность смешанных хвойных насаждений, важное место занимает состав. Однако во многих исследованиях вопросы оптимизации породного состава не увязаны с возрастом хвойных пород по ярусам, условиями произрастания и многими другими факторами.

Доля участия сосны и ели в смешанных по составу насаждениях по основным ландшафтным районам для условий Ленинградской области рассматривается во многих работах. Однако при этом не уделялось должного внимания тому, какой породный состав преобладает в основных типах леса.

Исследования конкуренции между древесными породами в смешанных дре-востоях имеют достаточно богатую историю, но выводы авторов весьма противоречивы. Между тем, при известной степени напряжённости взаимоотношений всложном по строениюдендроценозе,нежелательную дифференциацию деревьев в ярусах насаждения можно регулировать посредством своевременных рубок.

Влияние состава хвойного древостоя на плотность древесины отдельных по-родпрактически не исследовано. В этой связи приоритетным направлением является влияние рубок ухода и других лесохозяйственных мероприятий на качественные и количественные показатели смешанных хвойных древостоев.Недостаточно изучена связь между структурными элементами ксилемы и плотностью древесины сосны и ели, в древостоях как естественного, так и искусственного происхождения.

Цель и задачи исследования.Цель исследования -оптимизация режимов ведения хозяйства в смешанных хвойных древостоях с различной долей участия сосны и ели для преобладающих лесорастительных условий региона.

Для достижения поставленной цели исследований необходимо было решить следующие основные задачи:

1) обобщить результаты ранее проведённых исследований модальных хвойных древостоев с преобладанием сосны или ели, выявить малоизученные аспекты ведения хозяйства в смешанных древостоях;

1. изучить особенности структуры смешанных хвойных древостоев с разной долей участия сосны и ели;

2. определить влияние лесохозяйственных уходов на макро- и микроструктуру древесины сосны и ели в естественных насаждениях и в лесных культурах;

3. выявить закономерности изменения плотности древесины сосны и ели в зависимости от строения ксилемы, состава древостоя и режима рубок ухода;

4. разработать методику оценки конкурентных взаимоотношений в полидоминантных древостоях на основе принципа Р.М. Мак-Артура, определить на её основе направленность динамики взаимоотношений древесных ярусов в смешанных хвойных насаждениях;

5. разработать практические рекомендации по режиму ведения хозяйства в естественных и искусственных смешанных хвойных древостоях для получения максимальных запасоввысококачественной древесины.

Решение поставленных задач позволит организовать ведение хозяйства с учетом условий произрастания смешанных древостоев сосны и ели естественного происхождения и в лесных культурах.Посредствомрегулярных рубок ухода можно получить к возрасту спелости оптимальную структуру смешанного хвойного древостоя наряду с высоким качеством древесины.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. в основных ландшафтах Ленинградской области проведено комплексное, системное изучение закономерностей роста смешанных древостоев с преобладанием сосны илиели в породном составе;

2. на базе объектов, имеющих длительную историю наблюдений (1929 -1976 гг.), и на временных объектах получены новые материалы и разработаны методологические положения по ведению хозяйства в модальных хвойных древо-стоях с различной долей участия сосны и ели;

3. на обширном материале выявлены закономерности роста и динамики структуры спелых модальных хвойных древостоев, не затронутых рубками;

4. разработана методика выявления конкурентных взаимоотношений в сме-шанныхдендроценозах в зависимости от их состава;

5. на базе обширных исследований разработаны конверсионные уравнения, позволяющие с высокой степенью достоверности определять плотность древесины ствола ели и сосныс отбором образцов на высоте 1,3 м;

6. выявлены закономерности влияния состава насаждения на качественные и количественные показатели древесины сосны и ели;

7. выявлены закономерности формирования качественных показателей древесины сосны и ели, выращиваемой по ускоренной технологии.

Теоретическая значимость работы состоит в том, что доказаны:влияние состава смешанного древостоя на плотность древесины составляющих его пород к возрасту спелого насаждения;зависимость плотности древесины ели при интенсивном лесовыращивании на этапе средневозрастного древостоя (30-40 лет) от количества и размерных показателей клеток ранней ксилемы;выявлены: особенности распространения смешанных древостоев сосны и ели в основных ландшафтах Ленинградской области;особенности формирования плотности древесины в хвойных древостоях после лесохозяйственных воздейст-4

вий; данообоснование организационно-технических показателей комплексного и химического ухода за лесом, рубок спелых и перестойных древостоев; предложенановая методика определения конкурентных взаимоотношений между породами; раскрыты новые неизученные аспекты влияния состава насаждения на качественные и количественные характеристики древесины;получены новые сведения о формировании хвойных древостоев рубками ухода в разных лесораститель-ных условиях.

Практическая значимость работы. Полученные материалы могут быть использованы для разработки нормативной документации по ведению хозяйства в смешанных хвойных модальных древостоях на Северо-Западе РФ. Полученные данные по качественным и количественным характеристикам древесины сосны и ели, выращиваемой по ускоренной технологии, могут быть рекомендованы для плантационноголесовыращивания. Разработанные конверсионные уравнения для расчёта плотности древесины ствола могут применяться для экспресс-анализа качества древесины в полевых условиях.Даны предложения по оптимизации режима лесовыращивания смешанных древостоев сосны и ели с целью получения высокопроизводительных насаждений к возрасту спелости.

Методология и методы исследования. Идея исследования основана на анализе структурных особенностей и роста смешанных древостоев сосны и ели в наиболее представленных типологических условиях обширного региона.

Главное условие сравнения изучаемых объектов – обеспечение их сопоставимости в той мере и в такой форме, которые диктуются задачами научного исследования. Применительно к различным фитоценозам это означает создание условий для корректного сравнения их биологических показателей на основе соблюдения статистических и ландшафтно-экологических требований. Рассматривая лесную экосистему как единое целое, необходимо учитывать, что онаобладает эмерджентными свойствами, т.е. представляет общностьвсех растительных ярусов, иизменение одного из них отражается на поведении всей системы. В этой связи интерпретация полученных данных в ходе исследования осуществлялась в рамках теории систем, объясняющей процессы, протекающие в лесных ценозах, как незатронутых хозяйственным воздействием, так и подвергавшихся таковому. Для проведения экспериментальных работ использованы стационарные объекты с более чем 85-летним сроком наблюдений и разными вариантами опытов, временные пробные площади и производственные объекты, расположенные в лесничествах Ленинградской области. Длительность периода опытов позволяет сохранять методологическую преемственность в сборе и обработке получаемой информации.

Теория построена на проверяемых в процессе исследований данных и фактах, полученные результаты согласуются с опубликованными экспериментальными данными других исследователей.

Использованы общепринятые таксационно-лесоводственные полевыемето-ды сбора экспериментальных данных. Исследования структурных элементов ксилемы сосны и ели проводились на базе цифрового электронного микроскопа LEICA DVM5000 с программным обеспечением LeicaApplicationSuite. Полученный материал обрабатывался методами математической статистики с помощью

приложения MicrosoftExcel и пакета прикладных программ «StatPlus 2011», «WinGis», «Gis-Панорама 2008, 10.6.3».

Положения, выносимые на защиту. На основе полученных результатов в диссертации сформулированы и обоснованы следующие положения:

8. закономерности формирования смешанных хвойных древостоев с преобладанием сосны или елив зависимости от ландшафтного района и почвенно-экологических условий;

9. динамика древесных ярусов в модальных хвойных древостоях в зависи-мостиот состава насаждения;

10. изменение товарной структуры древостоя в зависимости от долевого участия сосны и ели;

11. методика оценки конкурентных взаимоотношений хвойных породи выявленные закономерности конкуренции в полидоминантных древесных сообществах;

12. влияниена плотность древесины структуры ксилемы, состава древостоя и лесохозяйственных мероприятий;

13. рекомендации по оптимизации режима выращивания смешанных хвойных древостоев для получения древесины с прогнозируемой плотностью;

14. предложения производству по повышению производительности смешанных хвойных древостоев в основных типах леса.

Степень достоверности результатов. Достоверность результатов обеспе-ченаобширным объемом полевого и лабораторного экспериментального материала. Достоверность различий между показателями определена на 95-процентном доверительном уровне.

Апробация результатов. Работа над диссертацией осуществлялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ кафедры лесоводства Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета: «Основные закономерности, динамика и меры регулирования восстановительных процессов в нарушенных хозяйственным воздействием лесных фитоценозах Северо-Запада России», № госрегистрации 01200008412; “Лесоводственно-экологическая оценка структурных и функциональных изменений в нарушенных хозяйственным воздействием лесных экосистемах Северо-Запада России”; «Совершенствование мер хозяйственного воздействия на лесные экосистемы в целях повышения устойчивости и биоразнообразия лесов Северо-Запада Российской Федерации», № госрегистрации 01.200.117898.

Результаты исследований представлены на конференциях, семинарах и совещаниях различного уровня: ежегодных конференциях кафедры лесоводства по итогам научно-исследовательских работ в 2011-2016 годах; 2^nd Conference European Applied Sciences: modern approaches in scientific researches, Stuttgart, Germany, 2013 год; «Towards a Sustainable Bioeconomy», Барселона, Испания, 2015 год.

Личный вклад автора. Диссертация выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова» на кафедре лесоводства. Автором сформулирована научная проблема, разработана программа, определена методика исследований. Совместно

с коллегами осуществлен сбор полевого материала, его первичная обработка, составление баз данных. Лично автором проведены подготовка образцов древесины и их исследования на микроскопе, выполнены статистическая обработка, анализ и обобщение материала, подготовка выводов и рекомендаций.

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 2 монографиях, 2 учебных пособиях, 68 статьях, опубликованных в научных изданиях, в том числе 26 работ в рецензируемых научных журналах и изданиях по списку ВАК (одна статья индексируется в SCOPUS).

Благодарности.Приношу глубокую благодарность своим научным кон
сультантам д.б.н., профессору А.В.Грязькину, д.с.х.н., профессору А.П.Смирнову,
а также д.с.х.н., профессору Н.В.Беляевой, за неоценимую поддержку.Автор вы
ражает глубокую признательность д.с.-х.н., профессору А.Н. Мартынову, д.с.-
х.н., профессору А.В.Жигунову, д.б.н., профессору В.Б.Скупченко,
д.б.н., профессору В.А.Соловьёву и к.б.н., доценту В.К.Зайцевой за участие в об
суждении результатов работы и ценные советы.Признателен своим коллегам к.с.-
х.н., доценту Е.Н. Кузнецову, к.с.-х.н., доценту О.И. Григорьевой, к.с.-х.н., доцен-
туС.В. Навалихину, ассистенту Д.А.Зайцеву, совместно с которыми проведен
сбор большей части полевого материала.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, рекомендаций, списка литературы из 431 наименований. Текст диссертации изложен на 407 страницах, включает 96 таблиц,117 рисунков и 4 приложения.

Лесоводственные исследования смешанных древостоев сосны и ели..

Ландшафтные комплексы в связи с лесными сообществами рассматривался в работах многих авторов. Число натурных исследований, где нашло отражение представление о взаимосвязи лесных бигеоценозов и ландшафтов растт: Ипатов (1995, 1996); Ильинская, (1980); Маврищев и др.,(1988); Сорокина, (1987); Суворов, (1989); исследования по Карелии: Раменская, 1964, 1965, 1975; Воронова и др., (1966); Ронконен, (1975); Раменская, Шубин, (1975); Громцев, Волков, (1999, 2000, 2008, 2009); Антипов, Семнов, (2002, 2006, 2009, 2010); в Сибири: Максутова, Скупинова, Черепанова, Болотова, (2007); в Вологодской области: Хорошев, (2009); в Костромской области: Сенников, (2005); Северо-западный регион: Васильева, (1947); в Псковской области: Григорьева, (1975); Фомин, Романюк, (1999, 2001, 2002); в Ленинградской области: Федорчук, Нешатаев, (1985, 2002, 2005); и другие многочисленные работы по этому вопросу [2-4,28,33,54,71,82,89,90,104,109-114,125,129,131,135,176,195,199 ,215,251,290,291,300,312,315]. Во всех этих работах затрагиваются комплекс вопросов ландшафтного направления, связанных с лесными фитоценозами.

Вопросы оптимизации ведения лесного хозяйства на ландшафтной основе рассматривались в работах многих авторов: Бурневский, Столяров, Романюк, (1992, 1994, 1996); Громцев, (2008, 2009); Дыренков, (1974, 1982, 1984); Зайченко, Калашников, (1985); Зиганшин, (1981, 1985, 1986); Калашников, (1981); Киреев, Сергеева, (1990, 2008); Петров, (2008, 2011); Федорчук, Шорохова и др., (1998, 2001, 2002); Чертов, (1974, 1980, 2009).

Исследования Б.Д.Романюка (2008) показали, что производительность преобладающей породы, типа леса, возраста, даже в территориально близких ландшафтах может существенно различаться. Границы ландшафтного комплекса постоянны и относительно однородны. Поэтому ландшафтная основа может быть использована при инвентаризации лесов статистическими методами. Из-за стабильности, лесоустроители иногда предлагают считать ландшафты или ландшафтные местности хозяйственными секциями и согласовывать с их особенностями выбор хозяйственных мероприятий [259,260].

Ландшафтная основа позволяет сделать административно хозяйственные единицы более однородными путем согласования границ лесничеств (объездов, обходов) с природными рубежами, т.е. с ландшафтной основой (Киреев, 2002). Выбор целевых пород применительно к особенностям ландшафтов предлагается делать с учетом гидрологических функций этих пород [135,205,206,220]. А.Д.Волков (1991) считает, что в типологической классификации Сукачева нужно ввести ландшафтные признаки. Ландшафтный подход - не альтернатива, а дополнение к зонально типологическому подходу, и требуется внесение поправок с учетом особенностей ландшафта. В.Н.Федорчук (1994,2005) отмечает, что при проведении лесохозяйственных мероприятий недостаточно учитываются геохимические, гидрологические и климатические связи, которые существуют между территориальными единицами внутри ландшафта.

Во всех этих работах рассматривались или отдельные аспекты исследований лесных биоценозов применительно к ландшафтам или проводилась индикация древесных фитоценозов в рамках соответствия лесотипологических классификаций и ландшафтного подхода к данной проблематике. Объектами исследований становились однодоминантные сообщества сосны и ели, и изучалось их развитие в рамках ландшафтных единиц или рангов. Вопрос распространения смешанных древесных сообществ сосны и ели применительно к конкретному ландшафту рассматривался чаще в плане сукцессионных смен.

Рассматривая вопрос антропогенного воздействия на хвойные фитоценозы Северо-западного региона, необходимо отметить, что смена породного состава лесов происходит в рамках ландшафтной структуры тажной зоны [70,71]. Вопрос преобладания ели или сосны в том или ином ландшафте в последнее время должен рассматриваться с точки зрения лесохозяйственной освоенности конкретного ландшафта. Произошедшая трансформация естественной структуры хвойных древостоев за последние 200 лет привела к фактическому исчезновению коренных сообществ в отдельных ландшафтах региона. Естественно восстановившиеся сообщества находятся на разных стадиях сукцессионного развития. Вопрос условно коренных сообществ и длительно-производных относительно хвойных древостоев в настоящее время дискуссионный, так как интерполируются данные исследований, полученные на различных стадиях сукцессий хвойных древостоев, на ход изменений в древесных фитоценозах в целом. Применительно к этому могут быть разновариантные и во времени, и по форме смены пород или длительное сосуществование в рамках конкретного ландшафта. Антропогенное воздействие на лесные экосистемы часто вносит свои коррективы в естественный ход развития лесных сообществ. Хотелось отметить, что смешанные хвойные насаждения сосны и ели отличаются наибольшей продуктивностью и устойчивостью к неблагоприятным условиям среды, болезням и вредителям. Они в большей степени по сравнению с чистыми насаждениями выполняют средообразующие и защитные функции. По нашему мнению проблематика функционирования в ландшафте как элементе биогеоценоза смешанных полидоминантных сообществ сосны и ели в настоящее время не раскрыта и проведнные ранее исследования не носят законченный характер.

Характеристика лесного фонда Ленинградской области

Ландшафт Северо-Западного Приладожья сформирован на фундаменте из прочных гранитных пород архейского возраста. Рельеф его сильно расчленен, часты крутые и обрывистые скальные склоны. На вершинах и крутых склонах сельг растут редкостойные сосняки с лишайниковым покровом, на их пологих склонах сосняки (брусничники и черничники), а на северо-восточных склонах ельники-черничники [308,309,].

Ландшафты Северо-восточной части региона представлены 3-мя группами ландшафтов. Низменные озерно-ледниковые заболоченные песчаные равнины, аналогичные южно-таежным озерно-ледниковым заболоченным песчаным равнинам, представлены на территории Яндебо-Шокшинским ландшафтом, расположенным на водоразделе рек Свири и Ояти, где среди равнин возвышаются камы и много озер. На дренированных участках здесь произрастают зеленомошные сосняки, а в слабо дренированных понижениях распространены заболоченные сосняки, ельники, березняки и массивы преимущественно верховых болот [192,290,291].

Ландшафты низменных моренных заболоченных равнин аналогичны южно-таежным заболоченным равнинам. Различия связаны с географическим положением на крайнем северо-востоке области и с более холодным климатом. Выделяются Свирско-Олонецкая и Верхне-Свирская равнины. Свирско-Олонецкая равнина расположена, в основном, в пределах Карельской АССР, сложена валунными суглинками с группами моренных холмов. Преобладают еловые и березовые среднетаежные леса на сильно- и среднеподзолистых, а также болотно-подзолистых почвах. Верхне-Свирская равнина приурочена к древней впадине. Значительная часть территории сильно заболочена, ее окраины несколько выше и умеренно дренируются, они покрыты елово-березовыми зеленомошными и травяно-зеленомошными лесами.

Ландшафты холмисто-моренных возвышенностей на основании из бескарбонатных коренных пород это Олонецкая гряда, Свирско-Оятский ландшафт и Шокшинская гряда. Олонецкая гряда представлена своей южной частью (северная расположена в Карелии) с обилием озер, сильно расчленена. Река Свирь пересекает Олонецкую гряду, формируя глубокую долину с крутыми склонами. В естественном виде преобладают ельникии сосняки черничники на типично подзолистой почве. Под влиянием антропогенных воздействий хвойные древостои частично замещены мелколиственными лесами. Свирско-Оятский ландшафт занимает северо восточную часть древней равнины, сложенной пестроцветными песчано глинистыми породами девонского периода, придающими яркий красноватый оттенок покрывающей их морене. Рельеф этого ландшафта довольно разнообразный – пересеченные холмисто-моренные участки чередуются с волнистыми моренными равнинами, группами камов и озерно-ледниковыми впадинами. Река Оять течет в глубокой древней долине, много небольших озер. Почвенно-растительный покров также пестрый, местами приближается к южно-таежному. Первичные еловые леса разных типов в значительной степени замещены березняками. Шокшинская гряда тянется вдоль Онежского озера. Основание ее сложено плотными верхнепротерозойскими породами, перекрытыми маломощным валунным суглинком.

Преобладающие леса - хвойно-мелколиственные на подзолистых почвах. На склонах, обращенных к Онежскому озеру, в лесах наблюдается примесь дубравных кустарников и трав. Понижения между грядами заняты сфагново-травяными болотами.

Почвы. В условиях превышения количества осадков над испарением с поверхности суши, что характерно для Северо-Западного региона, на территории области главным образом образуются почвы подзолистого типа, бедные перегноем и отличающиеся высокой степенью кислотности [28,120,121]. Другой характерной особенностью является значительная переувлажненность большинства почв региона. При этом, на суглинках, в низких местах с повышенным накоплением влаги, преобладают сильноподзолистые почвы с мощным верхним слоем, с увеличением высоты – среднеподзолистые почвы, на супесях и песках – слабоподзолистые почвы. Там, где преобладает травяная растительность – на лесных вырубках, в редких смешанных или лиственных лесах, образуются дерново-подзолистые почвы [290,313,314].

В целом, для региона характерна значительная неоднородность почвенного покрова. Характер распространения по территории бассейна различных типов почв зависит от состава почвообразующих пород, характера растительного покрова, рельефа местности и режима увлажнения. Так, типично подзолистые почвы в основном распространены на севере. В центральной и южной частяхобласти преобладают разновидности дерново-подзолистых почв. Например, бассейны рек Тосна и Волхов отличаются глинистыми и тяжелосуглинистыми разновидностями почв, в районе Тихвина и в Лужском районе (бассейн рек Сясь, Тихвинка и Луга.) широко распространены песчаные почвы [28].

На территории Ижорской возвышенности и в Верхнелужском ландшафте, на породах, содержащих известь, которая нейтрализует кислотность и предохраняет верхний слой почвы от вымывания, сформировались дерново-карбонатные почвы. Это лучшие среди почв, так как они богаче других перегноем и минеральными веществами, а также имеют хорошо выраженную комковатую структуру. Их часто называют «северными черноземами».

Статистические методы обработки полученных результатов

Объекты при ландшафтных исследованиях классифицировались на смешанной эвристико-статистической основе, так как формальные процедуры на определенном этапе добавляют необходимую долю объективности к интуиции исследователя.

Для получения, стандартизации и анализа разнородных данных по ресурсно-экологическому потенциалу лесных территорий в рамках исследования был использован методологический подход, имеющий ряд особенностей: - объектами являются лесные территории, выделенные не только в рамках административного деления, но и по ландшафтным признакам; - применяется количественная оценка состава древостоев, отражающих состояние и динамику лесных территорий; - при анализе природных объектов разной величины и сложности учитывается иерархичность пространственных уровней; - для изучения смешанных хвойных фитоценозов сочетаются экосистемный, сукцессионный и ландшафтный подходы.

При исследовании особенностей ландшафтного распространения смешанных древостоев с преобладанием сосны и ели использовались ландшафтные карты региона исследования и база данных ГУЛФ по Ленинградской области, а также регламенты и таксационные описания, картографический материал районных лесничеств [108,110,149,153,211]. Анализ распределения смешанных древостоев производился на основании подсчета суммарной площади каждой ассоциации в соответствующем ландшафте ( приложение1).

Анализ индексов, используемых для оценки выравненности, показал, что наиболее отвечает требованиям измерения сбалансированности связей индекс Шеннона. Этот наиболее распространенный показатель разнообразия, его широкое использование привело к постановке вопроса о достоверности различий между значениями Н в разных биотах. Данная проблема актуальна фактически для всех индексов разнообразия, на сегодняшний день она корректно решена лишь для индекса Шеннона [175,183,196,212,284]. Величину этого индекса рассчитывали по формуле: H=-Ypi log2pi, где Н - разнообразие в битах, pi- удельное обилие сообщества Индекс Шеннона не имеет верхнего предела значений. Для биот, представленных 100 видами, при невысоком уровне доминирования его значения колеблются в диапазоне от 1 до 2,5 (для варианта с десятичным логарифмом).

Индекс разнообразия Шеннона - измеряет многообразие, основанное на двух компонентах: встречаемость и равномерность, т.е. числе типов выделов в ландшафте (композиционный компонент), и их равномерном распределения среди исследуемой области (структурный компонент) [175]. Если индекс равняется нулю, то в таком случае мы имеем один контур на исследуемой территории. Возрастание значения индекса связано с пропорциональным увеличением числа контуров или их распределения [27,22,162]. Индекс также широко применяется для оценки уровня биоразнообразия и применительно к ландшафтам определяется по формуле: где Si – площадь i-го вида ландшафта, S – общая площадь территории, n – количество видовландшафтов на данной территории.

Основной задачей, следующей за расчтом индексов, является интерпретация результатов, формулировка выводов о реально существующих закономерностях и особенностях ландшафтного разнообразия изучаемой территории по рассчитанным показателям.В качестве территорий, являющихся объектом оценки ландшафтного разнообразия, могут выступать административные единицы (районы и области), ландшафтные единицы (ландшафтные районы и провинции) [162,210,212]. При этом, очевидно, нужно учитывать, что индекс Шеннона отражает степень функционального единства компонентов древесных биоценозов, обеспечивающего их нормальное существование в конкретных условиях среды. Так же нами использовался индекс разнообразия (доминирования) Симпсона: C=Z(m/N), где пі– оценка значимости каждого вида (численность или биомасса), N - сумма оценок значимостей. Индекс Симпсона указывает на доминирование тех или иных видов сообщества [243]. Индекс Симпсона принимает значения от 0 (доминирование отсутствует, т.е. все виды представлены одинаковым числом) до 1 (доминирование абсолютное, т.е. все обнаруженные объекты относятся к одному виду).

Высокий уровень доминирования можно констатировать, если индекс Симпсона превышает значение 0,1. Поскольку при возведении в квадрат малых отношений ш /N получаются очень малые величины, индекс Симпсона возрастает по мере доминирования одного или нескольких видов.

Если уровень доминирования невысок, значит условия на исследуемой территории благоприятны для большинства видов. Если же доминирование достигает значительных величин, значит условия благоприятны лишь для нескольких преобладающих видов, а остальные находятся в угнетенном состоянии [175,185]. Таким образом, чем выше уровень доминирования, тем более неблагоприятными для изучаемой группы видов являются условия обитания на данной территории. Выбор между использованием индексов доминирования и выравненности основан лишь на том, какую особенность изучаемой биоты хочет подчеркнуть исследователь. Например, экстремальность условий выражается через доминирование, а сложность видового спектра – через выравненность.Наиболее широко используемой мерой выравненности видового спектра служит индекс Пилоу (англ. Pielou Index), вычисляемый по формуле: EH =H/ H max, где Н – фактическое значение индекса Шеннона; Нmax – максимальное значение индекса Шеннона для данного числа старших таксонов: Нmax= lgN , где N – число видов в биоте. Индекс Пилоу, таким образом, является модификацией индекса Шеннона, получаемой путем исключения из него параметра видового богатства [22,175,183]. Он указывает на то, насколько фактическое значение индекса Шеннона приближается к значению, максимальному для данного числа видов.

Индекс Пилоу принимает значения от 0 (выравненность отсутствует, т.е. все найденные образцы относятся к одному виду) до 1 (выравненность максимальна, т.е. все виды представлены одинаковым числом особей). Высокий уровень доминирования можно констатировать, если индекс Пилоу имеет значение не ниже 0,9. Для конкретного видового спектра сумма значений индексов Пилоу и Симпсона близка к единице.

Определение конкурентных отношений в смешанных елово-березовых древостоях

Исследование закономерностей изменения таксационных показателей элементов леса, на разных возрастных этапах роста этих смешанных древостоев позволяет сделать выводы о сложившейся естественным путм (т.е. без хозяйственного вмешательства) структуре хвойного древостоя к возрасту рубки спелого насаждения. Существенным фактором, влияющим на продуктивность смешанных древостоев сосны и ели является состав древостоя. Достоверные заключения об оптимальном составе и, в том числе о товарной структуре древостоя, с лесохозяйственной позиции можно делать только по результатам длительных наблюдений на постоянных пробных площадях. Рассматривая естественный ряд развития смешанных древостоев сосны и ели, можно смоделировать общую закономерность для каждого элемента леса их составляющих.

Основополагающим фактором, определяющим возрастную динамику элементов леса составляющих насаждение, является условия произрастания. На ход роста древостоя также влияют густота, состав и характер смешения пород и фитоценотические взаимоотношения между породами, которые на определнных возрастных этапах оказывают большее влияние, чем сами условия произрастания.

Рост и формирование смешанных древостоев обусловлен непрерывным изменением их количественных и качественных признаков, отражающиеся определнными закономерностями, которые можно выразить статистическо-математическими, графическими или табличными методами.

Проведенные исследования в древостоях с разной долей участия сосны и ели на опытных объектах зеленомошной серии типов леса позволили обобщить результаты многолетних наблюдений и выявить закономерности влияния состава древостоя на показатели строения смешанных хвойных насаждений.

Нами был проведено исследование за более чем 50 летний период динамики таксационных показателей, незатронутых лесохозяйственными рубками модальных древостоев с различной долей участия сосны и ели в зеленомошной серии типов леса. Также объектами исследования были хвойные древостои, пройденные рубками ухода и комплексным уходом за лесом (рубки + удобрение), в настоящее время достигшие возраста спелого насаждения, пригодного в рубку. В приложении 2 приведены сводные таксационные показатели за период исследования.

Проведнный анализ таксационных данных показал, что медианная линия по средней высоте и диаметру – на опытных объектах имеет различия хода роста от табличных справочных данных [269, 304]. Сосновый ярус на опытных объектах растт по I,2- I,4 классу бонитета, а по диаметру ход роста выше средних табличных данных для нормальных и модальных древостоев региона [269] Еловый элемент смешанных хвойных древостоев по своим показателям растт поII-II,4 классу бонитет и его рост соответствует таблицам хода роста модальных древостоев с преобладанием ели для региона исследования [269, 304]. Как уже отмечалось, большинство рассматриваемых постоянных пробных площадей приурочены к двучленным почвам состоящим из супесчаного и супесчано-суглинистого по профилю горизонта расположенного на красных моренных валунных суглинках. В ряде публикаций авторы уже указывали на то, что данные почвы наиболее производительные для роста смешанных сосново-еловых древостоев [24, 26, 65, 296, 308]. На основе полученных многолетних опытных данных были построены эскизы таблиц хода роста по основным таксационным показателям. На рисунках 5.1-5.2 представлен ход роста сосны по высоте и по диаметру в смешанных хвойных насаждениях на опытных объектах за период с 1963 по 2015 гг., а на рисунке 5.3-5.4 – ход роста ели по высоте и по диаметру за этот же период. Показатель суммы площадей поперечных сечений у соснового яруса фактически на всех опытных объектах имеет направленность к увеличению до возраста 100-120 лет (см. приложение). У ели эта зависимость проявляется только до возраста 80-85 лет. Это объясняется большей степенью самоизреживания елового элемента в смешанных хвойных древостоях и уменьшением количества деревьев по всему ряду распределения по ступеням толщины (см. главу 6).

Оценка влияния количественной представленности в составе древостоя сосны и сохранение е преобладания в составе древостоя от 6 до 9 единиц в составе позволяет к возрасту 90-100 лет сформировать древостой с близкими сходными средними диаметрами 26-28 см, однако с колебанием средней высоты от 25-30 метров, что будет отражаться на запасе и товарной структуре древостоев.

Еловый ярус в древостоях с преобладанием сосны более вариабельный по высоте: размах составляет от до 14 до 22 м в зависимости от доли е участия к возрасту 80-90 лет, а по диаметру – от 14 до 20 см.

При уменьшении участия в составе доли сосны в конечном итоге к возрасту 90-100 лет сосна независимо от состава будет иметь сходные средние высоты, однако средние диаметры будут вариабельней, чем в древостоях с ее преобладанием.