Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Влияние лесохозяйственных мероприятий на качество древесины сосны обыкновенной (P.sylvestris.L.) (состояние вопроса) 9
1.1Гидролесомелиорация 16
1.2 Внесение минеральных удобрений 21
1.3 Рубки ухода 26
1.4 Комплексный уход (рубка+удобрение) 31
Глава 2. Характеристика природно-климатических условий района исследований. (средняя тайга) 33
Глава 3. Объекты и методы исследований, обьем выполненных работ 38
Глава 4. Формирование годичного кольца сосны естественного происхождения на осушенных торфяных почвах после проведения лесохозяйственных мероприятий 56
4.1 Влияние лесохозяйственных мероприятий на рост сосны обыкновенной 56
4.2 Cтруктура древесины сосны естественного происхождения 57
4.3 Химический состав древесины 69
Глава 5. Структура древесины 40-летних культур сосны на осушенной торфяной почве 74
5.1 Рост культур сосны в зависимости от режима выращивания 74
5.2 Структура годичного кольца древесины культур cосны разной первоначальной густоты после применения удобрений и гербицидов 76
5.3 Влияние лесохозяйственных мероприятий на химический состав древесины 93
Глава 6. Влияние основных элементов питания на анатомическое строение древесины 53-летних культур сосны на песчаных почвах, пройденных палом 99
6.1 Рост культур сосны на участках с многолетним ежегодным внесением удобрений 99
6.2 Структура древесины сосны, сформировавшейся в результате 30 летнего ежегодного применения удобрений 101
Выводы и рекомендации 114
Список использованной литературы 118
Приложения 136
- Внесение минеральных удобрений
- Cтруктура древесины сосны естественного происхождения
- Структура годичного кольца древесины культур cосны разной первоначальной густоты после применения удобрений и гербицидов
- Структура древесины сосны, сформировавшейся в результате 30 летнего ежегодного применения удобрений
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Устойчивая работа крупных лесоперерабатывающих предприятий, расположенных на Северо-Западе таежной зоны, в последние годы зависит от обеспеченности древесным сырьем. Вследствие длительной эксплуатации продуктивных хвойных насаждений уже в данный момент ощутимой является нехватка балансов и пиловочника высокого качества. Таким образом, необходимо использовать все возможности восстановления потенциала таежных лесов. Мощным деструктивным фактором в хвойных лесах являются лесные пожары, площадь, которых по данным государственной статистики увеличилась вдвое за последние 15 лет. Главным образом, риску возникновения пожаров подвержены сосновые древостои на песчаных почвах.
Степень разработанности. В научной литературе имеются работы по проблеме изучения влияния лесохозяйственных мероприятий на качество древесины сосны обыкновенной. Однако имеющиеся данные либо охватывают сравнительно небольшие временные периоды, либо относятся к другим регионам исследования. Автором впервые предпринята попытка выявления особенностей структуры древесины сосны после многолетнего ежегодного применения удобрений и различных уходов в естественных древостоях и культурах различной густоты в долговременном аспекте в условиях Карелии. Диссертация является законченным научным исследованием.
Цели и задачи исследования. Цель работы – исследование структуры древесины, сформированной под влиянием лесохозяйственных мероприятий (гидролесомелиорация, внесение удобрений, проходная рубка) и оценка ее качества в сосняках естественного и искусственного происхождения на гидроморфных и автоморф-ных почвах.
Для достижения цели исследований решались следующие задачи:
-
Изучить строение годичного кольца древесины сосны обыкновенной естественного происхождения, сформированной на осушенных торфяных почвах после проведения лесохозяйственных мероприятий.
-
Исследовать структуру древесины плантационных культур сосны обыкновенной на осушенных торфяных почвах.
3) Выявить влияние многолетнего внесения минеральных удобрений на
структуру древесины культур сосны на песчаных почвах, пройденных палом.
Научная новизна. Впервые изучено изменение структуры годичного кольца и химического состава древесины сосны обыкновенной, сформированной в естественных и искусственных древостоях разной первоначальной густоты на осушенных торфяных почвах после проведения лесохозяйственных мероприятий в долговременном аспекте в условиях Карелии; изменение структуры годичного кольца древесины сосны обыкновенной в лесных культурах на минеральной почве после 30-летнего ежегодного внесения удобрений.
Теоретическая и практическая значимость работы. Влияние лесохозяй-ственных мероприятий, таких как гидролесомелиорация, рубки ухода, применение гербицидов и удобрений в древостоях естественного и искусственного происхожде-
ния, на их рост, структуру древесины и в конечном итоге ее качество, на фоне увеличения давности их проведения (30 и более лет) изучены недостаточно. Учитывая переход на интенсивную модель ведения лесного хозяйства, исследование указанных особенностей в условиях заметного сокращения запасов доступного и качественного древесного сырья обусловливают ценность проведенного исследования.
Данные, полученные в результате работы, дают достоверную информацию о качестве древесины сосны обыкновенной, произрастающей на гидроморфных и автоморфных почвах, особенностях ее формирования при проведении лесохозяйст-венных мероприятий в естественных древостоях и лесных культурах разной густоты, а также о дальнейших перспективах использования такой древесины.
Методология и методы исследования. Научное исследование направлено на изучение ряда вопросов, связанных с влиянием лесохозяйственных мероприятий на качество древесины сосны обыкновенной. Методы исследования нацелены на комплексный подход к изучению структуры древесины с учетом микро- и макростроения с использованием общепризнанных таксационных, лабораторных и статистических методов исследования.
Положения, выносимые на защиту. На основе полученных результатов в диссертации сформулированы и обоснованы следующие научные положения:
- особенности структуры годичного кольца древесины сосны обыкновенной и ее химического состава на осушенных торфяных почвах в культурах различной первоначальной густоты и спелых древостоях естественного происхождения при проведении различных лесохозяйственных мероприятий в долговременном аспекте в условиях Карелии;
- особенности структуры годичного кольца древесины сосны обыкновенной в лесных культурах, произрастающих на минеральных почвах при многолетнем внесении удобрений.
Степень достоверности и апробация результатов. Обоснованность выводов подтверждается значительным объемом экспериментального материала, применением статистических методов, приборов и компьютерных программ обработки полученных данных.
Результаты проведенных исследований представлены на: международной конференции «Лес - как возобновляемый источник жизненных ценностей в изменяющемся мире» (Санкт-Петербург, 2009); на XVI Всероссийской молодежной научной конференции «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2009); Всероссийской научной конференции с международным участием «Лесные ресурсы таежной зоны России: проблемы лесопользования и лесовосстановления» (Петрозаводск, 2009); международной научно-практической конференции «Правовые проблемы использования и охраны лесов и повышение лесного потенциала России» (Петрозаводск, 2013);на III-ей и V-ой международной научно-практической конференции «Инновации и технологии в лесном хозяйстве» (Санкт-Петербург, 2013, 2016); на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Повышение эффективности лесного комплекса»(Петрозаводск, 2015, 2018); Научной конференции, посвященной 70-летию Карельского научного
центра РАН «Природное и культурное наследие Европейского Севера: Фундаментальные и прикладные исследования» (Петрозаводск, 2016); Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 60-летию Института леса Карельского научного центра РАН (Петрозаводск, 2017); четвертой Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Повышение эффективности лесного комплекса» (Петрозаводск, 2018 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, 3 статьив научных журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 149-ти печатных страницах, содержит 33 таблицы и 14 рисунков. Список использованной литературы включает 169 источников, в числе которых 18 на иностранном языке.
Внесение минеральных удобрений
В мировой практике широкое применение получили минеральные удобрения, так как это является одним из наиболее действенных факторов, влияющих на интенсивность роста деревьев. Однако, данное лесохозяйственное мероприятие приводит к значительным изменениям в строении и качестве древесины (Паави-лайнен, 1983; Клинов,1985; Луганский, Залесов, Карсуков, Казанцев, 2002; Александров, 2002). Ежегодно из почвы вместе с древесиной вывозится большое количество элементов питания, особенно при вывозке деревьев с кроной, в которой как раз содержится наибольшее количество элементов. Однако, чтобы в дальнейшем на этих участках вырастить высокопродуктивные насаждения, необходимо поддерживать плодородие почв на необходимом уровне (Германова. Саковец, 2004).
В молодых насаждениях внесение минеральных удобрений производится для повышения жизнеспособности и прироста, в стадии жердняка для улучшения условий питания деревьев в наиболее сложный для жизни леса период, в приспевающих и спелых насаждениях для получения дополнительной деловой древесины и в целях сокращения возраста рубки (Кищенко, 1985; Смирнов, 2001).
Известно, что торфяно-болотные почвы испытывают недостаток в фосфоре и калии. Увеличение потребления растительностью элементов питания, а также минерализация торфа могут быстро истощать запасы данных элементов. Таким образом, эффективность применения фосфорных и калийных удобрений на таких почвах достаточно высокая (Гелес, Левкина, 1990; Степаненко, 2000). Содержание азота в данных почвах является достаточным, однако доступные его формы для питания древесных растений крайне ограничены (Гелес, Левкина, 1990).
М.С. Ковалев, И.А. Юзепчук и В.Ф. Гусев отмечают, что насаждения на осушаемых площадях сильнее реагируют на внесение удобрений, по сравнению с суходолами, где дополнительный прирост составляет до 3,5 м3/га в год и до 2 м3/га, соответственно (Tassisa, Burkhart,1998).
Имеются данные И.И.Степаненко и др. о наиболее эффективном применении удобрений в сосняке брусничном, т.к. в данном типе леса эффективны все виды и дозы минеральных удобрений (Степаненко, 2000; Луганский, Залесов, Кар-суков, Казанцев, 2002; Степаненко, 2011).
Результаты исследований В.В.Александрова (2002) и Е.С. Мельникова (1999) подтверждают, что большинство деревьев высших рангов повышает свой прирост в первые пять лет после внесения удобрений. Затем данный показатель снижается и выравнивается только через 15 лет по сравнению с контролем. По данным Пикка Я.Ю. благоприятное действие удобрений продолжается 6-11 лет, затем прирост снижается (Пикк, 1988). Ряд авторов является сторонником 10 летнего эффективного действия удобрений с дополнительным приростом от 1,5 до 2,0 м3/га в год (Клинов, 1985; Корчагина, Матюшкин, 1986).
Результаты многих исследователей подтверждают значительное увеличение прироста по высоте и диаметру ствола на третий-четвертый год после внесения удобрений (Бахвалов, 1978; Синькевич, 1981; Степаненко, 2000).
Установлено, что внесение минеральных удобрений оказывает существенное влияние только в тех условиях, где данный элемент постоянно находится в минимуме и существенно лимитирует процессы роста (Звиедрис, Капост, Задейка, 1967).
Целесообразно удобрять лесные культуры, приспевающие и спелые древо-стои III-V классов бонитета за 5-15 лет до главной рубки. Известно, что в ряде стран внесение удобрений производится за 10-20 лет до рубки в зависимости от срока действия удобрения (Синькевич, 1981; Паавилайнен, 1983; Гелес, Левкина, 1990; Петренко, 2009;).
Существуют данные об отрицательном действии минеральных удобрений, которое объясняется удлинением ростового периода, обуславливающим повреждение деревьев при ранних заморозках. Также отмечается, что на удобренных участках возможен бурный рост сорняков, снижается устойчивость древостоя к вредителям (Пикк, 1988).
Ширина годичного кольца. Величина радиального прироста находится в зависимости от типа леса, вида, дозы удобрений и климатических условий (Иваню-та, 1968; Паавилайнен, 1983; Гаврилова, Кищенко, 2003). По результатам И.И.Степаненко (1990) происходило увеличение средней ширины годичных слоев на 76,9-117,9% при сравнении с неудобренным участком.
По данным В.А.Ипатьева, М.Ф.Мойко и др. под влиянием осушения прирост по диаметру увеличивается в 2 раза, а внесение азотного минерального удоб 24
рения повышает его величину еще на 34% (Мойко, Акимова, Данилина, 1976; Козлов, 1980; Ипатьев, 1985; Грибов, 2007).
Исходя из результатов большинства исследований, следует, что наиболее широкие годичные слои формируются на следующий год после внесения удобрений, тогда как, например, действие рубок ухода проявляется в этот же год (Ива-нюта, 1968; Корчагина, Матюшкин, 1986; Гаврилова, Кищенко, 2003; Ваганов, Кузнецова, Свистова, Круглов, 2010; Вернодубенко, 2011).
Имеются сведения о том, что существуют виды удобрения способствующие формированию равнослойной древесины (Ваганов, Кузнецова, Свистова, Круглов, 2010).
Содержание поздней древесины и плотность. Российские, финские и американские исследователи пришли к выводу, что под влиянием удобрений у древесины повышается доля поздней древесины и ширина годичного слоя увеличивается до оптимальных значений (Шлейнис, 1981; Zobel , Buijtenen, 1989; Степанен-ко, 1990, 2000; Ваганов, Шашкин, 2000; Sundstrom, Magnusson, Hanell,2000; Вяр-била, Beets, Gilchrist, Jeffreys, 2001; Корчагов, Грибов, Клюквина, Авдеев, Щека-лев, 2009). По данным И.И. Степаненко при использовании полных и азотных удобрений отмечено повышение содержания поздней древесины на 8,3-30,1% (Степаненко, 1990; Ваганов, Кузнецова, Свистова, Круглов, 2010).
Имеются данные о том, что на переходном осушаемом болоте (с.сф-куст, IV кл.возраста, Vбонитет, р=0,7, М=90 м3/га) не происходит изменения содержания поздней древесины после внесения удобрений (Гелес, Левкина, 1990; Смирнов, Смирнов, Полубояринов, 2001).
В.И.Шубин и И.С.Гелес отмечают, что при применении только азотных удобрений доля поздней древесины осталась на уровне неудобренного контроля (Шубин, Гелес, 1991).
По имеющимся в литературе данным, под действием удобрений происходит повышение прироста древесины, но снижается плотность древесины для сосны (Полубояринов, 1976; Вярбила, Шлейнис, 1981; Zobel , Buijtenen, 1989; Sundstrom, Magnusson, Hanell,2000; Beets, Gilchrist, Jeffreys, 2001; Корчагов, Грибов, Клюквина, Авдеев, Щекалев, 2009). По данным С.А. Корчагова с соавторами (Корча-гов, Грибов, Клюквина, Авдеев, Щекалев, 2009) после однократного внесения азотного удобрения (N159) в посевы сосны в черничном типе леса произошло достоверное снижение плотности древесины на 15 % соответственно.
Анатомическое строение. По результатам исследований О.И. Полубояри-нова применение удобрений приводит к снижению толщины клеточной стенки трахеид, как ранней, так и поздней древесины на 5-20% у деревьев среднего и быстрого роста, при этом у деревьев медленного роста уменьшения толщины клеточной стенки не было обнаружено (Полубояринов, 1976; Козлов, 1980; Степа-ненко, 1990;Гаврилова, Кищенко, 2003)
Имеются сведения И.И. Степаненко(1990), подтверждающие изменение микроструктуры древесины сосны, в зависимости от вида удобрения.
Химический состав. Древесина, сформированная при внесении удобрений содержит повышенное содержание лигнина, что определяет возрастание твердости и стойкости к гниению (Ванин, 1949), но при этом несколько увеличиваются затраты на варку бумажной массы.
Благоприятное действие минеральных удобрений на смолопродуктивность сосны отмечается уже на следующий год после внесения и продолжается в течение 5-7 лет. Наибольшее влияние на смолопродуктивность оказывает применение азотных удобрений. При низком содержании в почве калия или фосфора, добавка их с удобрениями также способствует повышению смолопродуктивности (Кор-жицкая, Матюшкина, 1980).
Применение минеральных удобрений и гидролесомелиорация. Анализ результатов исследований, проведенных в Эстонии и Ленинградской области, показал, что плодородие торфяно-болотной почвы и давность осушения являются важнейшими факторами, от которых зависит влияние удобрений на продуктивность древостоев (Ипатьев, 1985; Пикк, 1988; Гелес, Левкина, 1990). Степень влияния минеральных удобрений на рост и развитие осушенных сосняков также находится в зависимости от лесоводственно-таксационных признаков объектов таких как, состав, возраст, структура древостоев, запас, реакция и состояние древостоя после осушения.
Cтруктура древесины сосны естественного происхождения
Ширина годичного кольца. Известно, что ширина годичных слоев варьирует в зависимости от породы, возраста, условий произрастания, положения в стволе (Петренко, 2001; Волков, 1995, Кищенко, Вантенкова,2006). У мелкослойной древесины сосны с заболоченных почв отмечаются пониженные физико-механические свойства (Перелыгин, 1954). Крупнослойная древесина хвойных пород также характеризуется низким качеством. Каждой породе соответствует своя оптимальная ширина годичного слоя, при которой ее древесина обладает высоким качеством (Перелыгин, 1954).
Средний радиальный годичный прирост древесины сосны до проведения лесохозяйственных мероприятий в 110-летнем сосняке травяно-сфагновом на переходной торфяной почве соответствовал в среднем 0,27+0,04 мм. Увеличение ширины годичного кольца произошло уже в первое пятилетие после проведения гидролесомелиорации, что обьясняется улучшением водно-гидрологического и теплового режима почв. На всех вариантах опыта максимальный радиальный прирост наблюдался на 4-7-ой гг. после мелиорации (1,05-1,9 мм), затем на 8-9-ый гг. произошло снижение (рисунок 4.2). Благоприятное действие гидролесомелиорации сохранялось на протяжении всего 30-летнего периода наблюдений.
Имеются сведения об активизации камбиальной деятельности и зависимости качества древесины от интенсивности и способа проведения рубки ухода (Клинов, 1985; Чибисов, Синькевич, 1990; Сеннов,2010, 2011; Худяков, 1995; Вернодубенко, 2011; Уголев, 2002; Кузнецов, 1994; Ильинцев, Третьяков, Ершов, Федотов, 2015; Корчагов, Грибов, Клюквина, Авдеев, Щекалев, 2009).
По нашим данным проведение проходной рубки с полным удалением березы в сосняке травяно-сфагновом на осушенной переходной почве вызвало повышение ширины годичного кольца. На 3-7-ой годы после проходной рубки с полным удалением березы установились оптимальные условия для роста древостоя с максимальным радиальным приростом (рис. 4.2). Положительное действие рубки ухода на ширину годичного кольца сохранялось в течение 14 лет. Однако, через 14 лет можно отметить снижение ширины годичного кольца (ниже контрольного значения на 30%).
После применения минеральных удобрений в сосняке травяно-сфагновом через три года произошло резкое увеличение радиального прироста. Полученные данные также подтвердили утверждение М.П. Корчагиной и В.А.Матюшкина о последействии данного лесохозяйственного мероприятия в течении 14 лет (Корчагина, Матюшкин, 1986).
После комплексного ухода (проходная рубка+удобрение) отмечено повышение ширины годичного кольца. Наибольший радиальный прирост приходился на 3-5 годы после проведения лесохозяйственных мероприятий в комплексе (рисунок 4.2). Эффект оказался более длительным, чем при проведении этих мероприятий отдельно, что объясняется большим положительным влиянием на формирование кроны (Медведева, 1989).
Cодержание поздней древесины. Соотношение между ранней и поздней древесиной находится в зависимости от условий произрастания, возраста и изменяется по радиусу и высоте ствола у разных пород по-разному (Перелыгин. 1954; Уголев, 2002).
Необходимо отметить, что, в целом, зависимость механических свойств древесины от процента поздней зоны является прямой и большей, чем от средней ширины годичных слоев. Таким образом, содержание поздней древесины является важным показателем, характеризующим качество древесины (Перелыгин, 1954; Уголев, 2002; Тюкавина, 2014).
Благоприятное влияние гидролесомелиорации на долю поздней древесины сохранялось в течение всего периода наблюдений. Максимальное содержание поздней древесины в годичном кольце наблюдалось через 11 лет после осушения (увеличение на 22%) (таблица 4.1).
Проведение проходной рубки отрицательно сказалось на содержании поздней древесины. Ее доля была ниже, чем на осушенном участке, что является подтверждением данных С.М.Синькевича (Синькевич, 1981) о снижении процента поздней древесины в стволах разреженного древостоя.
После проведения комплексного ухода (проходная рубка+удобрение) содержание поздней древесины в годичном кольце увеличилось через 15 лет на 10% (таблица 4.1).
В древостое, пройденном проходной рубкой, происходило увеличение относительной протяженности кроны, что оказывает влияние на формирование древесины в течение достаточно длительного срока. Применение минеральных удобрений повышает количество доступных питательных веществ только на несколько лет (Вомперский, Сабо, Формин, 1975). Таким образом, проведение проходной рубки оказывает большее влияние на изменение величины прироста.
Плотность. Среднее значение плотности древесины сосны до проведения лесохозяйственных мероприятий составляло 508+5кг/м3. Наиболее резкое и значительное понижение плотности древесины сосны наблюдалось в первое десятилетие после осушения (-12,8%) (таблица 4.1). Исследования О.И.Полубояринова указывают на увеличение прироста древесины, сопровождающееся снижением плотности (Полубояринов, 1976). Аналогичные результаты были получены С.П.Ефремовым (Ефремов, 1987) и В.А.Ипатьевым (Ипатьев, 1982) при исследовании осушенных сосняков осоково-сфагновых на торфяно-болотных почвах. Проведение проходной рубки привело к увеличению плотности древесины через 2-7 лет после мероприятия на 2,3 % и на 8-15 годы после мероприятия на 10,7%.
Значительное повышение радиального прироста после проведения комплексного ухода (проходная рубка+удобрение) вызвало снижение плотности древесины на 7%. Полученные результаты согласуются с данными Т.Мерлинга (Morling, Valinger,1999), а также С.М.Синькевича, проводившего исследования в удобренных, пройденных рубками ухода сосняках черничных (Синькевич, 1981). Следует отметить, что понижение плотности древесины сосны компенсируется значительным увеличением прироста (в 2 раза). Таким образом, полученные результаты говорят о том, что проведение проходной рубки и внесения удобрений в комплексе позволяет увеличить объем заготавливаемой и перерабатываемой древесины за счет значительного повышения радиального прироста. Значение плотности является важным моментом при получении балансов, т.к. при низкой плотности древесины расходы на материалы увеличиваются (Гелес, 1984; Корчагов, Грибов, Клюквина, Авдеев, Щекалев, 2009).
Связь между шириной годичных колец и числом клеток имеет линейный характер, а вот зависимость между размерами клеток и шириной годичных колец или между толщиной клеточной стенки и размерами клеток является более сложной (Перелыгин, 1954).
Структура годичного кольца древесины культур cосны разной первоначальной густоты после применения удобрений и гербицидов
Ширина годичного кольца. В культурах разной густоты под влиянием удобрений и гербицидов произошло увеличение среднего радиального прироста за весь период наблюдений. Повышение ширины годичного кольца после внесения минеральных удобрений при густоте 1тыс. шт/га составило 84,6%, при густоте 4 тыс.шт/га 14,7%. При густоте культур 2 тыс. шт/га произошло снижение радиального прироста на 3,2%. Совместный уход с гербицидами вызвал формирование наиболее широкого годичного кольца при густоте 1 тыс. шт/га на 64,3%, 2 тыс.шт/га на 22,3%;; 4 тыс. шт/га на 1,2% (таблица 5.1)
В первое десятилетие роста культур после проведения мероприятий отмечено увеличение ширины годичного кольца. Максимальных значений радиальный прирост достиг при начальной густоте 1 тыс. шт/га, где значения ШГС были в 2-2.3 раза выше контрольного. Применение удобрений достоверно увеличило радиальный прирост в культурах сосны, созданных начальной густотой 1 тыс. шт/га на 23,4%, 4 тыс.шт/га на 66,6%, 2 тыс. шт/га снизило на 6,8%. Отмечено благоприятное влияние применения удобрений совместно с гербицидами. В культурах начальной густоты 1 тыс.шт/га радиальный прирост достоверно увеличился на 122,6%, 2 тыс. шт/га на 67,7%, 4 тыс.шт/га на 22,4% (рисунок 5.2;таблица 5.1)
Во второе десятилетие после применения удобрений и гербицидов наблюдалось достоверное снижение значений радиального прироста древесины. Данные, полученные в этот период роста являлись достоверными, за исключением проведения комбинированного ухода (удобрение+гербициды) в культурах начальной густоты 2 тыс.шт/га. Применение удобрений сократило радиальный прирост в культурах начальной густотой: 1 тыс.шт/га на 47,4%,; 2 тыс.шт/га на 56, 4%; 4 тыс.шт/га удобр. на 47,1%. После проведения комбинированного ухода (удобрение+гербициды) ШГС снизилась в культурах начальной густотой: 1 тыс.шт/га на 52,6 %; 2 тыс.шт/га на 51%,; 4 тыс. шт/га на 64,8% (рисунок 5.2;таблица 5.1).
В третьем десятилетии роста культур после проведения уходов произошло формирование древесины также с более узкой шириной годичного слоя. Понижение радиального прироста после применения удобрений составило в культурах начальной густотой 1 тыс.шт/га -50%; 2тыс.шт/га - 34,9%; 4 тыс.шт/га -47,4%). Проведение комбинированного ухода (удобрение+гербициды) привело также к формированию узкослойной древесины. ШГС снизилась в культурах начальной густотой: 4 тыс.шт/га на 38%; 2тыс.шт/га на 52,2%;.1 тыс.шт/га на 56%. (рисунок 5.2,таблица 5.1)
Содержание поздней древесины. Применение удобрений и гербицидов снизило среднее значение доли поздней древесины за весь период наблюдений в культурах разной густоты при сравнении с контрольными значениями, за исключением благоприятного комбинированного воздействия удобрений совместно с гербицидами в культурах густотой 2 тыс.шт/га (+1,1%).
Повышение доли поздней древесины в первое десятилетие после применения удобрений отмечено только в культурах, созданных густотой 4 тыс. шт/га (удобрения +59,1%; удобрения+гербициды +64,5%). Процент поздней древесины у этих культур был выше контрольного значения (удобр.+14,6%; удобр.+герб.+30,3 %). Во второе десятилетие роста происходило увеличение доли поздней древесины в культурах разной густоты. Применение минеральных удобрений привело к формированию повышенной доли поздней древесины в культурах, созданных густотой: 4 тыс шт/га.+20,7%;2 тыс.шт/га .+38,9%,1 тыс.шт/га. +15,6%. Проведение комбинированного ухода изменило содержание доли поздней древесины в культурах начальной густоты: 4 тыс.шт/га.+5,4%; 2 тыс.шт/га .-0,2%,; 1 тыс.шт/га +1,6%.(таблица 5.2)
В третье десятилетие роста после внесения удобрений и обработки гербицидами значительное повышение доли поздней древесины происходило в культурах, созданных густотой 1 и 2 тыс. шт/га. Внесение удобрений увеличило долю поздней древесины в культурах, созданных густотой 1 тыс. шт/га на 16,9% и 2 тыс.шт/га на 12,4%. Комбинированное воздействие удобрений и гербицидов вызвало повышение доли поздней древесины культур, созданных густотой 1 тыс.шт/га на 2,7% и 2 тыс.шт/га на 8,1%. В культурах, созданных густотой 4 тыс.шт/га, комплексное воздействие удобрений и гербицидов оказало неблагоприятное воздействие на долю поздней древесины, снизив ее на 10,5%. (таблица 5.2)
Возможно, что такие колебания этих двух качественных характеристик, как ШГС и доля поздней древесины напрямую связаны с изменениями в анатомическом строении древесины.
Плотность древесины. Применение удобрений и гербицидов вызвало понижение плотности древесины в культурах различной густоты. Внесение минеральных удобрений способствовало формированию древесины с пониженной плотностью в культурах, созданных густотой: 4 тыс.шт/га - 8%, 1тыс.шт/га -21,7%. Комбинированное действие удобрений и гербицидов снизило плотность древесины культур, созданных густотой: 4 тыс.шт/га - 3,7%; 1 тыс.шт/га -7,1% (таблица 5.3).
Наибольшее снижение плотности древесины вызвало применение удобрений в культурах сосны густотой 1 тыс. шт/га (-21,7%). В культурах, созданных густотой 2 тыс. шт/га изменения в значениях плотности были незначительными и соответствовали 1-4%.
Число рядов трахеид. Внесение только минеральных удобрений в культурах сосны, созданных густотой 4 тыс. шт/га и 2 тыс. шт/га увеличило количество рядов ранних трахеид в процессе роста культур по десятилетиям (таблица 5.4). Среднее количество рядов ранних трахеид в годичном кольце древесины после применения минеральных удобрений в культурах сосны, созданных густотой 4 тыс. шт/га на 33,3% и 2 тыс. шт/га на 4,5%, соответственно, были выше контрольных значений.
В культурах сосны густотой 1 тыс.шт/га внесение удобрений и гербицидов вызвало постепенное снижение числа рядов ранних трахеид. Среднее число рядов ранних трахеид снизилось под влиянием удобрений на 55 % и под комбинированным воздействием удобрений и гербицидов на 44,7%. Комплексное применение удобрений совместно с гербицидами в культурах разной густоты снизило количество рядов в процессе роста. Среднее количество рядов ранних трахеид после проведения уходов с применением удобрений и гербицидов было выше контрольных значений на вариантах, созданных густотой 2 тыс.шт/га на 27,3% и 4 тыс. шт/га на 44,4%.
Комбинированное воздействие минеральных удобрений и гербицидов увеличило количество рядов поздних трахеид в культурах разной густоты. В культурах, созданных густотой 4 тыс.шт/га, увеличение составило 50%; 2 тыс. шт/га – 31,3%; 1 тыс.шт/га – 6,7%. Применение минеральных удобрений в культурах, созданных густотой 4 тыс.шт/га повысило число рядов поздних трахеид на 28,6%. В древесине культур, созданных густотой 1 тыс. шт/га формировалось меньшее количество рядов поздних трахеид на 7%. (таблица 5.5)
После комплексного применения удобрений и гербицидов увеличилось общее количество рядов трахеид в годичном кольце древесины культур сосны, созданных густотой 4 тыс. шт/га на 32,4% и 2 тыс. шт/га на 28,9%. Внесение минеральных удобрений вызвало повышение общего числа рядов трахеид в культурах, созданных густотой 4 тыс. шт/га на 35,5%, а 2 тыс. шт/га только на 2,6%. В культурах густотой 1 тыс. шт/га под влиянием удобрений общее количество рядов трахеид снизилось на 42,6%, а удобрений, внесенных совместно с гербицидами, на 31,5% (таблица 5.6).
Структура древесины сосны, сформировавшейся в результате 30 летнего ежегодного применения удобрений
Ширина годичного кольца. Внесение минеральных удобрений повышает интенсивность роста деревьев, что в свою очередь влияет на строение древесины и ее механические свойства. Есть сведения об увеличении прироста сосны по диаметру в 1,5-2 раза после применения минеральных удобрений (Степаненко, 2003; Jacobson, Pettersson, 2010). Данные Н.С.Гелеса (Гелес и др., 1984) свидетельствуют о формировании древесины с повышенной плотностью после трехкратного внесения азотных удобрений в сосняке брусничном.
Статистически значимое повышение средней ширины годичного слоя отмечается только при применении азотного удобрения (период с 8 до 53 лет +33%).Однако в данном случае значение плотности не отличалось от контрольного значения (таблица 6.2, 6.4). При внесении фосфора и калия радиальный прирост древесины был ниже.
Ширина годичного кольца древесины в период последействия удобрений снижалась постепенно на всех вариантах опыта (таблица 6.2).
Данные по десятилетиям роста указывают на повышение ширины годичного слоя в период внесения удобрений. В период внесения удобрений и роста культур 17-26 лет достоверное увеличение радиального прироста при внесении азотного удобрения составило 22%, а при применении фосфорного 15%. В период внесения калия ширина годичного кольца значительно не изменялась. В период последействия всех внесенных минеральных удобрений происходило постепенное снижение радиального прироста (таблица 6.1). Достоверное уменьшение ширины годичного кольца отмечено в первое десятилетие (37-46 годы роста культур) после прекращения внесения удобрений (азотные: -31%; фосфорные: -14%; калийные: -14%). Радиальный прирост древесины культур сосны был достоверно выше контрольных значений при внесении азотных удобрений (8-16 годы роста: +38%; 17-26 годы роста +47%; 27-36 годы роста+33%) и в первое десятилетие после прекращения применения азотных (+22%), фосфорных (+33%) и калийных удобрений (+33%).
Содержание поздней древесины. Содержание поздней древесины постепенно повышалось на всех участках, но значения, в целом, были ниже контрольных значений. Наибольшее среднее значение доли поздней древесины отмечалось при внесении азота, значения близки к контрольным (35%). При внесении фосфора содержание поздней древесины в годичном кольце было ниже, чем в древесине с контроля (-3%). При применении калийных удобрений доля поздней древесины в приросте была наименьшей (-9%) (таблица 6.2).
Существуют данные С.А. Москалевой и Л.Е. Крыжановской (1984) подтверждающие повышение доли поздней древесины после внесения азотных удобрений в сочетании с рубкой ухода, объясняемое ранней активностью камбия (на 5-10 дней) и более поздним окончанием работы его клеток (на 10-20 дней). На наших вариантах опыта также отмечено постепенное повышение процента поздней древесины в годичном кольце в процессе роста культур сосны в течение всего периода наблюдений (17-26 лет: N+3%; K+4%; 27-36 лет: N+3%; P+3%; K +14%; 37-46 лет: N+9%; P+6%; K+6%; 47-53 лет:N+3%; K+6%) (таблица 6.2).
Плотность древесины. После прекращения внесения азотных удобрений происходило повышение значений плотности до контрольного уровня (37-46 годы роста культур).
Наибольшее среднее значение базисной плотности также соответствует варианту с внесением азота (таблица 6.3).
На всех вариантах значение средней базисной плотности было ниже контрольного значения (N - 1%; P - 2,5%; K - 8%). При внесении калийных удобрений различия являются достоверными. Полученные результаты согласуются с результатами исследований Д.С.Тюрина, Д.А.Данилова и др. (Тюрин, Данилов, Данилов, 2016;Антонов, Старостин, 1992; Данилов, 2012; Данилов, Степаненко, 2014;Степаненко, 2013; Корчагов, Грибов, Клюквина, Авдеев, Щекалев, 2009; Zobel, Buijtenen, 1989; Beets et al., 2001).
При внесении фосфорных удобрений плотность древесины снизилась незначительно (-2,5%). Применение калийных удобрений способствовало достоверному снижению средней базисной плотности на 8% (таблица 6.3).
После многолетних подкормок азотными, фосфорными и калийными удобрениями формировалась древесина с плотностью близкой к контрольной при применении азота, что согласуется с утверждением И.И. Степаненко о различной эффективности лесохозяйственного мероприятия в зависимости от вида удобрений (Степаненко, 2000).
Повышение плотности древесины отмечено после прекращения внесения азотных и фосфорных удобрений (37-46 годы роста: N+13%; P+8%; 47-53 годы роста: N+3%; P+5,5%). В период последействия калийных удобрений плотность снижалась на 2,4 % (37-46 годы роста), а затем происходило повышение ее значений на 10% (47-53 годы роста).
Число рядов трахеид. Наибольшее среднее число рядов ранних трахеид содержала древесина сосны на участке с калием (+11% при сравнении с контролем). На варианте с внесением азотного удобрения значение этого показателя было на 6% ниже контрольного. Ближе к концу периода внесения и в дальнейший период последействия азотных и калийных удобрений происходило постепенное снижение количества рядов ранних трахеид. (таблица 6.4).
В третьем и четвертом десятилетии роста культур, т.е. в период последействия удобрений наибольшее число рядов поздних трахеид отмечалось при внесении калия (табл. 6.5). После прекращения внесения азотных удобрений отмечена тенденция снижения числа рядов поздних трахеид на 14% (табл. 6.5). Общее число рядов трахеид на данном варианте было также наименьшим при сравнении с эффектом от других удобрений (табл. 6.6).
Среднее общее число рядов трахеид на участках с внесением фосфора и калия имело значения выше контрольных (Р+10%;К+17%) (табл.6.6) В период последействия удобрений на варианте с внесением азотного удобрения общее количество рядов трахеид снизилось на 30%. Таким образом, по данному показателю структура древесины на участке с внесением азота имела неравномерное строение (табл. 6.6), что может отрицательно сказаться на качественных характеристиках древесины.
Таким образом, результаты исследований указывают на формирование большего и равномерного числа рядов трахеид в процессе роста при применении калийных и фосфорных удобрений.
Толщина радиальной стенки трахеид. Средняя толщина стенки поздних трахеид на вариантах с внесением фосфорных и калийных удобрений была выше контрольных значений (P +8,5% ; K +4,2%) (таблица 6.7).