Содержание к диссертации
Введение
1. Природные условия района исследований 8
1.1. Географическое положение 8
1.2. Климат 12
1.3.Рельеф и почвы 13
1.4. Характеристика лесного фонда 15
Выводы 18
Список библиографических ссылок 19
2. Состояние проблемы 22
2.1. Ареал 22
2.2. Морфология кедра сибирского 23
2.3. Рост 23
2.4. Генерация 24
2.5. Орехопродуктивность 25
2.6. Распространение 26
2.7. Возобновление, рост и накопление подроста 28
2.8. Полезные свойства кедровых лесов 32
2.9. Припоселковые кедровники 33
2.10. Лесные культуры 35
Выводы 37
Список библиографических ссылок 39
3. Программа, методика и объем выполненных работ 50
3.1. Программа работ 50
3.2. Методика исследований 50
3.3. Объем выполненных работ 54
Список библиографических ссылок 55
4. Характеристика кедровых древостоев Свердловской области и района исследований 57
4.1. Распространение кедра сибирского по лесорастительным округам 57
4.2. Кедр сибирский в насаждениях различных групп типов леса 61
4.3. Структура лесных насаждений 68
4.3.1. Распределение насаждений по преобладающим породам 68
4.3.2. Возрастная структура 69
4.3.3. Доля участия кедра сибирского в составе древостоев лесных насаждений 70
Выводы 71
Список библиографических ссылок 74
5. Обеспеченность подростом сосны кедровой сибирской насаждений различ ных формаций в подзоне южной тайги Урала 75
5.1. Количество подроста в разных формациях и группах возраста 75
5.2. Формирование подроста в насаждениях разных групп типов леса 80
5.3. Подрост кедра сибирского в насаждениях с различной полнотой древо стоев 83
Выводы 85
Список библиографических ссылок 86
6. Возможности формирования кедровых насаждений на границе ареала 87
6.1. Лесные насаждения естественного происхождения 87
6.2. Подрост 93
6.2.1. Таксационные показатели подроста 93
6.2.2. Распространение подроста за пределы материнского древостоя 99
6.3. Формирования кедровников района исследования 106
Выводы 108
Список библиографических ссылок 109
7. Опыт создания лесных культур кедра сибирского 110
7.1. Объемы производства лесных культур и их сохранность 111
7.2. Технология создания и уход за лесными культурами 112
7.3. Характеристика опытных объектов 117
7.3.1. Предварительные лесные культуры кедра сибирского 117
7.3.2. Лесные культуры при сплошной обработке почвы 119
7.3.3. Чистые лесные культуры 122
7.3.4. Смешанные лесные культуры 128
7.4. Защита лесных культур кедра сибирского 134
Выводы 137
Список библиографических ссылок 139
Общие выводы 140
Рекомендации производству 141
Библиографический список 142
- Характеристика лесного фонда
- Полезные свойства кедровых лесов
- Объем выполненных работ
- Распределение насаждений по преобладающим породам
Характеристика лесного фонда
Гидрографическая сеть хорошо выражена. Она представлена р. Пышма с ее притоками: Большой Рефт, Рефт и р. Чусовая с ее притоками, а также множеством мелких речек. На реках Пышма и Рефт имеются водохранилища. Поймы рек слабо выражены и заболочены. Территория района изобилует озерами и болотами [Гафуров Ф.Г., 2008].
Почвенно-грунтовые воды встречаются на глубине 13-22 м. По химическому составу они гидрокарбонатно-кальциево-магниевые, по степени минерализации – пресные и ультрапресные, по жесткости – среднежесткие [Гидрогеология СССР, 1972].
Восточный макросклон благоприятен для произрастания сосновых насаждений, которые в условиях континентального климата могут иметь сравнительно высокую продуктивность [Залесов С.В., 1986].
По геоморфологическому районированию Урала [Геоморфологическая карта Урала, 1978] район проведения исследований – это приподнятый отпрепарированный пенеплен с абсолютными отметками местности до 300-350 м. Только отдельные вершины достигают отметок 400-500 м. Мезорельеф холмисто – увалистый. Вершины холмов и увалов выположенные, плосковыпуклые. В целом район исследований представлен широкой, до 100 км, холмистой равниной (Зауральский пенеплен), полого наклоненной от 380 до 180 м к Западно-Сибирской равнине [Борисевич Д.В., 1968]. Выположенные холмы и увалы чередуются с широкими заболоченными депрессиями и долинами рек [Гафуров Ф.Г., 2008].
В геологическом отношении район сложен изверженными (кварцевые пор-фириты, габбро, змеевики, граниты, гнейсы и др.) и осадочными (известняки и мраморы) породами. В западной части встречаются сланцы (глинистые, глинисто 14 хлоритовые и тальковые). Выходы коренных пород наблюдаются на вершинах увалов и холмов [Геология СССР, 1969].
В связи с неоднородностью территории района исследований по геологическому строению и характеру рельефа наблюдается значительная пестрота почвенного покрова [Лебедев Б.А., 1958; Фирсова В.П., 1969, 1977; Колесников Б.П. и др., 1973].
Почвообразование протекает на элювиально-делювиальных и делювиальных отложениях [Герасимов И.П., 1948]. Элювиально-делювиальные отложения представлены щебнем, дресвой, суглинками и глинами мощностью от 0,5 до 4-5 м. Делювиальные отложения выстилают лога, склоны холмов и увалов, речные долины. Они представлены суглинками, глинами, песчаными и песчано-алевритовыми отложениями, иногда со щебнем [Арефьева З.Н., 1972; Ржанникова Г.К., 1972; Фирсова В.П., 1977]. Пятнами встречаются озерные отложения, представленные глинами и сапропелями [Карта четвертичных..., 1978].
В структуре почвенного покрова ведущее место занимают сочетания дерново-подзолистых, болотно-подзолистых и болотных низинных торфяных почв. Доминируют пятнистости дерново-подзолистых почв. Основными факторами дифференциации почвенного покрова являются денудационно-аккумулятивные и водно-миграционные [Гафуров Ф.Г., 2008].
Под хвойными лесами в условиях влажного климата, на равнине преобладают подзолистые и дерново-подзолистые почвы, особенно сильно оподзолены почвы на песках. Эти почвы бедны гумусом и имеют кислую реакцию. На юге области под осиновыми, березовыми и широколиственно-хвойными лесами распространены серые лесные почвы [Ржанникова Г.К., 1972]. В горных условиях почвы щебнистые, иногда каменистые, на склонах маломощные.
По механическому составу преобладают суглинистые и супесчаные почвы со значительной примесью гранитов во всех горизонтах. Эти почвы сформировались на продуктах выветривания гранитов, на что указывают почвенные разрезы, в которых наблюдается постепенный переход в подстилающие горные породы. Полевые шпаты и слюды, в большом количестве находящиеся в почвах, образовали в результате выветривания глинообразную часть почв. Содержащийся же в горной породе кварц, почти не поддающийся ни механическому разрушению, ни химическому разложению, выпадает при рыхлении горной породы целиком и составляет с неразложившимися остатками слюд песчаную фактуру почв. Глинистые частицы почв, переносимые водой и ветрами, скапливаются у подножий гор и в пониженных частях рельефа, за счет чего и происходит дифференциация почв на суглинистые и супесчаные [Лебедев Б.А., 1949; Ногина Н.А., 1962].
К востоку и юго-востоку от центральной части Уральского хребта появляются серые лесные почвы на суглинках, а в понижениях – лугово-черноземовидные на глинах [Колесников Б.П. и др., 1973]. Характерной особенностью почв верхних частей склонов является их незначительная глубина и щеб-нистость. В понижениях нередко наблюдается оглееность нижних горизонтов, и даже образование торфянистых и торфяных почв.
Почвы обладают плодородием достаточным для нормального роста и развития лесов средней и высокой продуктивности.
Общая площадь лесного фонда района исследований составляет 237,2 тыс.га. На долю лесных земель приходится около 89% (210,2 тыс.га), из них покрытая лесной растительностью площадь составляет 208,5 тыс.га.
Хвойные насаждения по данным учета лесного фонда на 1 января 2009 г. занимают около 138,5 тыс.га. (65,9%) от площади лесных земель.
В соответствии с нормативными документами [Правила…, 1994; Основные положения…, 1995] все многообразие типов леса и лесорастительных условий объединено в семь хозяйственных групп типов леса по режиму увлажнения, почвам и расположению по крупным элементам рельефа (табл. 1.1).
Преобладающими группами типов леса являются ягодниковая и разнотравно-липняковая – 50,6 и 33,8% соответственно. Основные типы леса - сосняк ягод-никовый (50,4%) и сосняк разнотравный (32,4%).
Полезные свойства кедровых лесов
Помимо припоселковых кедровников, создаваемых из естественных древо-стоев, в России издревле пытались создавать лесные культуры из кедра сибирского. По мнению М.Ф. Петрова [1961, 1966] и Н.П. Поликарпова [1985], кедр сибирский был первой хвойной древесной породой, использованной в России для проведения посадок.
К наиболее старым культурам кедра сибирского в европейской части Российской Федерации можно отнести кедровую рощу, созданную при игумене Феодосии (1578-1602) в Толгском монастыре близ Ярославля [Дубяго Т.Б., 1963; Петров М.Ф., 1966; Игнатенко М.М., 1988; Природа ..., 1990]. Территория монастырского сада площадью 1,5 га занимает вершину береговой надпойменной террасы над Волгой и включает систему глубоких (3-4 м) прудов и посадки кедра и других пород (лиственница, дуб, липа). К 1940 г. в роще насчитывалось около 100 взрослых кедров, имеющих почти 400-летний возраст [Ценнейшая ..., 1940; Петров М.Ф., 1966]. В 1982 г количество кедров сократилось до 46 [Игнатенко М.М., 1988], а к 1995 г. – до 37 [Смирнов А.П. и др., 1996]. Особо следует отметить, что основной причиной отпада деревьев кедра в последние десятилетия является ветровал, обусловленный заражением комлевой части деревьев трутовиком Швейни-ца. Несмотря на то что повреждения ядровой древесины трутовиком у стоящих деревьев распространяется на высоту 2-4 м, они удовлетворительно охвоены и плодоносят. По мнению А.П. Смирнова, А.В. Горохникова и Г.И. Зарудной [1996], отпад кедров и снижение прироста по диаметру обусловлены нарушением водного режима. В прежние века пруды в половодье заполнялись волжской водой, а при спаде уровня воды в реке они перекрывались, хорошо обеспечивая корни кедров влагой. После завершения строительства (1949 г.) Рыбинского водохранилища высокие весенние подъемы воды в Волге прекратились, а следовательно, прекратилось и заполнение прудов водой. Последнее и обусловило ухудшение санитарного состояния деревьев кедра. Другими словами, при сохранении гидрологического режима состояние кедровой рощи даже при таком значительном возрасте не вызывало опасения.
Старейшие культуры кедра на Урале (Верхотурская роща) насчитывают 250 лет. В XIX веке созданы кедровые культуры под Москвой, и заложены многие участки лесных культур кедра в Сибири [Крылов Г.В. и др., 1983]. Н.И. Непоми-луева [1972] описывает старейшие культуры кедра сибирского в республике Коми, М.М. Игнатенко [1968], Д.Я. Гиргидов [1972], Р.В. Бобров [1982], – в Псковской области, М.Ф. Петров [1972] – в республике Карелия, Л.И. Крестьяншин [1972] – в Вологодской области, Б.М. Алимбеков [1972] – в республиках Мари Эл и Татарстан и Л.И. Крестьяншин [1972] – в Пермской области. Все вышеуказанные авторы положительно оценивают опыт создания лесных культур из кедра сибирского в европейской части РФ, даже далеко за пределами его естественного ареала. Особенно интересны данные Ф.Б. Орлова [1972] о старейших лесных культурах кедра сибирского в Архангельской области, в том числе на Соловецких островах.
Н.П. Братилова [2005], анализируя историю создания культур кедра в Сибири, отмечает, что далеко не всегда при их создании достигался положительный эффект. Нередко культуры гибли в результате поедания семян грызунами, неправильной агротехники выращивания и по ряду других причин. В то же время накопленный практический опыт и научный потенциал искусственного выращивания кедра сибирского образует предпосылки для перевода его на селекционную основу [Дроздов И.И., Дроздов Ю.И., 2000]. Основная масса культур кедра должна выращиваться по плантационному типу [Лесные плантации, 1984; Бабинцева Р.М. и др., 1998; Титов Е.В., 2004; 2005; и др.] на основе использования селекци 37 онного посадочного материала [Ковалев Л.С. и др., 1988; Матвеева Р.Н., Щерба Н.П., 1998; Щерба Н.П., 2002; Титов Е.В., 2004].
Естественно, что создание и выращивание искусственных насаждений, особенно плантационного типа – мероприятие достаточно дорогое, требующее высокой квалификации исполнителей. Однако затраты в значительной степени компенсируются быстрым вступлением деревьев кедра в стадию семеношения. По данным М.М. Игнатенко [1968], в Ленинградской области экземпляры кедра сибирского начали цвести на 12-ом году жизни и имелись случаи цветения на 9-ом году жизни. О раннем начале семеношения кедра сибирского при искусственном лесовосстановлении писали и другие авторы. Так, Н.П. Братилова [2005] отмечает, что в 37-40-летних плантационных культурах кедра сибирского, заложенных около г. Красноярска, насчитывается до 72% семеносящих деревьев.
По мнению ряда ученых, среди которых и классик немецкого лесоводства профессор Г. Майер, в искусственных насаждениях нельзя достичь такого качества древесины по сравнению с той, которая формируется самой природой, то есть в естественных древостоях формируется более плотная и прочная древесина [Mayer A., 1909; Nakamura N., 1997].
Объем выполненных работ
Однако такое распределение насаждений нельзя назвать схожим, поскольку в целом по Свердловской области доминируют насаждения естественного происхождения, а в районе исследований четвертая г.т.л. в основном представлена лесными культурами. Более того, в этой г.т.л. находится более половины всех лесных культур района исследований, имеющих в составе древостоев кедр сибирский. Мы считаем, что в процессе лесокультурного производства для создания лесных культур кедра сибирского подбирались наиболее благоприятные, относительно плодородия почвы и режима увлажнения, лесные участки. Насаждения естественного происхождения района исследований с участием кедра сибирского в составе древостоя в основном произрастают в 6 (мшисто-хвощевая) и 7 (сфагновая) г.т.л. На их долю приходиться 44 и 39,9%, соответственно. Последние показатели превышают аналогичные по Свердловской области в целом, где на долю насаждений, указанных г.т.л., приходится 11,1 и 20,0% соответственно. На долю наиболее продуктивной 4 (разнотравно-липняковой) г.т.л. в районе исследований приходится всего 9,8% насаждений естественного происхождения с участием кедра сибирского в составе древостоя, в то время как по Свердловской области на ее долю приходится 37%. На наш взгляд, столь незначительная доля насаждений в 4 г.т.л., имеющих в составе древостоя кедр сибирский, в районе исследований может быть обусловлена проводимыми ранее интенсивными сплошными рубками. Эта же гипотеза объясняет сохранность кедровой сосны на заболоченных участках. Заболоченные места являются практически непригодными для использования лесозаготовительной техники, кроме того, дре-востои в 6 и 7 г.т.л имеют низкий класс бонитета и плохую товарную структуру. Данные факторы существенно снижают экономическую эффективность лесозаготовительных работ и делают заготовку древесины в насаждениях указанных типов леса непривлекательной для лесозаготовителей. Последнее обусловило сохранность части насаждений с участием в составе древостоев кедра сибирского 6 и 7 г.т.л даже после достижения ими возраста спелости.
Особенностью района исследований является значительно большая доля лесных культур, по сравнению с таковой по Свердловской области в целом. Практически половина произрастающих древостоев с участием кедра в районе исследований - это результат лесокультурой деятельности.
Кедровые насаждения занимают 663,3 тыс.га, что составляет 4% от всей площади лесного фонда Свердловской области (табл. 4.3). Таблица 4.3 – Распределение кедровых насаждений по группам типов леса,
Как следует из материалов таблицы 4.3, для кедровых насаждений сохраняются те же основные закономерности распространения по г.т.л, что и для насаждений с участием кедра сибирского в составе древостоев. Различия в распределении по г.т.л кедровых насаждений и насаждений с участием кедра сибирского в составе древостоя в основном обуславливаются значительно меньшей площадью произрастания первых. Разница особенно заметна для естественных насаждений, так их площадь среди кедровников района исследований составляет 7 га, а насаждения с участием кедра сибирского в составе древостоев – 87,4 га. В районе исследований естественные кедровые насаждения встречаются только в 6 (мшисто-хвощевой) группе типов леса.
Также материалы таблицы 4.3 свидетельствуют, что доля лесных культур в Свердловской области незначительна – менее 1%. В районе исследований доля лесных культур кедра сибирского составляет 87,5%. При этом следует отметить, что лесные культуры создаются преимущественно в разнотравно-липняковой и ягодниковой группах типов леса.
На рисунке 4.4 представлена доля насаждений с участием и с преобладанием кедра сибирского в составе древостоев по группам типов леса Свердловской области. График свидетельствует, что на территории Свердловской области почти в половине насаждений 5, 6 и 7 групп типов леса в составе древостоев присутствует кедр сибирский. Последнее является естественной закономерностью, учитывая биологические особенности изучаемой древесной породы, и объясняется способностью семян кедра укореняться в слоевищах мохового покрова и лучше других хвойных древесных пород переносить избыточное увлажнение. Несколько меньше кедр сибирский представлен в 1 г.т.л., около 41%.Относительно большая доля участия кедра сибирского в составе древостоя насаждений 1 г.т.л. объясняется особенностью распространения семян с помощью тонкоклювой кедровки, подробно этот процесс описан в главе 2 раздел 2.6 и главе 5 раздел 5.2.
Основная доля кедровников Свердловской области представлена в тех же четырех г.т.л., что и насаждения, имеющие кедр сибирский в составе древостоя. Наибольшая доля кедровников находится в 6 г.т.л – 13,8%, несколько меньше в 1 г.т.л – 11,9% . В 7 и 6 г.т.л доля кедровников составляет 7,2 и 6,1% соответственно. Минимальная доля как кедровников, так и насаждений с кедром сибирским в составе древостоев представлена в 2 г.т.л – 1,6 и 7,9% соответственно. В общем, распределение доли кедровых насаждений и насаждений, имеющих кедр сибирский в составе древостоя Свердловской области, значимых различий не имеют.
Распределение насаждений по преобладающим породам
По данным учета в государственном лесном фонде Свердловской области, всего в районе исследования с 1951 г. их было создано 62170 га лесных культур, из них культура кедра сибирского – 1408 га, что составляет 2,3%. Для сравнения за тот же период доля лесных культур кедра сибирского в области составляла 1,6%.
Материалы таблицы 7.1 свидетельствуют, что в районе исследования с 2000 г. наблюдается неуклонное снижение площади создаваемых лесных культур. Так в 2003 году было произведено всего 4 га, а за последние 10 лет культуры сосны кедровой сибирской не создавались. Из 1408 га созданных лесных культур переведено в покрытую лесом площадь 1226 га, что составляет 87,1%, однако из них 907 га погибло в последующие годы. Итоговая сохранность лесных культур кедра составляет 22,8%. Для сравнения, сохранность лесных культур всех древесных пород района исследования до перевода их в покрытую лесом площадь составляет 83,2%, а общая их сохранность составляет 25,3%. То есть можно констатировать, что с точки зрения опыта лесокультурного производства сосна кедровая сибирская до перевода лесных культур в покрытую лесом площадь не уступает другим древесным породам по средним показателям сохранности, и даже превосходит их. Однако после смыкания лесных культур кедра сибирского показатели сохранности значительно снижаются с 87,1 до 22,8%, то есть около 2/3 площади создаваемых лесных культур кедра сибирского погибает после их перевода в покрытую лесом площадь.
Анализируя создание лесных культур, необходимо отметить, что на территории исследования создавались предварительные лесные культуры кедра на площади 52 га.
Из 52 га предварительных лесных культур сохранились 23 га (44,2%). Все списанные лесные культуры погибли в первые годы после посадки. Причиной послужили неправильный выбор участков для создания предварительных лесных культур. В частности, высокая полнота древостоев, где создавались лесные культуры, что обусловило жесткое конкурентное влияние за свет, воду и питательные элементы древостоя и других ярусов растительности. После проведения рубок материнского древостоя возникает временное снижение роста лесных культур.
Однако после удаления древостоя и адаптации растений к новым условиям деревья кедра сибирского начинают интенсивный рост в высоту, формируя высокопроизводительные насаждения.
Всего на территории исследования создано 1408 га культур кедра сибирского. Сохранность таких культур составляет лишь 22,8%. Кедр сибирский зарекомендовал себя эффективной породой для создания предварительных лесных культур, переведено в покрытые лесом площади 23 га, все из которых сохранились. Показатель сохранности составил 44,2%, что практически в 2 раза выше, чем средние показатели.
Для более подробного изучения лесных культур были проанализированы материалы лесных культур, созданных в 1979 – 1998 гг. в районе исследований (табл. 7.2).
Лесные культуры, по материалам учета, создавались весной, в основном на 1-3 – летних вырубках. Одна площадь создана на вырубке текущего года, одна – на старой семилетней вырубке и одна – на гари. Площадь созданных лесных культур колеблется от 0,3 до 10,8 га. Создавались как чистые культуры кедра, так и смешанные с другими древесными породами: елью, сосной, пихтой и лиственницей. Доля кедра сибирского в смешанных культурах колебалась в основном от 2 до 5 единиц, однако, есть участки, где доля кедра сибирского была менее 10%. Состав при посадке был преимущественно 5К5Е и 5К5С. При этом дополнение культур производилось либо сосной, либо елью. При дополнении культур кедр сибирский не применялся.
При создании культур применялась следующая схема посадки: расстояние между рядами 4-5 метров, расстояние в ряду 0,4-0,5 метров. Единично применялись схемы посадки 3х0,3, 3х0,6. Густота при этом варьировалась в интервале 4,0-11,1 тыс.шт./га. Дополнение составляло от 1,0 до 3,5 тыс.шт./га.
В качестве посадочного материала использовались 2-3-х летние сеянцы. Посадка производилась вручную под меч Колесова. Обработка почвы под посадку лесных культур производилась трактором, агрегатируемым с плугом ПЛК-70 или ПЛН-135. На одной площади подготовка производилась бульдозером, в вырубленных коридорах создавались площадки размером 2х1,5м.
На 15 площадях уход производился вручную однократно, в год создания, путем удаления сорной растительности и рыхления почвы. На 4 площадях производился двукратный уход, с первого по пятый год с момента создания лесных культур. Трехкратный уход производился на 4 площадях. Четырехкратный на одной площади, семикратный на одной площади. Уходов не производилось на одной площади.
Приживаемость лесных культур в первый год колебалась в пределах от 87 до 99,8%, сохранность на третий год - от 77 до 90,2%, на пятый год - от 38,8 до 88,4%.
Созданные лесные культуры переведены в покрытую лесом площадь на 8-12 год. При этом на момент перевода площади в покрытую лесом только на половине (13 из 26) участках сохранился кедр сибирский .
Также на одной площади лесные культуры создавались посевом весной на трехлетней гари, на площади 2 га. В последнем случае создавались чистые культуры кедра. Густота при этом составляла 5 тыс.шт./га. Обработка почвы под посев лесных культур не производилась. Посев производился под мотыгу. Уход не производился. Приживаемость культур на первый и третий год после посева составляла 51%, на пятый – 49%. Созданные лесные культуры были переведены в покрытую лесом площадь на 8 год. Состав переведенных лесных культур 2К4Б4Ос. Данный способ создания лесных культур показал лучший результат по сохранности и времени перевода культур в покрытую лесом площадь. Однако на момент исследования (лето 2014 г.) в данных лесных культурах жизнеспособных экземпляров кедра сибирского нами обнаружено не было.
В целом, из 26 участков (76,4 га) лесных культур с участием кедра сибирского, представленных в сохранившихся книгах лесных культур УУОЛ и Березовского лесничества, на момент исследования только на 6 участках (7,3 га) сохранился кедр сибирский, данный показатель сохранности кедра сибирского в лесных культур менее 10% нами считается неудовлетворительным. На наш взгляд, причиной гибели кедра сибирского в лесных культурах после перевода их в покрытую лесом площадь является, во-первых, отсутствие уходов, а во-вторых, кедр