Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор опубликованных работ 8
1.1 Березовые леса России 8
1.2 Отличительные особенности наиболее распространенных видов березы 18
1.3 Ресурсы березовых лесов 21
1.4 История заготовки березового сока 30
2 Программа и методика исследований 33
2.1 Программа исследований 33
2.2 Методика исследований 34
2.3 Методика определения сокопродуктивности березы 43
3 Объекты исследования 46
3.1 Общие сведения 46
3.2 Объекты исследования 48
4 Интенсивность соковыделения и сокопродуктивность березняков в зависимости от характеристик древостоев 65
4.1 Способы подсочки и технология заготовки березового сока 65
4.2 Интенсивность соковыделения 70
4.2.1 Влияние диаметра ствола и возраста дерева на интенсивность соковыделения 71
4.2.2 Интенсивность соковыделения в зависимости от времени суток 78
4.2.3 Интенсивность и продолжительность соковыделения в зависимости от погодных условий 83
4.2.4 Влияние количества каналов на интенсивность соковыделения 93
4.3 Сокопродуктивность березняков по типам леса 96
Заключение 104
Рекомендации 106
Список литературы 107
- Березовые леса России
- История заготовки березового сока
- Влияние диаметра ствола и возраста дерева на интенсивность соковыделения
- Сокопродуктивность березняков по типам леса
Березовые леса России
В лесном фонде страны на долю березняков приходится более 93 млн. га [Лесной фонд…, 2003]. С каждым годом береза захватывает все новые территории, в первую очередь в таежной зоне. Видовое разнообразие этого лесообразователя представлено большим количеством представителей семейства «берёзовые» и рода «береза». Первые виды этого семейства выявлены и приведены в известность Карлом Линнеем еще в 1753 году, в первом издании его знаменитой книги «Species plantarum», которая впоследствии переиздавалась несколько раз.
На территории РФ встречается более 60 видов березы. Для основных видов установлены места произрастания и занимаемая площадь. По мнению специалистов мировой лесной фонд содержит более 120 видов, разновидностей и форм березы [Баранов, 1924; Архангельский, 1963; Абатуров [и др.], 1982; Булыгин, 1985; Быкасов, 2012; Новикова [и др.], 2014; Новикова, 2016; Грязькин [и др.], 2017; Грязькин, 2019].
Значительная часть выявленных видов березы, имеющих ограниченный ареал, произрастает в восточной части страны (Сибирь и Дальний Восток), однако при этом основные запасы древесины и площади березовых лесов сосредоточены на территории европейской части России. По мнению многих авторов, большая часть березняков имеет вторичное происхождение [Колданов, 1966; Шиманюк, 1974; Абатуров [и др.], 1982; Булыгин, 1985; Новикова, 2016; Грязькин [и др.], 2017]. Основная причина увеличения площади березняков – интенсивная эксплуатация древостоев хвойных пород, на смену которым приходят лиственные. Не редко при этом формируются древостои смешанного состава.
Другая, не менее важная причина экспансии березы на просторах России – залесение заброшенных сельскохозяйственных угодий (пашни, сенокосы, пастбища). Чаще всего такие земли заселяются березой, ольхой, ивой и осиной. Хвойные породы появляются значительно реже и, как правило, под пологом лиственных древостоев, что более характерно для ели.
Один из самых распространенных видов березы в лесном фонде РФ – береза пушистая или опушенная (Betula pubescens Ehrh.). Ареал распространения этого вида охватывает значительную часть территории страны (Рисунок 1.1). Betula pubescens – стройное дерево, высота которого может достигать 24-28 м в зависимости от условий места произрастания. Именно этот вид березы называют «белая береза», символ России. Корка (береста) у этого вида белая от комля и почти до самой вершины. Крона, как и у всех светолюбивых пород, ажурная, с распростертыми ветвями. Диаметр ствола, опять же в зависимости от условий места произрастания, может достигать 60-80 см. Легко переносит высокую влажность почвы, чаще растет на увлажненных и переувлажненных почвах [Пономарёв, 1933; Бузунова, 1964; Гроздова, 1979; Булыгин, 1985; Василевич, 1997; Ветчинникова, 2004; Новикова, 2016; ]. Ю.Д. Абатуров [и др.] (1982), Н.Е. Булыгин (1985), В.И. Василевич (1997) отмечают, что береза пушистая может произрастать на влажных почвах и, даже в условиях торфяных болот.
Береза пушистая, как и большинство других видов этого рода, является породой весьма светолюбивой. По шкале «светолюбия» березу обычно ставят на 2-3 место. Подтверждением светолюбивости березы может служить то, что самосев под пологом материнского древостоя быстро погибает от недостатка света, конкуренции со стороны представителей живого напочвенного покрова [Бузунова, 1964; Гроздова, 1979; Ветчинникова, 2004; Новикова, 2016].
Листья березы пушистой не крупные, имеют яйцевидную форму, край листа мелкопильчатый. Вся поверхность листовой пластинки и однолетние побеги всегда покрыта волосками. По этому признаку этот вид березы легко отличить от ее родственника – березы повислой. Для этого достаточно лизнуть поверхность листа языком.
Береза пушистая, как и большинство представителей семейства «березовые» плодоносят обильно и практически ежегодно. Семена очень мелкие и легкие, с двумя сравнительно большими крылышками (Рисунок 1.2). Семена созревают в августе, опадают быстро и дружно. Благодаря легкому весу и большим крылышкам, дальность разлета семян может достигать 1-1,5 км.
Другой вид, имеющий наибольшее распространение на территории России – береза повислая, или поникающая. Другие названия этого вида – береза бородавчатая, или плакучая (Betula pendula Roth.). В отличие от березы пушистой, береза повислая требовательна к плодородию почвы и режиму увлажнения. По этой причине она занимает в основном места с оптимальным увлажнением почвы и хорошей аэрации, с глубокими грунтовыми водами. Почвы с избыточным увлажнением береза повислая не переносит. Несмотря на такие требования Betula pendula имеет более широкое распространение, чем Betula pubescens (Рисунок 1.3). При сравнении рис. 1.2 и 1.3 видно, что ареал березы повислой заметно больше, чем у березы пушистой.
Береза повислая – более крупное дерево, чем береза пушистая. По некоторым оценкам, береза повислая может достигать высоты 30 м и более [Качалов, 1970; Булыгин, 1985; Галеев, 2000; Новикова, 2016; Johansson, 1987; Frieman [et. al.], 1992; Demirci [et. al.], 2004]. По диаметру ствола береза повислая превосходит березу пушистую. Исследователями отмечаются случаи, когда диаметр ствола березы повислой достигает 1 м [Деревья и кустарники СССР, 1951; Качалов, 1970; Булыгин, 1985; Данченко, 1990; Гроздова, 1979; Денисов, 1999; 2009; Новикова, 2016; Коновалов, Зарубина, 2016; Nerveu, Veiling, 1983].
История заготовки березового сока
Березовый сок – это уникальный, экологически чистый природный продукт, заготавливаемый в больших объемах [Орлов, 1974; 1982; Грязькин [и др.], 1993; Гордиенко, Солнцев, 1999; Хетагуров [и др.], 2013; Грязькин, 2019]. Особенность этого натурального продукта лесного фонда состоит в том, что без участия человека сахаристый сок «вырабатывается» деревьями ежегодно, это своего рода неисчерпаемый источник, действующий в течение длительного периода времени – с момента достижения установленного нормативами диаметра ствола и до естественного отпада дерева [Ву Ван Хунг, 2017; Грязькин, 2019].
Добыча сахаристых соков известна в России очень давно. Первые сведения об использовании соков лиственных пород в качестве лечебного средства встречаются в рукописных книгах древней Руси. Уже в старину березовый сок использовали для многих целей. Лечебники того времени содержат множество рецептов приготовления напитков, лечебных снадобий и других продуктов из сока древесных растений. В специальном ежегоднике «Труды Вольного экономического общества» упоминания об использовании березового сока в широких масштабах встречаются два столетия назад [Хунг [и др.], 2016; Ву Ван Хунг, 2017; Грязькин, 2019].
В годы второй мировой войны при недостатке сахара соки древесных растений широко использовались для получения полусиропов, которыми обеспечивали детские сады, госпитали (как заменитель сахара). Полусиропы из натурального сока использовались и для лечения [Грязькин, Смирнов, 2008; Хунг [и др.], 2016; Ву Ван Хунг, 2017; Хетагуров, 2019].
В послевоенные годы подсочка березовых и кленовых насаждений резко снизилась. Новый подъем промышленной подсочки лиственных пород наметился лишь в конце 60-годов прошлого столетия [Грязькин [и др.], 1993; Хунг [и др.], 2016; Ву Ван Хунг, 2017; Хетагуров, 2019].
В различных литературных источниках удалось найти интересные данные о количестве собранного сока с деревьев разного размера и в древостоях разного состава, возраста и типа леса. Такие данные позволяют проследить динамику и объемы заготовки соков на протяжении нескольких десятилетий [Грязькин [и др.], 1993; Ву Ван Хунг, 2017; Хетагуров, 2019].
Динамика соковыделения у деревьев разного размера существенно различается. Снижение интенсивности в первую очередь наблюдаются у самых мелких деревьев, затем, независимо от диаметра, у ослабленных и отставших в росте – деревья IV класса роста по Г. Крафту (1898) и Б. Д. Жилкину (1964) [Орлов, Рябчук, 1982; Грязькин, Смирнов, 2008; Ву Ван Хунг, 2017]. Отдельные деревья составляют исключение из этих правил. Деревья, растущие на свободе, по сравнению с деревьями в древостое, показывают более выраженную суточную динамику соковыделения. Кроме этого, для деревьев, растущих на свободе характерна более высокая валовая сокопродуктивность, по сравнению с деревьями в составе древостоя [Орлов, Рябчук, 1982; Грязькин, Смирнов, 2008; Ву Ван Хунг, 2017; Хетагуров, 2019].
Сокопродуктивность древостоев зависит от множества факторов. Она зависит от диаметра ствола, от типа леса, от количества подсочных каналов, от относительной полноты древостоев, от густоты древостоев, от сомкнутости полога (сомкнутости крон), от степени развития кроны дерева [Виноградов-Никитин, 1929; Бессер, 1943; 1950; Винк, Панов, 1973; Вершняк, 1977; 1978; Орлов, Рябчук, 1982; Грязькин, Смирнов, 2008; Ву Ван Хунг, 2017; Хетагуров, 2019].
Продолжительность соковыделения меняется и по годам:
- в зависимости от диаметра ствола [Орлов, Рябчук, 1982; Ву Ван Хунг, 2017],
- в зависимости от количества подсочных каналов на одном дереве [Грязькин [и др.], 2017; Ву Ван Хунг, 2017],
- в зависимости от лесорастительных условий (типа леса),
- в зависимости от таксационных характеристик древостоя (состав, полнота, сомкнутость крон, возраст),
- в заисимости от условий погоды [Орлов, Рябчук, 1982; Грязькин, Смирнов, 2008; Ву Ван Хунг, 2017].
Результаты подсочки показывают, что между размером дерева (диаметром ствола) и интенсивностью соковыделения строгой зависимости нет, однако тенденция к увеличению интенсивности с возрастанием диаметра проявляется [Хунг и др. 2016; Хетагуров [и др.], 2013; Грязькин [и др.], 2017; Ву Ван Хунг, 2017].
Установлено, что общая сокопродуктивность и продолжительность соковыделения напрямую зависит от размеров дерева [Хунг и др. 2016; Хетагуров [и др.], 2013; Грязькин [и др.], 2017; Ву Ван Хунг, 2017]. Возраст деревьев также сказывается на сокопродуктивности. В возрасте интенсивного роста она максимальна, а в перестойном возрасте – минимальна [Ву Ван Хунг, 2017; Грязькин [и др.], 2017].
Один гектар березняка может давать от 10 до 20 тонн сока за сезон, а при заготовке березового сока с пней, в несколько раз больше – до 40-50 т/га [Рябчук, Осипенко, 1981; Грязькин, Смирнов, 2008; Ву Ван Хунг, 2017; Грязькин [и др.], 2017]. На сокопродуктивность деревьев и древостоев оказывают влияние географическая широта и погодные условия, тип леса и полнота древостоя, размеры дерева и его возраст [Хунг [и др.], 2016; Ву Ван Хунг, 2017; Грязькин [и др.], 2017].
Анализ литературных источников по направлению исследований показывает, что тенденция к существенному росту спроса на продукцию из недревесных ресурсов леса является общемировой. При этом, до настоящего времени, остаются не решенными многие вопросы рационального использования ресурсов лесного фонда [Ву Ван Хунг, 2017; Грязькин [и др.], 2017].
Эффективное использование имеющихся ресурсов недревесного сырья возможно лишь при наличии точных сведений о его запасах и территориальном размещении на конкретной административно-хозяйственной единице. Получение необходимых сведений возможно при детальном обследовании участков лесного фонда. До сегодняшнего дня имеющиеся данные о запасах ресурсов и размещении доступного недревесного сырья не обобщены и не систематизированы. Имеются лишь разрозненные публикации по разным видам ресурсов для небольшого количества субъектов РФ и территорий лесной зоны страны.
Влияние диаметра ствола и возраста дерева на интенсивность соковыделения
Установлено, что интенсивность соковыделения в первую очередь зависит от размеров дерева. Связь с диаметром ствола проявляется не во всех случаях, однако, общая тенденция устойчивая. Одним из основных факторов, от которого зависит интенсивность соковыделения и сокопродуктивность дерева – степень развития кроны. Во всех случаях деревья с хорошо развитой кроной (протяженность кроны и ее диаметр больше (деревья I-го класса Крафта), чем у деревьев, относящихся к средним – деревья III-го класса Крафта), при одинаковом диаметре ствола, обладают лучшими показателями как по интенсивности соковыделения, так и по сокопродуктивности. Это деревья первого и второго классов по классификации Г. Крафта.
В Таблице 4.1 представлены данные по интенсивности соковыделения деревьями березы с разным диаметром ствола и разной степенью развития кроны. На каждом стволе модельного дерева закладывали один подсочный канал. Опытный объект № 10Л, Лисинское учебное лесничество, березняк черничный, апрель 2017 года.
Результаты, полученные в ходе опытной подсочки, показывают, что между размером дерева (диаметром ствола, мощностью кроны) и интенсивностью соковыделения проявляется определенная зависимость. При сопоставлении данных по моделям обнаруживается устойчивая тенденция к увеличению интенсивности соковыделения с возрастанием диаметра ствола.
Представленные в Таблице 4.1 данные свидетельствуют о том, что из 20 модельных деревьев нет ни одного случая полного совпадения значений, как по интенсивности выделения сока, так и по общей сокопродуктивности деревьев (общее количество сока за сутки с одного дерева). В ходе исследований было также установлено, что важнейшим фактором, определяющим интенсивность соковыделения и сокопродуктивность деревьев березы, является степень развития кроны. Как уже было сказано выше, деревья с хорошо развитой кроной (протяженность кроны в 1,5-2 раза больше, чем у остальных деревьев, диаметр кроны также больше, крона густая) выделяют сока в несколько раз больше, чем деревья со слабо развитой кроной. Такой вывод подтверждается данными в Таблице 4.1 (модели 2 и 15; 3 и 4; 5 и 7).
На Рисунке 4.6 показана зависимость интенсивности соковыделения от диаметра стволов деревьями березы в дневное время (объект 20КЛ – Кировское лесничество, березняк травяный).
Рисунок 4.6 показывает, что интенсивность соковыделения деревьями березы, с увеличением диаметра ствола, в целом увеличивается. Существенный разброс значений интенсивности соковыделения связан с влиянием других факторов.
На интенсивность соковыделения и сокопродуктивность заметное влияние оказывают и условия произрастания березняков. Установлено, что наибольшая интенсивность соковыделения деревьями любого возраста, с любым диаметром ствола характерна для березняка травяного (см. Рисунок 4.6).
Для сравнения, на Рисунках 4,6; 4.7; 4.8 показана зависимость интенсивности соковыделения от диаметра стволов деревьями березы в березняке травяном – Рисунок 4.6 (объект 20КЛ – Кировское лесничество) в березняке кисличном – Рисунок 4.7 (объект 17КЛ – Кировское лесничество) и в березняке черничном – Рисунок 4.8 (объект 18КЛ – Кировское лесничество).
Как видно из приведенных графиков, наивысшая интенсивность соковыделения характерна для деревьев березы в березняке травяном – до 1350 мл/час, а наименьшая – в березняке кисличном, до 330 мл/час. Различия достигают 3-4 кратной величины. При этом распределение стволов модельных деревьев по ступеням толщины примерно одинаковое во всех трех случаях. Из этого следует, что при заготовке березового сока производственные участки для подсочки целесообразно выбирать, в первую очередь, в березняке травяном. Во вторую очередь – в березняке черничном. В последнюю очередь – в березняке кисличном. Такая очередность определена по интенсивности соковыделения, однако при заготовке сока учитываются и качественные характеристики сока. При сравнении качества сока, очередность по типам леса может измениться. В целом, зависимость интенсивности соковыделения (Y) от диаметра ствола (х) можно выразить полиномом второй степени: Y = 0,6597x2 – 2,7386х + 107,94 при коэффициенте корреляции (R2 ) равном 0,68.
Кроме диаметра ствола и степени развития кроны, интенсивность соковыделения зависит и от возраста дерева. Установлено, что при одинаковом диаметре ствола более молодые деревья выделяют сока больше, чем деревья старшего возраста (возраст модельных деревьев был определен с точностью до одного года, Рисунок 4.9).
Сокопродуктивность березняков по типам леса
В березняке кисличном, черничном и травяном синхронно на трех объектах проведена подсочка пяти деревьев березы. Диаметр ствола этих модельных деревьев по объектам исследования был примерно одинаковым (Таблица 4.13).
Фактические значения сокопродуктивности модельных деревьев по типам леса различаются существенным образом. За период подсочки, продолжительностью более четырех часов минимальный объем сока получен в березняке кисличном – суммарно с пяти деревьев немногим более шести литров. Наибольшее количество сока получено с модельных деревьев в березняке травяном – более 9 литров.
Абсолютно одинаковые модельные деревья по возрасту, степени развития кроны, корневой системы, на разных объектах выбрать затруднительно, но 2-х кратные различия по сокопродуктивности свидетельствуют о том, что сокопродуктивность древостоев зависит от типа леса.
При проведении расчетов по определению сокопродуктивности древостоев, необходимо учитывать то, что весь период соковыделения характеризуется постепенным снижением интенсивности соковыделения. В зависимости от типа леса, размеров дерева, погодных условий и суточной динамики, интенсивность соковыделения за весь период подсочки по нашим данным, снижается в 5-10 раз (см. данные, представленные в Таблицах 4.3, 4.10 и на Рисунке 4.11). Исходя из этого среднюю интенсивность по типам леса можно определить путем ее сокращения в 4-6 раз от первоначальной. Следовательно, для определения сезонной сокопродуктивности березняка, интенсивность соковыделения, приведенную в Таблице 4.13, нужно уменьшить для березняка кисличного, березняка черничного и березняка травяного – в 5 раз (среднее значение по типам леса). Это будет соответствовать среднему уровню интенсивности соковыделения за весь подсочный сезон, что следует из Таблицы 4.10, приведенной выше (см. раздел 4.2.3).
С учетом нормативов, установленных действующими Правилами заготовки пищевых лесных ресурсов…. (2011), в березняке кисличном (объект 17КЛ) следует закладывать (за год до рубки древостоя) 540 подсочных каналов, в березняке черничном (объект 18КЛ) – 736 каналов и в березняке травяном (объект 21КЛ) – 564 канала (Таблица 4.14).
На практике, при подсочке березняков, на каждом лесном участке, в среднем выбраковывается около 10% деревьев. Это связано с разными причинами: исключаются тонкомер, фаутные, усыхающие и поврежденные деревья. При уменьшении количества рабочих стволов на 10%, примерно на эту же величину изменится и общее количество закладываемых каналов (это зависит от характера распределения отбракованных деревьев по ступеням толщины).
С учетом данных, представленных в Таблицах 4.5 и 4.6 и по итогам 4-х летних наблюдений, средняя продолжительность подсочного сезона (период соковыделения) в березняке черничном составляет 13 суток, березняке травяном – 12 суток, а в березняке кисличном – 10 суток.
Учитывая среднюю интенсивность соковыделения и тип леса, густоту древостоев и общее количество подсочных каналов на гектаре, за весь подсочный сезон на указанных лесных участках можно заготовить от 14 до 25 тыс. л/га березового сока (Таблица 4.15).
В условиях кисличного типа леса соковыделение начинается раньше и раньше заканчивается. В целом продолжительность соковыделения в березняке кисличном меньше, чем в березняке черничном и березняке травяном. Как уже отмечалось раньше в березняке кисличном она составляет, в зависимости от погодных условий конкретного года 9-12 суток (в среднем – 10 суток). В березняке черничном этот период самый продолжительный и длится от 11 до 18 суток (среднее значение – 13 суток). Продолжительность соковыделения в березняке травяном продолжается 11-14 суток (в среднем – 12 суток).
Установлено, что чем меньше доля березы в составе древостоев, тем меньше будет общее количество получаемого сока, т.к. количество рабочих стволов при этом, как правило, будет меньше, т.к. численность дереввьев березы зависит от доли ее участия в составе древостоя. Наоборот, чем больше доля березы в составе древостоя, тем, чаще всего, больше деревьев березы, а следовательно, и выше общая сокопродуктивность древостоя.
Относительная полнота, как и состав древостоя, оказывают влияние на итоговые результаты подсочки березняков. Об этом можно судить, сравнивая результаты одноразовой подсочки березняков, различающихся по таксационным характеристикам древостоев (Таблица 4.16, Курортное лесничество). В этом случае интенсивность соковыделения определялась у деревьев в каждой ступени толщины, после чего по среднему значению устанавливали сокопродуктивность для данного объекта.
Сокопродуктивность древостоев зависит в первую очередь от среднего диаметра стволов березы, во вторую – от численности деревьев березы. Кроме этого, общая сокопродуктивность древостоев зависит и от доли участия березы в составе древостоя и от относительной полноты древостоя.
Динамика соковыделения и сокопродуктивность у деревьев разного размера и разной степени развития, заметно различается. Быстрое снижение интенсивности в первую очередь наблюдаются у самых мелких деревьев, затем, независимо от диаметра ствола – у деревьев со слабо развитой кроной, ослабленных и отставших в росте деревьев – это деревья IV класса роста по Г. Крафту (1898).
Имеют место и исключения. Например, деревья, растущие на свободе, по сравнению с деревьями в древостое, выделяют сока больше при одинаковом диаметре ствола. Кроме этого, валовая сокопродуктивность деревьев, растущих на свободе выше, чем у деревьев в древостое. Деревья в куртинах и группах также дают сока меньше, чем свободно стоящие деревья [Хунг [и др.], 2016; Хунг 2017]. Это подтверждают и другие исследователи [Рябчук, Осипенко, 1981; Хетагуров, Грязькин, 2013; Грязькин [и др.], 2017; Lohr, 1953; Zakharenkov, Lloyd, 1997].
В целом, независимо от структуры древостоев по диаметру суммарный выход сока в древостое конкретного типа леса примерно одинаковый. Наоборот, при одинаковых таксационных характеристиках древостоев (средний возраст, средний диаметр, относительная полнота, состав), различия сокопродуктивности по типам леса существенны.