Содержание к диссертации
Введение
Раздел I. ЕСТЕСТВЕННО-ИСТОРИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И РАСТИТЕЛЬНОСТЬ УКРАИНСКИХ КАРПАТ 11
1.1. Географическое положение, рельеф, геоморфология и гидрография 11
1.2. Характеристика климатических условий 16
1.3. Краткая характеристика почв 21
1.4. Лесная растительность и типы леса 26
Раздел 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА 34
2.1. Сбор и обработка полевых материалов 34
2.1.1. Подбор объектов исследований и закладка пробных площадей 34
2.1.2. Рубка и обмер модельных деревьев 39
2.1.3. Обработка полевых материалов 40
2.2. Изучение таксационного строения исследуемых молодняков 42
2.3. Методика исследования динамики роста буково-еловых молодняков 45
2.3.1. Анализ однородности экспериментального материала 46
2.3.2. Выравнивание экспериментальных данных 47
2.4. Объем исследований 50
Раздел 3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ БУКОВО-ЕЛОВЫХ МОЛОДНЯКОВ В КАРПАТАХ 53
3.1. Биологические особенности ели и бука 53
3.2. Некоторые вопросы взаимоотношений между елью и буком в смешанных молодняках 56
3.3. Распространение и современное состояние буково-еловых молодняков в Карпатах 60
3.4. Возобновление смешанных насаждений 63
3.4.1. Естественное возобновление 63
3.4.2. Лесные культуры 64
3.4.3. Комбинированное возобновление 65
Раздел 4. ХОД РОСТА И ПРОДУКТИВНОСТЬ БУКОВО-ЕЛОВЫХ МОЛОДНЯКОВ 67
4.1. История изучения и состояние вопроса 67
4.2. Динамика состава смешанных буково-еловых молодняков 69
4.3. Изменение количества стволов, средних высот и диаметров молодняков с возрастом 72
4.4. Динамика средних видовых чисел и видовых высот. 82
4.5. Рост сумм площадей сечений и запасов молодняков с возрастом 84
4.6. Динамика прироста и общей продуктивности буково-еловых молодняков 90
4.7. Накопление зеленой биомассы крон деревьев в смешанных молодняках 96
Раздел 5. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТАКСАВДОННОГО СТРОЕНИЯ И СОРТИ
МЕНТНАЯ СТРУКТУРА БУКОВО-ЕЛОВЫХ МОЛОДНЯКОВ 99
5.1. История изучения и состояние вопроса 99
5.2. Строение буково-еловых молодняков по диаметру 104
5.3. Соотношение между диаметрами и высотами в смешанных молодняках 116
5.4. Строение исследуемых молодняков по сумме площадей сечения и запасу 120
5.5. Сортиментная структура выбираемой части в буково-еловых молодняках при рубках ухода 127
Раздел 6. ОСОБЕННОСТИ ТАКСАЩИ И ФОРМИРОВАНИЯ СМЕШАННЫХ
МОЛОДНЯКОВ В ГОРНЫХ УСЛОВИЯХ КАРПАТ 135
6.1. Таксация молодняков в горных условиях 135
6.2. Особенности ландшафтной таксации молодняков горных лесопарков 139
6.3. Выращивание высокопродуктивных буково-еловых молодняков 141
6.4. Формирование лесопарковых ландшафтов в буково-еловых молодняках 144
6.5. Использование результатов исследования при лесоустройстве, проектировании и выполнении лесохозяйственных мероприятий 146
ВЫВОДЫ 149
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 151
ЛИТЕРАТУРА 152
ПРИЛОЖЕНИЯ 177
2.1. Таксационная характеристика пробных площадей 178
2.2. Проверка принадлежности молодняков к одному естественному ряду роста и развития 192
4.1. Исходные данные для подбора линейных уравнений и установления принадлежности смешанных молодняков к одному естественному ряду роста 195
4.2. Ход роста буково-еловых молодняков Украинских Карпат 199
4.3. Суммы площадей сечений, запасы древесины и зеленой биомассы на I га при полноте 0,8 и 1,0 для смешанных буково-еловых молодняков Украинских Карпат в различных типах леса 219
5.1. Распределение количества деревьев /N, % / по естественным ступеням толщины в буково-еловых
- Географическое положение, рельеф, геоморфология и гидрография
- Подбор объектов исследований и закладка пробных площадей
- Биологические особенности ели и бука
- Динамика состава смешанных буково-еловых молодняков
- Строение буково-еловых молодняков по диаметру
Введение к работе
Важнейшими задачами, поставленными ХХУІ съездом КПСС перед лесным хозяйством страны, являются обеспечение постепенного перехода к ведению его на принципах непрерывного и рационального лесопользования, повышение продуктивности и устойчивости лесов, улучшение их качественного состава, выращивание молодняков ценных древесных пород. Для их успешного решения необходимо проводить научно-обоснованную организацию комплексного хозяйства, которая базируется на таксационных исследованиях строения, роста и формирования насаждений.
Актуальность темы. Широкое создание смешанных молодняков и правильное ведение хозяйства в них требует глубокого изучения особенностей роста, закономерностей таксационного строения и взаимодействия древесных пород, входящих в их состав, которые до настоящего времени оставались пока неизученными. В связи с этим Н.П.Анучин [16] отмечал, что возникает необходимость в установлении нормативов, отражающих действительный рост не только уникальных древостоев, но и самых распространенных /модальных/, средние показатели которых могут служить надежной мерой для выявления действительного состояния леса. Расширение площадей смешанных молодняков является эффективным средством улучшения качественного состава лесов: одновременно решаются вопросы оптимизации состава и структуры смешанных древостоев с целью повышения их продуктивности, биологической устойчивости, эстетической ценности и положительного воздействия на среду.
Правильное ведение хозяйства в молодняках, основанное на знании закономерностей изменения с возрастом основных таксационных показателей и их строения, не только дает возможность получить дополнительный резерв древесины, но и повышает их производительность в более старшем возрасте. Перспективное ведение лесного хозяйства _ 7 -в лесах Украинских Карпат планируется на типологической основе, поэтому изучение строения, роста и формирования смешанных молодня-ков проводилось в наиболее распространенных типах леса.
Таким образом результаты всесторонних таксационных исследований буково-еловых молодняков дают возможность проведения научно обоснованного комплекса лесохозяйственных мероприятий, обеспечивающих повышение их продуктивности, устойчивости и эстетической ценности.
Цель и программа исследований. Основная цель работы - изучение закономерностей таксационного строения, динамики роста и продуктивности, накопления зеленой биомассы и сортиментиой структуры выбираемой части буково-еловых молодняков Украинских Карпат в основных типах леса - влажной буко-во-пихтовой рамени и влажной буково-пихтовой сурамени, для разработки на этой основе рекомендаций по их таксации, формированию рубками ухода и выращиванию оптимальных древостоев.
Программой работ предусматривалось: исследовать динамику основных таксационных показателей смешанных молодняков в различных экологических условиях; определить общую продуктивность и накопление зеленой биомассы буково-еловых молодняков; изучить особенности таксационного строения по диаметру смешанных молодняков; установить зависимость между относительными высотами и диаметрами; исследовать распределение сумм площадей сечения и запасов по естественным ступеням толщины; изучить сортиментную структуру вырубаемой части буково-еловых молодняков; разработать рекомендации по проведению таксации и выращива- - 8 -нию смешанных молодняков в горных условиях.
Научная новизна. Впервые для данного региона на типологической основе проведено исследование динамики состава, роста, продуктивности и накопления зеленой биомассы модальных буково-еловых молодняков. Изучены закономерности таксационного строения смешанных молодняков по диаметру, высоте, сумме площадей сечения и запасу, исследована их сортиментная структура. Установлены математические модели, характеризующие динамику роста и закономерности строения смешанных молодняков, которые можно использовать при проведении лесоустройства. Изучены некоторые вопросы взаимоотношений между елью и буком в смешанных молодняках, что дает возможность использовать бук для повышения устойчивости молодых еловых древостоев. Разработаны рекомендации по проведению таксации и выращиванию смешанных молодняков в горных условиях, которые могут быть использованы при лесоустройстве, проектировании и выполнении лесохозяйственных мероприятий.
Практическая ценность и реализация результатов исследований. В результате проведенных исследований для лесоустройства и лесохозяйствен-ного производства предлагаются таблицы хода роста буково-еловых молодняков в основных типах леса, таблицы сумм площадей сечений, запасов древесины и зеленой биомассы на I га при полноте 0,8 и 1,0 для смешанных молодняков, таблицы распределения количества деревьев, сумм площадей сечений и запасов по естественным ступеням толщины, зависимость между относительными высотами и диаметрами, таблицы объемов маломерных стволов ели и бука в коре по высоте и диаметру на высоте груди, сортиментные таблицы для выбираемой части смешанных молодняков Украинских Карпат.
Разработанные и научно обоснованные рекомендации по таксации, формированию и выращиванию буково-еловых молодняков в горных - 9 -условиях нашли применение в лесокомбинатах производственного лесозаготовительного объединения "Закарпатлес" и служат придержкой при установлении оптимального состава и густоты в смешанных буко-во-еловых молодняках. Составленные таблицы динамики роста, закономерностей строения и сортиментной структуры будут широко использоваться при последующей инвентаризации лесов Украинских Карпат. Кроме того учет объемов коры и зеленой биомассы позволит лесохо-зяйственному производству более рационально использовать всю надземную массу смешанных молодняков при рубках ухода.
Обоснованность результатов исследований. Обоснованность выводов и рекомендаций базируется на большом экспериментальном материале, который обрабатывался статистическими и математическими методами с использованием ЭВМ EC-I022 /часть программ составлена с участием автора/. При статистическом и математическом анализе опытных данных использовались предложения А.К.Митропольского [l39,I40], Б.М.Иванюты [і02,І03], В.С.Мойсеева [142,143], К.Е.Никитина [155,156], О.А.Трулля [211], И.И.Гусева [8і], А.Г.Мошкалева [і50,І5і], Н.Н.Свалова [188,189] и др. Их учет дает возможность провести объективную оценку собранного материала и разработать рекомендации по таксации и выращиванию высоко продуктивных смешанных молодняков.
Личный вклад автора. В процессе подготовки диссертации автором выполнены работы по рекогносцировочному обследованию буково-еловых молодняков, сбору экспериментального материала и его обработке на ЭВМ, а также проведен анализ и обобщение полученных результатов. Диссертация выполнена им в разрезе общекафедральной темы: "Исследование динамики состава и структуры насаждений основных лесообразующих пород Запада УССР с целью охраны и рационального использования лесных биогеценозов" /номер госрегистрации 01823002983/.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на ХХХУ и ХХХУІ научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ЛЖИ по итогам научно-исследовательских работ. В завершенном виде диссертация доложена, обсуждена и одобрена на заседаниях кафедр лесоустройства и лесной таксации Львовского лесотехнического института и Ленинградской ордена Ленина лесотехнической академии имени С.М.Кирова.
Объем работы и публикации. Диссертация состоит из введения, шести разделов, выводов и рекомендаций производству, списка литературы, включающего 277 наименований, в том числе 28 работ иностранных авторов и 12 приложений. Основной текст на 150 страницах машинописного текста, содержит 17 таблиц и 19 рисунков. Приложения занимают 97 страниц. По материалам диссертации опубликовано 4 научные работы. При этом автором разработаны и написаны отдельные разделы темы: "Исследовать молодняки ели, составить нормативные таблицы роста и продуктивности и разработать рекомендации для формирования еловых культур плантационного типа" /номер госрегистрации 01830038838/, выполняемой кафедрой лесной таксации Львовского лесотехнического института согласно договору с Минлеспромом УССР. - II -
Географическое положение, рельеф, геоморфология и гидрография
Карпаты заключены между Восточной и Западной Европой. Западная Европа непосредственно омывается Атлантическим океаном, а Восточная удалена от океана и связана с огромным материком Азии. Занимая особое положение в системе атмосферной циркуляции, Карпаты подвержены через эту систему своеобразному влиянию моря и суши.
Климат Украинских Карпат может быть охарактеризован как пере ходный от умеренно теплого к континентальному. Многие исследовате ли климата [3, 19, 33, 34, 35, 56, 109, 119, 177, 234] отмечают, что режим погоды здесь характеризуется своеобразной пестротой и вертикальной поясностью метеорологических показателей, обусловлен ных горным рельефом и разнообразием физико-географических условий. С поднятием в горы, климат более суров, так как они способствуют нагреву воздуха летом и охлаждению его зимой, чем усиливается кон тинентальность климата. " " По данным М.С.Андрианова [з], с увеличением высоты над уровнем моря на каждые 100 м температура уменьшается в среднем на 0,5. Но в разные времена года на склонах различной крутизны и экспозиции она отклоняется от этой величины. Летом понижение температуры почти в два раза больше, чем зимой /в июле 0,6-0,7, а в январе 0,4/. Для условий Карпат характерно явление температурных инверсий, когда в ложбинах бывает холоднее, чем в горах. К этим местам приурочены также абсолютные температурные минимумы достигающие -37 /в январе/ в межгорьях и -31 в горах. Максимальные температуры бывают до +37-38 /в июле/ в межгорьях и до +30 в горах.
Территорию Украинских Карпат в климатическом отношении М.С. Андрианов [2] делит на 6 вертикальных термических зон. В основу подразделения положены: сумма активных температур /выше 10/» длительность периодов с температурой выше 0, 5, 10, а также средние температуры самого теплого и самого холодного месяцев /рис.Ь .
Теплая зона расположена в Закарпатье и Покутско-Днестровс-ком междуречье Черновицкой области с суммами активных температур от 2800 до 3100. Продолжительность теплого периода около 265 дней, период общей вегетации - 216 дней, активной - 172 дня. Средняя температура самого теплого месяца /июля/ около 19-20, самого холодного /января/ - от 3 до 5. Преобладают дубовые леса.
Подбор объектов исследований и закладка пробных площадей
Подбор объектов для исследований проводился на основании детального изучения материалов лесоустройства, что позволило выявить особенности распространения буково-еловых молодняков в различных лесорастительных условиях, подобрать выдела, в которых произрастают насаждения, характерные по составу, густоте и другим таксационным показателям. В намеченных участках проводились детальный натурный осмотр и их глазомерная таксация.
В результате этих обследований намечались буково-еловые мо-лодняки для закладки в них пробных площадей. При этом учитывался ряд требований: пробные площади закладывались в наиболее распространенных типах леса /влажной буково-пихтовой сурамени и влажной буково-пихтовой рамени/; в зависимости от возраста они имели определенный состав /примесь допускалась не более 10 % явора и пихты, учитывая естественное возобновление этих пород/; учитывалась принадлежность их к одному естественному ряду роста и развития; характеризовались близким режимом ведения хозяйства, а также ряду других показателей однородности, предусмотренных лесоустроительной инструкцией по закладке пробных площадей [Кб]. При этом состав определялся закладкой круговых пробных площадей.
Биологические особенности ели и бука
Бук европейский /rduUS JulrducQ. L/ - одна из наиболее распространенных лиственных пород в Карпатах. О.В.Савельев и В.И.Ко-мендар [184] выделили две формы бука европейского: раннюю и позднюю. Разница в сроках распускания листвы рано- и позднораспускающихся деревьев бука достигает 10-15 дней и больше. Этот фенологический фактор имеет важное значение в предотвращении повреждения молодой листвы бука поздними заморозками. Из числа лиственных пород, бук наиболее теневынослив. Самосев и подрост бука может длительное время существовать под пологом материнского насаждения. Анализ модельных деревьев на пробных площадях и наблюдения за пнями бука на лесосеках показали, что большое количество деревьев в раннем возрасте испытывали в определенной степени угнетение. В.З.Гулисашвили [79] в ряду повышения теневыносливости ставит бук перед елью и пихтой.
Такое близкое отношение этих пород к низким температурам и свету указывает на благоприятное совместное произрастание их в смешанных насаждениях.
Ель и бук - породы влажного климата, мезофиты. Однако ель более требовательна к влажности почвы и воздуха и это отражено в известных шкалах влаголюбия Погребняка, Турского, Гулисашвили,
Нестерова и др. Так, П.С.Погребняк [168] ель относит к более вла-голюбным, чем бук, пихта, ильм, граб, явор. Необходимо отметить, что ель и бук чувствительны к воздушной и почвенной засухе. Из-за недостатка влаги в почве, в засушливые годы, наблюдается массовое отмирание всходов, а иногда и усыхание крон этих пород. Наряду с сухостью ель и бук избегают избыточного увлажнения. На тяжел осуглинистых сырых почвах их всходы часто гибнут зимой от "выжимания". В Украинских Карпатах буково-еловые насаждения отличаются наивысшей производительностью на влажных и свежих почвах.
Ель среднетребовательна к почвенному плодородию /мезотроф/. Произрастает на разных по богатству почвах: от мощных буроземов до каменистых россыпей, где почти отсутствует почвенный; покров. Бук европейский требовательный к плодородию почвы /мегатроф/. В Карпатах буковые леса произрастают в наиболее богатых груцовых типах леса, на буроземных плодородных почвах. Около 90 % чистых буковых насаждений и с преобладанием бука, как отмечает П.И.Молотков [148] , произрастают на участках, относящихся к трофотопу Д. Такое отношение ели и бука к почвенному плодородию, имеет значение во взаимоотношениях этих пород в смешанных насаждениях.
Одним из важных биологических свойств ели и бука является отношение этих пород к ветру. Ветер способствует опылению цветков ели и бука, играет немаловажную роль в распространении их семян. Ель имеет поверхностную корневую систему, что указывает на низкую устойчивость ее против ветра. Благодаря мощной корневой системе, с глубоко проникающими в почву боковыми корнями, бук имеет высокую сопротивляемость против ветровалов. Произрастая в смешанных буково-еловых насаждениях, эти породы взаимно дополняют друг друга.
Динамика состава смешанных буково-еловых молодняков
Динамика состава буково-еловых молодняков по элементам леса изучалась по изменению сумм площадей сечений составляющих пород на пробных площадях и средневзвешенным значениям коэффициентов состава на площадях таксационных выделов по пятилетним периодам возраста. Для конкретных экологических условий, одновременно по всем породам, коэффициенты состава выравнивались графически и увязывались между собой так, чтобы их сумма для каждого пятилетнего периода возраста составляла 10 единиц /табл. 4.2./.
Из табл. 4.2. видно, что динамика состава с возрастом, в различных экологических условиях, имеет свои особенности, связанные с изменениями плодородия почвы и климатических условий. 8 связи с этим Д.В.Воробьев [43] подчеркивает такую закономерность, что чем климат теплее и суше, тем типы богаче и суше, и наоборот, чем климат холоднее и влажнее, тем типы беднее и влажнее. Прежде всего необходимо отметить увеличение в составе доли участия ели с возрастом, в результате более энергичного ее роста при этих условиях. Как видно из данных таблицы 4.2., доля участия ели в составе возрастает за период до 40 лет от 5 до 9 , а бука соответственно уменьшается на 3-7 %. С уменьшением богатства лесорастительных условий, участие ели в составе увеличивается, а бука и примеси пихты и явора уменьшается. Такая же особенность наблюдается и с увеличением высоты над уровнем моря, когда ель в составе увеличивается от 7 до 9 % /С3/ и от 5 до 8 % /Дз/, бук соответственно уменьшается на 3-4 % /Сд/ и на 4-7 % /Д3/. Все эти изменения в составе смешанных молодняков объясняются биоэкологическими особенностями ели и бука. Ель более влаголюбивая и менее требовательна к почвенному плодо родию чем бук. На протяжении всего периода жизни бук уступает в росте ели, однако к 40-летнему возрасту находится с ней в одном ярусе.
class5 ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТАКСАВДОННОГО СТРОЕНИЯ И СОРТИ
МЕНТНАЯ СТРУКТУРА БУКОВО-ЕЛОВЫХ МОЛОДНЯКОВ class5
Строение буково-еловых молодняков по диаметру
Изучение таксационного строения смешанных молодняков проводилось путем распределения количества деревьев по естественным ступеням толщины. В процессе роста молодняки проходят несколько возрастных этапов: период до смыкания крон деревьев; период жердняка, когда происходит наибольший отпад отставших в росте деревьев; период большого роста, продолжающийся до начала приспевания древостоев. С возрастом молодняков происходят непрерывные изменения в распределении общего количества деревьев по толщине, что оказывает определенное влияние на структуру насаждения, его состав, запас и выход сортиментов.
При исследовании закономерностей строения буково-еловых молодняков большое внимание уделялось вопросу установления определенной математической модели кривой распределения количества деревьев по диаметру. Многие авторы [88,134,139,143,155,156,189]и др. указывают на положительные результаты применения функции Шарлье и кривых Пирсона для аппроксимации их строения по диаметру. Исследуемые молодняки характеризуются неоднородностью состава. Они сформированы под прямым влиянием антропогенного фактора, который имеет определенное влияние на строение древостоев. Нами проведен подбор математической модели, наиболее полно отражающей характер распределения количества деревьев в буково-еловых молодняках. При этом рассмотрены функции обобщенного нормального распределения /тип А/ и кривая Пирсона /тип І/. В результате проведенных исследований установлено, что функция обобщенного нормального распределения не всегда достаточно полно отражает распределение количества стволов по изучаемым признакам, особенно в раннем возрасте, когда древостой характеризуются высокой изменчивостью диаметров и крайней асимметрией. Ее целесообразно применять лишь в более старшем возрасте молодняков /более 30 лет/, когда уменьшается асимметрия и коэффициент варьирования таксационных признаков. Положительные результаты здесь дает применение функции Пуассона, особенно в перегущенных древостоях начального возраста, на что указывает в своих работах В.М.Иванюта [юз] и Пирсона I типа по В.С.Мойсееву Гі43]. Однако опыт выращивания буково-еловых молодняков показывает, что они создаются преимущественно средней густоты. Наиболее полно отражает распределение в этих смешанных молодняках кривая Пирсона /критерий эсг в большинстве случаев колеблется от 0 до -4, что соответствует первому типу кривых/. Применение этой кривой, как наиболее универсальной, рекомендуется многими авторами [91,143,155,163 и др.] .
Строение буково-еловых молодняков изучалось по элементам леса. Собранный нами экспериментальный материал был сгруппирован по типам леса, времени проведения рубок ухода и группам диаметров. В результате проведенного анализа оказалось, что тип леса не оказывает существенного влияния на характер распределения количества стволов по диаметру. Поэтому в дальнейшем опытный материал группировался по времени проведения рубок ухода в исследуемых молодняках /более и менее 5 лет после рубки/ и группам диаметров /до 8,0 см; 8,1-16,0 см и 16,1-24,0 см/. Такая группировка экспериментального материала наиболее полно отражает биоэкологические свойства смешанных молодняков и охватывает их главные категории.
