Содержание к диссертации
Введение
1. Проблема искусственного лесоразведения в аридных условиях и пути ее решения в историческом аспекте 8
2. Природная характеристика района исследований 24
2.1. Географическое местоположение 24
2.2. Климат 25
2.3. Рельеф и почвы 29
2.4. Гидрология 32
3. Программа, методика исследований и объем выполненных работ 36
3.1. Программа работ 36
3.2. Методика исследований 36
3.2. Объем выполненных работ 39
4. Характеристика искусственных насаждений района исследований 41
4.1. Характеристика лесного фонда 41
4.2. Рост березовых насаждений в районе исследований 50
4.3. Структура надземной фитомассы искусственных березовых древостоев 60
5. Формирование искусственных сосновых насаждений 71
5.1. Рост искусственных сосновых насаждений 71
5.2. Рубки ухода в искусственных сосновых насаждениях Северного Казахстана 78
5.3. Рекомендации по проведению лесоводственных уходов в искусственных сосновых насаждениях 92
6. Рекомендации по созданию искусственных насаждений в ковыльной степи Северного Казахстана 96
6.1. Подбор площадей для создания искусственных насаждений 96
6.2. Подбор ассортимента древесных пород и кустарников 100
6.3. Подготовка почвы под лесные культуры 102
6.4. Создание лесных культур 108
6.5. Уход за лесными культурами 111
6.5.1. Агротехнический уход 111
6.5.2. Лесоводственные уходы 114
6.5.3. Полив 115
Рекомендации производству 118
Общие выводы 119
Библиографический список 120
- Рельеф и почвы
- Объем выполненных работ
- Рубки ухода в искусственных сосновых насаждениях Северного Казахстана
- Уход за лесными культурами
Рельеф и почвы
Проблема искусственного лесоразведения в степных и полупустынных районах имеет весьма продолжительную историю. Последнее не случайно. Общеизвестно, что леса выполняют важную климаторегулирующую роль, регулируют распределение осадков, препятствуют ветровой эрозии и т.д. Как отмечал В.Г. Карпов (1956) естественные и искусственные леса являются важнейшими компонентами биосферы, мощными регуляторами биологического равновесия в природе, выполняют значительную роль в создании природных комплексов и экологических условий. Лесные насаждения в степных условиях обеспечивают блокирование очагов дефляции, изменяют ландшафт, служат постоянно действующим противодефляционным элементом, на протяжении длительного времени способствуют повышению урожаев сельскохозяйственных культур на смежных полях, защищая их от заноса мелкоземом (Полежаева, Савин, 1974; Виноградов, 1983; Павловский, 1983; Ковы-лина и др., 2011).
Существует взаимосвязь между устойчивым развитием территории и состоянием лесной среды. Так, специалисты Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO) отмечают многообразную роль лесов в развитии экономики, заключающуюся в следующем (Зиновьева, 2012): - леса снижают уровень голода и нищеты, обеспечивают занятость и доход, являются источником биоразнообразия, способны накапливать воду, стабилизировать почву и смягчать последствия изменения климата за счет связывания и накопления крупных объемов углерода; - леса имеют решающее значение в обеспечении средств к существованию, получения дохода местным населением и занятости в несельскохозяйственных работах, связанных с переработкой лесной продукции, охраной и воспроизводством лесов. Все это влияет на качество жизни человека (Байзаков, 2012) и создает предпосылки для устойчивого экономического развития страны.
Данные науки и многолетняя практика земледелия и животноводства в лесостепных, степных и полупустынных районах убеждает (Кулик, 2012) в возможности эффективно противодействовать многим начавшимся негативным явлениям комплексом биолого-мелиоративных мероприятий, организующей основой которых служат системы взаимодействующих защитных лесонасаждений (ЗЛН). Являясь фактором многофункционального влияния на окружающую среду, они нормализуют и стабилизируют экологическую обстановку, образуют устойчивые возрожденные или принципиально новые аг-ролесоландшафты с высокой степенью саморегуляции. При этом положительное воздействие систем ЗЛН возрастает по мере увеличения осваиваемой ими территории.
Русские ученые давно подметили огромное влияние лесов на накопление и сохранение в почве влаги. Влага из почвы испаряется вне леса в 6,5 раз скорее, чем в лесу (Коваль, 1949). Особенно велика роль лесов в защите от ветров. Полезащитные лесные полосы уменьшают скорость ветра, а следовательно, задерживают процесс испарения влаги в межполосных пространствах. В зимних условиях лесные полосы способствуют равномерному отложению снегового покрова и препятствуют сдуванию снега в овраги и балки.
Огромна роль защитных лесных полос в защите от суховеев и черных бурь. На подверженных эрозии площадях защитные лесонасаждения задерживают снег, уменьшают поверхностный сток талых и ливневых вод, предохраняют почву от смыва и размыва, способствуют лучшему ее увлажнению. Не случайно А.И. Воейков еще в 1893 г. писал: «Разведение лесных опушек и живых изгородей – один из самых легких и доступных для человека способов повлиять на климат. Такая растительность не только уменьшает силу ветра, но и испарение, и притом тем больше, чем сильнее ветры и теплее и суше воздух» (Воейков, 1957, с. 59). Исследования, выполненные на опытном поле Украинского института агролесомелиорации, показали, что смыв почвы только во время одного ливня в 1937 г. достигал 21 т/га, а в 1940 г. в период весеннего стока на том же поле составил 84 т/га (Коваль, 1949). Переводя поверхностный сток во внут-рипочвенный, защитные лесные насаждения тем самым способствуют сохранению почвенного плодородия.
К сожалению, из-за почти сплошной распашки степей, расположенные в южной части России плавневые леса и чисто степные леса в лесостепных областях, некогда покрывавшие пески, известняки, приречные и приовражные местности, водоразделы и склоны, были частично или полностью уничтожены. Степь лишилась огромных лесных массивов, которые защищали местность от ветров, задерживали снег, способствовали накоплению и сохранению почвенной влаги. Другими словами, степь лишилась надежных и верных регуляторов атмосферных вод, а следовательно, и жизни степных рек, озер, источников. В.В. Докучаев (1892) отмечает, что площади лесов в черноземных степях России уменьшились в 3-5 раз. Так, леса в Полтавском уезде занимали когда-то около 34% общей площади. Однако к концу XIX века их доля сократилась до 7%. В Романовском уезде площадь лесов сократилась с 28 до 9%, а в Лубенском уезде с 30 до 4% от общей площади.
Следствием уничтожения лесов и сплошной распашки явились засухи. Одна из таких засух случилась в 1891 г., охватила почти всю черноземную полосу России и вызвала в стране сильнейший голод. По данным Т.А. Коваля (1949) крестьяне вымирали целыми селениями и уездами.
Объем выполненных работ
При проведении исследований были использованы общепринятые ме тодики, применяемые в лесной таксации, лесоводстве, почвоведении, био геоценологии. Экспериментальный материал получен методом однократных обмеров на временных пробных площадях (ВПП) и опытно производственных объектах. При выполнении исследований учитывались основные положения и принципы методик, широко применяемых в лесоводстве (Сукачев, Зонн, 1961; Мелехов и др., 1965; Залесов и др., 2007), таксации (Моисеев и др., 1968; Анучин, 1977, 1982; Соколов, 1986 и др.), а также при изучении лесных культур (Огиевский, Хиров, 1964; Маслаков, 1984).
Размер пробных площадей определялся исходя из требований наличия на них для спелых, приспевающих и средневозрастных насаждений не менее 200 деревьев основного элемента леса, для молодняков - не менее 400. Форма пробных площадей прямоугольная или квадратная (Рабочие правила …, 1995). Сплошной перечет деревьев на ПП производился по 1 -, 2 - или 4 -сантиметровым ступеням толщины в зависимости от среднего диаметра древостоя. Сплошной перечет деревьев на ПП производился по элементам леса и ступеням толщины. Сухостойные деревья учитывались отдельно. При перечете дополнительно производилось подразделение деревьев по категориям санитарного состояния (Санитарные правила …, 1998).
Сумма площадей сечений на 1 га подсчитывалась по принятым таблицам площадей сечений по каждой ступени толщины. Путем деления суммы площадей сечений на соответствующее количество деревьев вычислялась площадь сечения среднего дерева, и по ней определялся средний диаметр. Средняя высота устанавливалась по графику высот для дерева среднего диаметра. График высот строился на основании замеров высот 10 - 15 деревьев.
Относительная полнота определялась на основе данных перечета с использованием региональных стандартных таблиц (Справочник …, 1980).
Запас определялся по сортиментным и товарным таблицам для лесов Республики Казахстан (Сортиментные …, 1987; Нормативы …, 1987 а, б). Используя данные об объеме деревьев для соответствующих диаметров и вы 38 сот, запас по ступеням толщины получали путем умножения объема дерева этой ступени на количество деревьев в ней.
Возраст основного элемента леса определялся по материалам книги учета лесных культур, а также путем подсчета годичных слоев на кернах, взятых на высоте шейки корня.
Исследования строения древостоев по различным таксационным показателям производилось по широко используемым методам (Рубцов, 1964; Ипатьев, 1969, 1974; Успенский, Попов, 1974; Верхунов, 1975; Поляков и др., 1986; Залесов и др., 2002; и др.). Путем установления величин варьирования исследуемых показателей с использованием коэффициентов варьирования. При изучении характера распределения количества деревьев по ступеням толщины в качестве стандартной модели аппроксимации наряду с законом нормального распределения использованы кривые из семейства кривых Пирсона логарифмически - нормальные и гамма распределения.
Оценка степени различия между экспериментальными и теоретическими распределениями производилась с использованием критериев согласия Пирсона (x2) и Колмогорова (), при уровне значимости 95%.
Использование для выравнивания трех видов кривых диктуется стремлением математическими методами выразить смысл протекающих в древо-стоях изменений, с заменой графических методов выравнивания аналитическими.
Структура надземной фитомассы искусственных березовых древостоев устанавливалась на основании модельных деревьев. При этом на каждой из исследуемых пробных площадей отбиралось по 8-15 модельных деревьев с обязательным наличием среди них деревьев из самой тонкой и самой толстой ступеней толщины. После рубки модельных деревьев производился их обмер, а также устанавливались масса ствола, ветвей и ассимиляционного аппарата в свежесрубленном состоянии. От каждой из указанных частей надземной фитомассы отбирались навески (образцы), которые высушивались в сушильных шкафах при температуре 1050С до постоянной массы с после 39 дующим перерасчетом надземной фитомассы частей деревьев березы в абсолютно сухом состоянии (Усольцев, 1997; Усольцев, Залесов, 2005).
Типологическое описание ПП производилась согласно методическим указаниям В.Н. Сукачева и С.В. Зонна (1961). Почвы описывались по генетическим горизонтам по общепринятой методике (Мигунова, 1974; Иванова, 1976; Классификация …, 1977).
Весь цифровой материал полевых исследований обработан традиционными методами математической статистики (Здворик, 1952; Свалов, 1977; 1982; Зайцев, 1984), на ПЭВМ типа IBM PC с помощью прикладных программ, а также распространенных программ «EXCEL». Тесноту и характер связи между парными признаками оценивали по коэффициенту корреляции и корреляционным отношениям. В случае обнаружения связи параметры уравнений по коэффициентам корреляции и корреляционным отношениям уравнений находили с помощью регрессионного анализа.
Рубки ухода в искусственных сосновых насаждениях Северного Казахстана
Как было отмечено нами ранее, основной лесообразующей породой в районе исследований является береза повислая, на долю насаждений с преобладанием которой в составе древостоев приходится 31,2% покрытой лесной растительностью площади. Последнее обстоятельство вызывает необходимость более детального изучения роста искусственных березовых насаждений и структуры их надземной фитомассы.
Объектом наших исследований служили искусственные березовые насаждения, созданные на лесопригодных почвах. Указанные лесные культуры создавались методом рядовой посадки сеянцев березы повислой. Расстояние между рядами 4 м, в ряду 0,5-0,7 м. При этом каждые 5 рядов лесных культур чередовались с полосами шириной 20 м, где сеянцы не высаживались (Зале-сов и др., 2014).
Открытые пространства служили накопителями влаги, что способствовало, в конечном счете, повышению сохранности лесных культур первой очереди (этапа). На втором этапе лесные культуры создавались из более ценных в хозяйственном отношении древесных пород (дуба, елей, плодовых сортов яблони и груши) после смыкания в междурядьях лесных культур первой очереди. Другими словами, на втором этапе создания лесных культур сеянцы высаживались в ранее незасаженных полосах под защитой искусственных насаждений, сформировавшихся из лесных культур первой очереди.
Искусственные березовые насаждения, в которых были заложены ПП, представляют собой, как было отмечено ранее, рядовые посадки березы повислой. При общей ширине полосы лесных культур 16 м она включала 4 ряда березы и 1 ряд ягодниковых кустарников (жимолость обыкновенная, смородина золотистая).
Материалы таблицы 4.9 свидетельствуют, что возраст исследуемых древостоев варьируется от 9 до 15 лет, средняя высота от 3,5 до 5,7 м, запас стволовой древесины от 14 до 84 м3/га. Различие таксационных показателей древостоев ПП объясняется, помимо различий в возрасте, мозаичностью почвенного покрова и, как следствие этого, различиями в сохранности искусственных насаждений.
В целом можно отметить, что в условиях района исследований созданы высокопродуктивные искусственные березовые насаждения.
В соответствии с ранее изложенной методикой на каждой ПП были срублены модельные деревья, определена их надземная фитомасса по компонентам в свежесрубленном и в абсолютно сухом состоянии. Графическое выравнивание полученных данных позволило установить уравнения зависимости отдельных компонентов фитомассы с диаметром деревьев на высоте 1,3 м. Наглядную картину об установленных зависимостях позволяют получить данные рисунков 4.9 - 4.11, полученные по материалам исследований, выполненных на ПП - 8.
Установленные, в соответствии с выведенными уравнениями, показатели надземной фитомассы деревьев березы позволили рассчитать общую надземную фитомассу и ее фракционный состав для древостоев в целом (табл. 4.10).
Материалы табл. 4.10 наглядно свидетельствуют, что надземная фито-масса искусственных березовых древостоев в ковыльной степи Северного Казахстана в возрасте 9 – 15 лет варьирует от 12,39 до 80,73 т/га в абсолютно сухом состоянии. Особо следует отметить, что если общая надземная фито-масса и масса отдельных ее фракций по пробным площадям варьируется в значительных пределах, то относительные показатели структуры надземной фитомассы на всех восьми пробных площадях очень близки и различия не превышают точности опыта. Так, масса стволов варьируется от 59,5 до 61,7%, а масса листвы – от 10,2 до 13,5%. Другими словами, различие в относительной массе стволов между ПП не превышают 2,2%, а различие массы листвы 3,3%. Особо следует отметить, что максимальная доля ассимиляционного аппарата зафиксирована на пробных площадях с минимальной общей надземной фитомассой. Аналогичные результаты были установлены нами и ранее (Залесов и др., 1914).
Помимо надземной фитомассы важное значение для планирования и проведения лесоводственных мероприятий имеют объективные данные о поверхности ассимиляционного аппарата. Общеизвестно, что именно поверхность ассимиляционного аппарата древесной растительности определяет количество солнечной радиации, проникающей к поверхности почвы, интенсивность фотосинтеза и конкуренцию между деревьями. Не случайно, что средние показатели значений флуктуирующей асимметрии (ФА) во внутренних рядах полосных искусственных березовых насаждений значительно выше таковых в крайних рядах, граничащих с безлесными пространствами (За-лесов и др., 2014). Последнее свидетельствует об ухудшении состояния деревьев при боковом затенении (во внутренних рядах). Нами у каждого из модельных деревьев при определении массы ассимиляционного аппарата отбиралась по 100 листьев, из которых делались высечки определенного размера. По данным диаметра высечек устанавливалась двойная суммарная площадь высечек по каждому дереву, а затем пропорционально массе ассимиляционного аппарата дерева устанавливалась его листовая поверхность.
Материалы табл. 4.11 свидетельствуют, что площадь поверхности ассимиляционного аппарата в разы превышает площадь, занимаемую древостоем. Так, площадь поверхности ассимиляционного аппарата 15 - летних искусственных насаждений березы повислой при густоте древостоя 4,8 тыс. шт./га более чем в 21 раз превышает площадь, занимаемую древостоем. Последнее свидетельствует о высокой конкуренции деревьев за свет и необходимости проведения рубок ухода.
Площадь поверхности ассимиляционного аппарата искусственных 9 -15 - летних березовых древостоев довольно тесно связана с густотой и запасом древостоя, что подтверждается показателями коэффициентов детерминации (рис. 4.13 - 4.15).
Уход за лесными культурами
Материалы выполненных исследований позволяют в целях повышения производительности искусственных сосновых древостоев создавать на лесо-пригодных почвах лесные культуры большими массивами с шириной междурядий 1,5 - 2 м и шагом посадки 0,5 - 0,7 м. Последнее позволяет обеспечить быстрое смыкание крон деревьев, формирование лесной среды и отказ от систематических дорогостоящих уходов. При посадке 11 рядов сосны обыкновенной должны чередоваться с 5 рядами быстрорастущих лиственных пород. В качестве главной породы могут быть использованы вяз приземистый ясень зеленый, а также ягодниковые кустарники (смородина золотистая, жимолость татарская и др.). При этом 3 ряда вяза приземистого или ясеня зеленого будут отделяться от рядов сосны обыкновенной рядом кустарников. Последнее минимизирует конкуренцию между сосной обыкновенной и вязом приземистым (ясенем зеленым) на первых этапах лесовыращивания. При этом на первых этапах лесовыращивания данные лиственные полосы будут способствовать более равномерному распределению зимних осадков и выполнять задачу противопожарных барьеров. Ягодные кустарники, кроме того, повысят рекреационную привлекательность насаждений, поскольку обеспечат собирательный вид рекреации.
Древесные породы следует омолаживать раз в 25 - 30 лет, а ягодные кустарники раз в 10 - 15 лет посадкой их на пень в осеннее - зимний период. Последнее обеспечит постоянство выполнения полосой лиственных пород задачи противопожарного барьера.
При отсутствии сбыта древесины при проведении омоложения оно проводится мульчером фронтального типа, т.е. лиственные пород срезаются и измельчаются в щепу, которая остается на месте срезания и препятствует разрастанию травянистой растительности.
Время проведения омоложений желательно совмещать с проведением рубок ухода в искусственных сосновых насаждениях. При этом рубки лучше планировать на ноябрь - декабрь, что позволит реализовать вырубаемые деревья или их вершины в качестве новогодних елей и тем самым перевести рубки ухода если не на самоокупаемость, то хотя бы снизить затраты на их проведение.
Первый прием рубок ухода следует планировать исходя из санитарного состояния сосновых молодняков. Он будет определяться наличием значительного количества сильно отставших деревьев и сухостоя. Цель ухода близка к задачам выборочных санитарных рубок. Удаляется из древостоя сухостой, срубленные деревца измельчаются на щепу или сжигаются на полянах и прогалинах. Цель ухода улучшение санитарного состояния и снижение запасов напочвенных горючих материалов. Возраст древостоя в период проведения первого приема рубок ухода 10 - 15 лет.
В процессе проведения первого приема рубки, при наличии сбыта, в рубку могут назначаться деревья типа «волк», т.е. крупные деревья с повы 94 шенной сучковатостью и чрезмерно развитой кроной. Уборка таких деревьев снизит транспирацию влаги и повысит устойчивость насаждений в случае засухи. Однако уборка деревьев типа «волк» не должна приводить к верховому методу рубок ухода, поскольку речь идет лишь об удалении отдельных экземпляров.
Второй прием рубок ухода планируется в 25 - 30 лет и проводится линейным способом с интенсивностью рубки 25%. Рубка ведется в зимний период. Вырубается каждый четвертый ряд лесных культур, а также сухостойные деревья в других рядах. Трелевка заготовленной древесины осуществляется малогабаритными тракторами по образовавшимся коридорам, а также по полосам лиственных пород после проведения в них омоложения.
Третий прием рубок ухода проводится в 40 - 50 лет и направлен на уборку сухостоя, необратимо угнетенных деревьев (потенциального отпада ближайших лет) и изреживание загущенных биогрупп. Рубки ухода проводятся равномерным способом, трелевка заготовленной древесины осуществляется по технологическим коридорам, созданным при втором приеме рубок ухода.
При дальнейшем выращивании искусственных сосновых насаждений проводятся лишь выборочные санитарные рубки по мере необходимости.
1. На лесопригодных почвах в районе исследований могут выращи ваться высокопроизводительные сосновые насаждения с запасом в 42 - лет нем возрасте до 358 м3/га.
2. С лесоводственной точки зрения при создании лесных культур сосны обыкновенной предпочтение должно отдаваться значительным массивам с высокой густотой посадки (до 13 тыс. шт./га).
3. Для повышения пожароустойчивости сосновых насаждений 11 рядов сосны обыкновенной чередуются с 3 рядами вяза приземистого, ясеня зеленого, отделенных от сосны обыкновенной рядами из ягодных кустарников. Обязательным условием последующего выращивания является омоложение лиственных пород посадкой их на пень.
4. Выращивание искусственных сосновых насаждений должно включать систематическое проведение рубок ухода за лесом.
5. Программа рубок ухода должна включать три приема. При первом приеме, в 10 - 15 лет, вырубаются сухостойные экземпляры, а также деревья типа «волк». Второй прием проводится в возрасте 25 - 30 лет интенсивностью 25% (вырубается каждый четвертый ряд). Третий прием планируется в 40 - 50 лет, проводится равномерным способом и выполняет задачу уборки сухостоя у необратимо угнетенных деревьев и изреживания загущенных куртин.
6. Трелевка заготовленной древесины при втором и третьем приеме рубок ухода, а также при последующих выборочных санитарных рубках производится по технологическим коридорам, созданным при проведении второго приема рубок ухода, а также по полосам лиственных пород если одновременно проводится их омоложение.
