Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Вопросы товаризации ельников европейского севера 15
Глава 2. Природные условия и лесные ресурсы района исследования 22
2.1 Районирование территории проведения исследований 22
2.2 Естественно-географические условия района исследований 30
2.3 Характеристика лесов района исследований 36
2.4 Особенности экономического развития лесопромышленной отрасли региона 45
Глава 3. Программа, методика исследований и характеристика экспериментальных материалов 47
3.1 Программа исследований 47
3.2 Методика сбора полевых материалов 50
3.3 Методика обработки экспериментальных материалов 57
3.4 Общая характеристика экспериментальных материалов 64
Глава 4. Качественное состояние северотаежных ельников 67
4.1 Фаутность еловых древостоев, основные проблемы и исследования 68
4.2 Виды, параметры и распространение пороков древесных стволов, определяющих товарность ельников 77
4.2.1 Закономерности распространения гнилей в стволах ели 84
4.2.2 Степени развития гнилей 115
4.2.3 Закономерности строения кроны ели. Сучья, как
сортоограничивающий порок круглых лесоматериалов 118
з
4.3 Ресурсы древесины из кроны ели 126
4.4 Вопросы устойчивости ели к поражению гнилями 134
4.5 Связь фаутности с выходом деловой древесины 142
Глава 5. Региональные особенности сортиментной и товарной структуры северотаежных ельников 150
5.1 Исследования региональных особенностей и основных факторов, определяющих товарность еловых насаждений 150
5.2 Научное обоснование районирования нормативов таксации товарной структуры на Европейском Севере с использованием методов многомерного анализа 152
5.3 Нормативы таксации сортиментной и товарной структуры северотаежных ельников Европейского Севера 158
5.3.1 Нормативы оценки сортиментной структуры северотаежных ельников 158
5.3.2 Возрастная структура северотаежных ельников как фактор, определяющий товарность насаждений 160
5.3.3 Сравнительная оценка шкалы объемов и разрядов высот 166
5.4 Моделирование сортиментной структуры северотаежных ельников 169
5.5 Оценка сортиментных таблиц 177
5.6 Товарность северотаежных ельников
5.6.1 Закономерности строения еловых древостоев по диаметру 182
5.6.2 Товарная структура укрупненного выдела 187
5.6.3 Оценка классов товарности северотаежных ельников 193
5.7 Составление и оценка товарных таблиц 196
5.8 Особенности формирования товарности ельников вторичных генераций 201
5.9 Районированные многофакторные товарные таблицы для северотаежных ельников 207 5.10 Товарность искусственных насаждений 213
Глава 6. Оптимизация и прогноз товарности северотаежных ельников 216
6.1 Оптимизационная модель товарности насаждений и интенсивности рубки при ведении выборочного хозяйства 216
6.2 Закономерности формирования товарной структуры в усыхающих ельниках 241
6.3 Прогноз динамики лесопользования в северотаежных ельниках 253
Глава 7. Лесоводственно-экономические основы организации хозяйства в северотаежных ельниках для формирования насаждений высокой товарности 258
7.1 Интенсификация ведения лесного хозяйства в ельниках 258
7.2 Производительность многооперационных лесных машин в ельниках 262
7.3 Оптимизация структуры потребления древесины 268
7.4 Экономическая доступность и товарность ельников 271
Выводы и рекомендации
- Естественно-географические условия района исследований
- Общая характеристика экспериментальных материалов
- Закономерности распространения гнилей в стволах ели
- Научное обоснование районирования нормативов таксации товарной структуры на Европейском Севере с использованием методов многомерного анализа
Введение к работе
Актуальность темы. Важной задачей современной лесной науки
является поиск путей организации рационального и комплексного
использования лесных ресурсов. Еловые насаждения являются
преобладающими в исследуемом районе. На Европейском Севере России
отмечается перемещение лесозаготовок в менее продуктивные и доступные
леса, где все еще сосредоточены значительные запасы древесины. Проблема
повышения точности оценки ресурсного потенциала и товарности ельников
путем поддержания актуальной информации о лесах, разработки и внедрения
региональных нормативов таксации, оптимизации выработки сортиментов,
полного использования древесины, повышения точности прогноза товарности
насаждений является важной и актуальной для текущего и стратегического
планирования развития лесной отрасли. Решение этой проблемы связано с
выявлением основных факторов, закономерных влияний, определяющих
товарность деревьев и насаждений, устойчивость отдельных деревьев и
древостоев к различным негативным воздействиям. Большое теоретическое и
практическое значение имеет разработка нормативов таксации, рекомендаций,
прогнозов лесопользования для выборочных рубок, роль которых существенно
возрастает при интенсификации ведения лесного хозяйства, а также
таксационных нормативов для прогнозов товарности в массивах
старовозрастных еловых насаждений с признаками массового усыхания,
количество которых в районе исследования достаточно велико. Разработка нормативов таксации ресурсов древесины сучьев позволит решить проблему введения этого параметра в практику лесоинвентаризации и стратегического планирования дополнительного сырья.
Вопросами роста, особенностей формирования, фаутности и товарности ельников Европейского Севера занимались П.В. Воропанов (1952), Н.И. Баранов (1955), И.С. Мелехов (1966), П.А. Анишин (1968, 1969, 1984), И.В. Волосевич (1978), В.Г. Чертовской (1978), В.Н. Валяев (1984), С.А. Дыренков (1984), И.И. Гусев (1962, 1971, 1978, 1989, 1999), А.Г. Мошкалев (1973, 1977, 1982), К.С. Бобкова (2001, 2006). Несмотря на это проблема точности оценки лесных ресурсов, комплексного и рационального их использования остается актуальной.
Большинство изучаемых в работе вопросов являются востребованными. Разработанные нами нормативы таксации и рекомендации применяются в лесоустроительной и лесохозяйственной практике, включены в компьютерные программы материально-денежной оценки лесосек, использованы в учебных пособиях для студентов лесохозяйственных специальностей.
Цель и задачи исследований. Целью работы является исследование закономерностей строения и формирования товарности северотаежных ельников для научно-обоснованного решения проблемы повышения точности оценки ресурсного потенциала ельников Европейского Севера России. Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:
– провести исследование комплекса закономерных связей и факторов
формирования сортиментной и товарной структуры северотаежных ельников
Европейского Севера России с учетом региональных особенностей;
– исследовать влияние выборочных рубок на устойчивость и товарность
ельников;
– проанализировать особенности формирования товарной структуры и
устойчивость старовозрастных ельников в процессе массового усыхания;
– изучить вопросы устойчивости отдельных деревьев и насаждений к
воздействию дереворазрушающих грибов;
– на основе установленных закономерностей разработать и оценить новые
региональные нормативы таксации сортиментной и товарной структуры
ельников, таблицы прогноза товарности при выборочных рубках;
– провести экспертную оценку вопросов эффективности использования лесных
ресурсов, их экономической доступности с разработкой моделей,
классификацией факторов и перспективными прогнозами.
– разработать научно-практические рекомендации по повышению точности
таксации товарной структуры ельников, выделению качественных категорий
деревьев, признаков наличия внутренних гнилей древесных стволов,
выделению классов товарности еловых древостоев, оценочные критерии для
назначения лесохозяйственных мероприятий в низкотоварных насаждениях.
Научная новизна исследований. Полученные автором комплексные характеристики северотаежных ельников, нормативы таксации сортиментной и товарной структуры, практические рекомендации, критерии позволяют по-новому подойти к оценке их ресурсного, хозяйственного и экологического значения, отражают новые сведения в области таксации товарной структуры.
На основании проведенных исследований, экспертной оценки
литературных данных о закономерностях формирования товарности
насаждений для северотаежных ельников впервые:
–научно обоснованы комплексные характеристики и закономерности строения еловых древостоев по основным параметрам, определяющим товарность; –определено влияние на товарность ельников и качество лесоматериалов различных пороков древесных стволов, степени их развития и вероятной встречаемости с разработкой рациональных подходов к эффективному использованию древесины;
– установлена сортиментная и товарная структура еловых древостоев с учетом региональных особенностей строения, фаутности и разработан комплекс новых нормативов таксации, дополненных данными о ресурсах древесины сучьев, разработаны оригинальные многофакторные товарные таблицы;
–выявлены факторы и закономерности устойчивости ели к воздействию
дереворазрушающих грибов в связи с биохимическими свойствами живицы;
–определен комплекс факторов влияния выборочного хозяйства на товарность
ельников с разработкой прогнозных моделей и нормативов товарности;
–выявлено влияние процесса массового усыхания старовозрастных еловых
древостоев на их товарность с разработкой прогнозных нормативов и
показателя изменения товарности для назначения лесохозяйственных
мероприятий.
Положения, выносимые на защиту:
-
Закономерности строения северотаежных ельников по основным параметрам, определяющим товарность древостоев.
-
Фаутность северотаежных ельников и факторы устойчивости к воздействию дереворазрушающих грибов.
-
Закономерности строения кроны ели, запасы древесины кроны.
-
Особенности формирования товарной структуры ельников выборочного хозяйства.
-
Влияние массового усыхания ельников на их товарность.
-
Комплекс научно-обоснованных лесотаксационных нормативов товарности, научно-практические рекомендации, критерии назначения лесохозяйственных мероприятий.
Теоретическая и практическая значимость работы. На основании проведенных исследований предложены новые методические подходы к изучению факторов формирования товарности насаждений, их устойчивости, построению нормативов таксации сортиментной и товарной структуры. Для применения в северотаежных ельниках разработаны новые нормативы таксации:
–сортиментно-сортные таблицы по категориям крупности и сортам; –cортиментные таблицы по наименованиям сортиментов; –товарные таблицы по категориям крупности и сортам; –товарные таблицы по наименованиям сортиментов;
–таблицы прогноза товарности для усыхающих старовозрастных ельников; –таблицы прогноза товарности для выбираемой части насаждения при выборочных рубках;
–уточненные товарные таблицы для круговых реласкопических площадок с дополнительным входным параметром;
–дополнения к сортиментным и товарным таблицам в виде ресурсов древесины из кроны ели;
–многофакторные товарные таблицы. Разработаны предложения и рекомендации:
–параметры для уточнения качественных категорий годности ели; –параметры вероятного выделения классов товарности ельников;
–показатель изменения товарности для оценки товарности на различных
уровнях деградации насаждений для назначения лесохозяйственных
мероприятий;
–рекомендации по определению спелой части древостоя при выборочных рубках;
–рекомендации по рациональной выработке сортиментов из деревьев ели; –ряды распределения числа дровяных деревьев по диаметру для уточнения товарной структуры низкотоварных ельников;
–редукционные числа для вычисления целевого диаметра древостоя при сплошнолесосечных рубках в ельниках вторичных генераций;
Нормативы таксации сортиментной и товарной структуры включены в “Лесотаксационный справочник по Северо-востоку европейской части Российской федерации“ (подготовлен ФБУ “СевНИИЛХ” в 2012 г.). Результаты исследования используются в лесохозяйственной практике Архангельской области.
Апробация результатов исследования и публикации. Исследования
проводились в течение 25 лет на различных объектах на территории
Архангельской области и Республики Коми. Основные результаты
исследований докладывались на ежегодных научно-технических конференциях
САФУ (АЛТИ–АГТУ) по итогам научно-исследовательских работ (с 1988 по
2014). Результаты исследований опубликованы в профильных изданиях и
материалах международных научных конференций (Сыктывкар, 1998, Пермь,
2010, Брянск, 2012, Архангельск, 2012, 2014, 2015), международных
юбилейных научно-технических конференциях, посвященных 75, 80-летию АЛТИ–АГТУ. Основные результаты исследований по теме диссертации представлены в 90 публикациях (всего 121 публикация), в том числе в 4 монографиях, лесотаксационном справочнике, учебном пособии, 15 статьях в изданиях из перечня ВАК. Основные разработанные автором таксационные нормативы и рекомендации прошли испытание, размещены в справочнике. Экспериментальный материал и научные результаты, приведенные в диссертации, получены автором в период его непрерывной многолетней работы в АЛТИ–АГТУ–САФУ. Диссертация выполнена в развитие ряда научно-практических проектов, в которых автор являлся ответственным исполнителем:
- “Исследование товарности древостоев лесосырьевой базы Луковецкого ЛПХ”
(1988–1990 гг.)
- “Исследование несплошных рубок в Архангельской области и Республике
Коми” (1999 – 2001 гг.)
- “Ресурсно-экологическое районирование лесов Архангельской области” (2012
– 2014 гг.).
- “Оценка влияния лесохозяйственных мероприятий на цикл углерода и
разработка сценариев адаптации системы ведения лесного хозяйства в
управляемых лесах северной и средней тайги Европейско-Уральской части
России в связи с ожидаемыми изменениями климата” (2014 – 2015 г.)
Личный вклад. Основная часть экспериментальных материалов получена
лично автором или при его участии. Автор принимал непосредственное участие
в составлении частной методики сбора и обработки материалов, провел
обработку данных, выполнил анализ, разработал комплекс лесотаксационных
нормативов, сделал научно обоснованные выводы и предложения, разработал
практические рекомендации, критерии, специальные и прикладные
компьютерные программы для обработки экспериментальных данных, провел внедрение результатов в производство. Все защищаемые положения данной работы, выводы, рекомендации разработаны лично автором.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 332 страницах машинописного текста и состоит из введения, 7 глав, выводов и рекомендаций, библиографического списка литературы, включающего 380 наименований. Текст иллюстрирован 66 рисунками и содержит 71 таблицу, 130 уравнений и моделей.
Естественно-географические условия района исследований
Процесс формирования лесных насаждений и их отдельных качеств не является беспорядочным, что проявляется в формировании закономерных связей различных явлений и процессов, происходящих в насаждениях. Формирование товарности насаждений связано с изменением размерных характеристик деревьев в процессе роста, количественной представленности деревьев разного качества, развитием фито и энтомовредителей, стихийными природными воздействиями, целевыми и нецелевыми антропогенными влияниями. Временные рамки формирования товарности должны ограничиваться периодом наиболее интенсивно протекающих процессов изменения основных параметров строения древостоя (Казимиров, 1991). Сегодня Россия входит в число лидеров по выпуску деловой древесины и занимает второе место после США с долей в мировом объеме 11%. Основная часть деловых сортиментов представлена пиловочником и фанерным кряжем (67%), 24% приходится на балансы, 9% – остальные сортименты. Динамика производства балансов отрицательна. Доля хвойных пород в производстве пиловочника остается на одном уровне. Доля лиственных пород начинает увеличиваться в производстве балансов и остальных сортиментов (Писареноко, Страхов, 2012).
Наращивание объемов лесозаготовок в стратегии развития лесного комплекса Архангельской области и ее соседей является ключевым вопросом, так как наблюдается дефицит деловой древесины до 15–20% от размера расчетной лесосеки. Годичный прирост древесины в Архангельской области используется в 2,5 раза выше, чем в среднем по Российской Федерации и в 2 раза выше, чем в Республике Коми. Использование расчетной лесосеки в области также выше, чем в среднем по Российской Федерации в 2,2 раза, и в 2 раза выше, чем в Республике Коми (Лесной план Архангельской области…, 2011).
Потребность в древесине постоянно изменяется и в настоящее время составляет около 14 млн. м3 в год. Расчетная лесосека в Архангельской области составляет 23 млн. м3 товарной древесины по всем видам рубок, 20,7 млн. м3 – в эксплуатационных лесах (40% в лесничествах северной подзоны тайги, 60% – в средней). Из них экономически доступными являются 43% всех лесов, в том числе 27% ельников (Отчет о научно-исследовательской работе …, 2014). Фактическая реализация расчетной лесосеки составляет около 50% со значительным варьированием по разным лесничествам. Экономически недоступными или условно-доступными считаются районы востока и северо востока Архангельской области вследствие удаленности от перерабатывающих мощностей, отсутствия транспортной инфраструктуры, несоответствия цен на продукцию лесопромышленного комплекса, тарифов на продукцию, услуги топливной промышленности и электроэнергетики. На экономическую доступность лесных ресурсов существенное влияние оказывает товарная структура насаждений.
Во многих субъектах Российской Федерации недостаточно собственных ресурсов для покрытия региональных потребностей. Архангельская область и республика Коми в перспективе рассматриваются ими как традиционный поставщик различных видов лесоматериалов (Писаренко, Страхов, 2012).
На территории Архангельской области и Республики Коми отмечается неравномерность и экстенсивность лесопользования. Основное лесопользование ведется в доступном в транспортном отношении лесном фонде. Здесь ресурсы древесины хвойных пород в ближайшее время могут оказаться недостаточными для обеспечения лесоперерабатывающих предприятий древесным сырьем. Наблюдается ухудшение качественного состава лесов в центральных и южных районах Архангельской области и Республики Коми, связанное с уменьшением расчетной лесосеки по хвойному хозяйству и снижением товарности насаждений.
Товарная структура лесов района исследований имеет давно сложившуюся диспропорцию с нынешним спросом на древесное сырьё. Основными сортиментами являются пиловочник, балансы, фанерный кряж. Из-за сравнительно большой доли мелкой древесины, которая в среднем по региону составляет 29%, предложение сырья для производства балансов превышает спрос, с одновременным ростом дефицита пиловочника (Лесной план Архангельской области, 2011). Проблема является многофакторной. Одним из путей ее решения является стратегический подход к лесному планированию, основанный на поддержании информации о лесах в актуальном состоянии, оптимизации использования древесных ресурсов, а также разработке нормативов таксации сортиментной и товарной структуры насаждений с учетом целевого районирования и региональных особенностей насаждений.
На Европейском Севере России лесоустройство проводится преимущественно по 2–3 таксовым разрядам. При этом мелкие однородные участки леса объединяются с соседними. Получаемые укрупненные выделы часто имеют неоднородное строение по основным параметрам. Это приводит к изменению рядов распределения числа деревьев по ступеням толщины и товарной структуры по сравнению с однородными выделами (Мошкалев, 1964; Филиппов, 1973, 1975). Для практической таксации важно знать законы распределения лесных участков по товарности – т.е. выходу деловой древесины и отдельных сортиментов, а также закономерные связи с таксационными характеристиками насаждений.
Сочетание неблагоприятных климатических факторов и последствий антропогенного воздействия оказало губительное влияние на состояние старовозрастных ельников на водоразделе рек Северной Двины и Пинеги. Здесь на площади более 2 млн. га началось масштабное усыхание насаждений. Это природное явление в настоящее время уже не оценивается как катастрофическое событие, но сырьевая база лесопромышленного комплекса существенно подрывается, так как товарность насаждений и свойства древесины при этом резко ухудшаются (Цветков, 2007). Нормативы таксации, используемые для оценки и прогноза товарности насаждений с фоновыми значениями запаса сухостойной древесины в данном случае непригодны. Для практической таксации ельников с признаками массового усыхания необходима разработка новых нормативов, рекомендаций и критериев, учитывающих степень деградации насаждения.
Перспективы распространения еловых насаждений на территории региона подкрепляются преобладающим способом лесовосстановления на вырубках – естественным лесовосстановлением (до 90–95%). При сохранении хвойного подроста без учета древесной породы, что предусмотрено Лесоустроительной инструкцией (Лесоустроительная интсрукция, 2011), Наставлением по отводу и таксации лесосек (Наставление по отводу и таксации лесосек …, 1993), (в еловых насаждениях – это, как правило, ель) происходит распространение еловых насаждений на площадях, часто не соответствующих по лесорастительным условиям. Продуктивность и товарность таких насаждений может существенно отличаться и требует отдельной оценки.
В настоящее время около 65% древесины в регионе заготавливается с помощью многооперационных лесных машин с электронным управлением – харвестеров и форвардеров. Оператор харвестера проводит в процессе срубки дерева, обрезки сучьев и раскряжевки на сортименты оценку товарности древесного ствола и, особенно, первых сортиментов. Программное обеспечение бортового компьютера харвестера кроме калибровки харвестерной головки (через 500–1000 м3 заготовленной древесины) требует адаптации к региональной специфике насаждений – форме стволов, фаутности, товарности. Необходимы также рекомендации операторам по влиянию пороков, протяженности гнилей различных стадий на выход сортиментов. Эти же рекомендации могут быть использованы при глазомеро-измерительной таксации лесоустроительных объектов.
Общая характеристика экспериментальных материалов
Остальные типы леса ельников Европейского Севера имеют долю покрытой лесом площади менее 1%. Это – ельник лишайниковый, ельник мохово-лишайниковый, ельник широкотравный, ельник хвощевый, ельник чернично-багульниковый, чернично-сфагновый, осоко-сфагновый.
Достоверных различий между показателями по классам бонитета для ельников северной и средней подзон тайги не выявлено.
Типы леса ельников имеют выраженную зональность. К примеру, ельник кисличный редко встречается в северной подзоне тайги (4500 га или 0,1% от площади всех ельников северной подзоны). В средней подзоне тайги его доля составляет 2%. С изменением подзоны изменяются и таксационные характеристики насаждений одноименных типов леса (таблица 2.5, 2.6). С продвижением на север снижаются размерные и качественные характеристики насаждений. Но одноименный тип леса в различных подзонах имеет также и много общих черт, что позволяет относить его к этому типу. Например, для ельника черничного свежего различия основных таксационных параметров древостоя (средний диаметр, средняя высота, полнота, запас) северной и средней подзон тайги составляют от 9 до 14%.
С целью дифференцирования лесов по назначению Архангельский институт леса и лесохимии (СевНИИЛХ) разработал “Систему лесного хозяйства на зонально-типологической основе”, в соответствии с которой на Европейском Севере выделено 4 подзоны: 1. Притундровая репродуктивно-защитная 2. Северотаежная репродуктивно-эксплуатационная 3. Среднетаежная промышленно-эксплуатационная 4. Южнотаежная эксплуатационная Лесопромышленная и лесохозяйственная деятельность в районах северной и средней тайги строится на удовлетворении потребностей региона в древесине, воспроизводстве и повышении продуктивности лесов, их водоохранных, защитных и климаторегулирующих свойств.
Размещение лесов по территории области неравномерно. Большая часть территории в той или иной мере пройдена различными рубками. Заготовки леса велись преимущественно в лесных массивах, доступных для транспорта. В результате широкого применения сплошных концентрированных рубок на территории области сформировались обширные площади молодняков, в основном лиственных пород.
Малонарушенные еловые лесные массивы сохранились на территории Онежского полуострова и в окрестностях Кожозера. Сохранились участки спелых ельников на севере Караминского и юге Малошуйского лесничеств. В Северодвинском лесничестве массивы старовозрастных еловых лесов находятся в северо-западной части на территории Онежского полуострова. В расположенном южнее Приозерном лесничестве спелые ельники располагаются вдоль границы с Республикой Карелия. К этим массивам примыкают нетронутые лесоболотные системы Водлозерского национального парка. На территории лесничеств, примыкаюцих к железной дороге и расположенных в непосредственной близости к центрам переработки древесины запасы древостоев сильно истощены. Основная масса ненарушенных лесных массивов размещается в восточной части области на территории Лешуконского и Мезенского лесничеств. Архангельское лесничество, на территории которого не ведутся сплошные рубки, имеет значительные площади ненарушенных, в основном, еловых, лесов. Еловые массивы сохранились на обширных равнинах водоразделах между Северной Двиной и Пинегой, между Пинегой и Мезенью.
Лесистость Архангельской области за последние десятилетия остается устойчивой (75,7–76,0%). Лесная площадь имеет тенденцию к увеличению за счет лесозаращивания осушенных болот.
Нелесные земли представляют: болота (91% от площади нелесных земель), воды (6%), карстовые образования, скальные образования и каменистые россыпи, пески (в сумме 1%) и приречные луга (1%), техногенные земли – 1%.
В условиях Европейского Севера после проведения сплошных рубок еловых древостоев на 2/3 площадей возобновление происходит лиственными породами (березой и осиной). В составе формирующихся насаждений часто присутствует ель предварительной или последующей генерации (Чупров,1989; Бобкова и др., 2001, 2006). Снижение доли спелых и перестойных древостоев отражается на состоянии лесного фонда. Снижается средний запас древостоев на покрытой лесом площади. Увеличение доли молодых и средневозрастных древостоев способствует увеличению среднего прироста на 1 га (таблица 2.8).
На Европейском Севере создан крупный лесопромышленный комплекс, включающий лесозаготовительное, лесопильно-деревообрабатывающее, целлюлозно-бумажное, фанерное, домостроительное и другие производства. На долю лесного комплекса (включая лесное хозяйство) приходится около 17 % экономического потенциала региона.
Расчетная лесосека для Республики Коми (на момент разработки лесного плана 2011 г.) составила 30,2 млн.м3, из них оценены, как экономически доступные ресурсы – 16 млн. м3 (70%), фактически заготавливается 7,5 млн. м3. Доля освоения расчетной лесосеки составляет 27 %. Аналогичная ситуация наблюдается в Архангельской области. В соответствии с планируемым развитием экономически доступные ресурсы будут осваиваться в полном объеме в ближайшей перспективе. Доля сортиментной технологии заготовки с применением многооперационной техники в регионе постоянно растет (2002 г. – 6%, 2007 – 32%, 2010 – 50%, 2014 – 65%). По структуре производства большинство предприятий являются комплексными. Кроме заготовки они осуществляют доставку древесины потребителю. Объем лесопиления и переработки древесины незначительный.
Закономерности распространения гнилей в стволах ели
Для разновозрастных еловых древостоев характерно асимметричное распределение деревьев по возрасту, толщине, высоте. При возрастном диапазоне деревьев до 250–300 лет и более в древостоях наблюдается определенное преобладание по запасу деревьев с довольно высокими возрастами, которые составляют основное поколение, доминирующее по лесоводственному и хозяйственному значению. Средний возраст деревьев старшего поколения может быть равен 160 – 200 годам (Анишин, 1984; Гусев, 1962; Дыренков, 1984; Столяров, 1975 и др.).
Потери от заражения деревьев фитовредителями складываются из снижения выхода деловой древесины, текущего древесного прироста в насаждении, уменьшения защитных функций леса (Воронцов, 1978; Воропанов, 1963). Поскольку гнилями поражаются преимущественно старые деревья, влияние гнилей на текущий прирост древесины несущественно вследствие его естественного биологического затухания.
У деревьев высокого возраста наблюдается снижение обменных процессов и, как следствие, сопротивляемости к поражению болезнями и вредителями. По данным С.А. Дыренкова (1984) основным фактором, определяющим процент текущего прироста, является средний возраст. В.Г. Стороженко (1989, 1992) пишет, что пораженность древостоев по поколениям зависит от динамики возрастной структуры. Наиболее сильно поражаются деревья старшего поколения. Древостой, близкий по состоянию к климаксовому, имеет постепенно возрастающие величины пораженности деревьев по поколениям. И.И. Минкевич (1974, 1980) снижение устойчивости деревьев с возрастом объясняет понижением содержания воды в древесине старых деревьев. При уменьшении влажности биологически активные вещества выпадают в осадок, что приводит к снижению устойчивости деревьев. Ослаблению “вертикальной” (т.е. индивидуальной) устойчивости деревьев способствует также снижение с возрастом синтеза фитоалексинов – антибиотиков. Э.С. Соколова, И.Г. Семенкова (1981) связывают устойчивость деревьев с содержанием в древесных тканях углеводов и белков. С повышением возраста интенсивность фотосинтетических процессов снижается (Воропанов, 1963), что в свою очередь приводит к уменьшению синтеза растением белков, углеводов и других соединений. Отмечается, что растения, более устойчивые к факультативным паразитам (таким является основной дереворазрушающий гриб северотаежных ельников – корневая губка) характеризуются более высоким содержанием углеводов и белков по сравнению с более восприимчивыми. Влияние антропогенных нагрузок на состояние и устойчивость северотаежных ельников отмечал в своих работах А.А. Лебедев (1990).
Тесную связь встречаемости гнилей с возрастом отмечали в своих работах С.П. Усков (1959, 1962), П.В. Воропанов (1963), А.Г. Мошкалев (1982), Э.Н. Фалалеев (1960, 1983) и др., со средним диаметром А.С. Солодько (1968), с режимом увлажнения и строением корневой системы И.И. Журавлев (1962, 1974). П.А. Анишин и Н.М. Нефедов (1968) связывали устойчивость деревьев к заболеваниям со стадийной возрастностью. Разный уровень развития деревьев при одном календарном возрасте сказывается на устойчивости к гнилям. Имеется определенная связь между шириной годичного слоя деревьев и поражаемостью ели сердцевинной гнилью. Зависимость наступления возрастов естественной спелости деревьев от характера кривых роста отмечали в своих работах П.В. Воропанов (1963), Э.Н. Фалалеев, М.Л. Данилин и др. (1983). Деревья, имеющие быстрый рост, раньше достигают своего возраста естественной спелости (к 140– 180 годам) и далее дают резкое снижение уровня обменных процессов и, как следствие, поражение гнилями и снижение выхода деловой древесины. Деревья умеренного и замедленного роста позднее достигают возраста естественной спелости и поэтому в меньшей степени поражаются дереворазрушающими грибами. П.В. Воропанов (1963) пишет, что больные деревья ведут себя как деревья с быстрым ростом, стадийно старые, несмотря на свой невысокий календарный возраст. Природу этого явления В. Рипачек (1967) объясняет тем, что метаболизм быстрорастущего дерева не дает им достаточного количества защитных веществ против паразитирующих грибов. Вещества, токсичные для дереворазрушающих грибов, содержатся в древесине в различных концентрациях, что обеспечивает разную устойчивость. Это – вещества фенольного характера. Все токсичные вещества заключены преимущественно в ядре и носят характер ядов, изолирующих дыхательный процесс гриба. Так как эти продукты накапливаются постепенно, стойкость древесины относительно молодых деревьев (т.е. быстрого роста) ниже, чем стойкость древесины медленного роста. Заболонная часть древесины не заражается грибами из-за высокого содержания воды и низкого содержания кислорода. Высокая кислотность почв повышает синтез фенольных соединений (Иванов, 1966; Федоров, 1984). Вероятно, это является одной из причин лучшей устойчивости к гнилям древостоев, произрастающих на кислых почвах. Зависимость устойчивости деревьев к гнилям от содержания в древесине фенольных соединений отмечают также С. Тарр (1975), В.Е. Соколова (1968), И.И. Минкевич (1977).
Значительную роль в защите хвойных деревьев от поражения гнилями играет живица, которая служит хорошей защитой от проникновения микроорганизмов внутрь дерева. В ряде случаев истечение живицы препятствует также попыткам заселения деревьев насекомыми. Ель относится к малосмолистым древесным породам, и обильное смолотечение вызывается только при продольных ранах. И.И Журавлев (1966), Э.Н. Фалалеев, М.А. Данилин и др. (1983) отмечают, что при прочих равных условиях встречаемость гнилей и ее размеры зависят от наличия в древесине смоляных ходов. В этом отношении, ель занимает среднее положение между сосной и кедром. Причем, по данным С.Ф. Негруцкого (1973) угнетающее действие живицы ели на мицелий дереворазрушающих грибов выше, чем у сосны, что компенсирует малосмолистость древесины ели. П.И. Клюшник (1962) говорит о чисто механическом воздействии живицы на грибницу. Н.И. Федоров (1970, 1984), П.А. Положенцев, А.А. Золотов (1970), А.В. Чудный, Р.А. Крангауз (1972), Ганновер, Сквиллас (1974), Петрик В.В. (2004) говорят об отсутствии связи устойчивости деревьев с интенсивностью смоловыделения. Защитные функции живицы определяются ее составом, а именно – соотношением основных составных частей живичного скипидара: альфа–пинена, бета–пинена и дельта-три – карена. Большинство исследований по данному вопросу проведено для сосны. Между тем, важность и необходимость исследования влияния химического состава живицы ели на поражаемость древесных стволов напенными и стволовыми гнилями является очевидной вследствие большого распространения гнилей в ельниках Европейского Севера (по нашим данным до 25–30% деревьев ели поражены корневыми и напенными гнилями). Более того, в работах Ганновера, Сквилласа (1974), А.Н. Чудного, Р.А. Крангауз (1979) и др. отмечается высокая степень наследуемости состава монотерпенов, что говорит о перспективной возможности формирования устойчивых поколений еловых насаждений. А.И. Воронцов (1978) считает подбор пород и форм, показавших наибольшую устойчивость к болезням, как одну из основных мер по повышению устойчивости насаждений к поражению болезнями при лесоразведении.
Научное обоснование районирования нормативов таксации товарной структуры на Европейском Севере с использованием методов многомерного анализа
Для предлагаемой системы районирования нами разработаны многофакторные нормативы товарности еловых древостоев. Нормативы разрабатывали на основании актуализированной повыдельной таксационной базы данных для различных типов леса (Е. кисличный, Е. Черничный, Е. сфагновый, Е. травяно-болотный, Е. долгомошный), доли ели в составе насаждения (от 4 до 10), полноты древостоя (0,5 – 1,0), классов товарности древостоев (1–3). Для корректировки крайних значений средних диаметров древостоев (20 см и более) использовали нормативы товаризации, разработанные автором для ельников северотаежного района применения нормативов таксации товарной структуры. Предлагаемые нормативы и их описание помещены в разделе 5.9.
Для оценки сортиментной структуры северотаежных ельников применяются сортиментные таблицы, составленные в соответствии с ГОСТ 9463–88 на круглые лесоматериалы, ГОСТ 3243–88 на дрова, ОСТ 13–76–79 на сырье для технологической переработки древесины (ОСТ 13–76–79. Сырье древесное для технологической переработки, 1979). В основу расчетов положены таблицы объемов стволов по разрядам высот одновозрастных ельников (Гусев, 1971). Согласно схеме районирования таблицы имеют обширный район применения, включающий северную, среднюю и южную подзоны тайги (Лесотаксационный справочник…, 1986).
Нормативы таксации сортиментной структуры сравнительно недолговечны. С изменением технологий переработки древесины изменяются и требования к ее качеству. Как отмечает Н.А. Моисеев (1980), А.Г. Мошкалев (1982) эти изменения происходят обычно в сторону повышения норм представленности пороков по размерам и количеству. В действующем ГОСТ 9463–88 на круглые лесоматериалы в отличие от предыдущего (ГОСТ 9463–72. Лесоматериалы круглые хвойных пород, 1974) выделено три сорта деловой древесины. Изменились и нормы представленности пороков, ограничивающие сортность лесоматериалов. Увеличились допустимые размеры сучьев, гнилей, кривизны в древесине третьего сорта.
Мошкалев А.Г. впервые выполнил работу по районированию сортиментных и товарных таблиц. Под районом сортиментных и товарных таблиц понимается территориально обобщенная часть лесного фонда, в пределах которой возможно применение одних и тех же таблиц (Антанайтис, 1977). Точность сортиментации зависит от того, насколько правильно составлены таблицы, от разнообразия лесного фонда и качества исполнения работ. Выход сортиментов в конкретных древостоях отличается от средних значений, приведенных в таблицах. Критерием разделения лесов на районы применения сортиментных и товарных таблиц должны быть проценты выхода деловой и дровяной древесины по классам крупности, в зависимости от распространенности пороков древесных стволов, разряда высот, распределения числа деревьев по ступеням толщины и качественным категориям годности.
Исходя из минимальной систематической ошибки определения выхода деловой древесины основных категорий крупности и сортов, определяющей убытки лесопромышленных предприятий за счет ошибок при таксации, допустимые колебания систематической ошибки приняты от 4 до 6% (Загреев, 1992).
Возрастная структура северотаежных ельников как фактор, определяющий товарность насаждений Все естественные леса имеют ту или иную разновозрастность. Существует понятие относительной одновозрастности, когда колебания возраста отдельных деревьев в древостое находятся в пределах одного класса возраста. В большинстве случаев (90%) в северотаежных ельниках пределы колебаний возраста выходят за данный предел и достигают 200 лет и более (Гусев, 1975). При изучении закономерностей строения ельников Севера Европейской части России большинство исследователей (Воропанов, 1950, 1963; Мелехов, 1966,1989; Баранов, Григорьев, 1955; Валяев, 1963; Комин, 1963; Анучин, 1969; Гусев, 1962, 1964, 1970; Дыренков, 1984) отмечали их сложную возрастную структуру.
В настоящее время система учета лесов и лесного хозяйства строится на основе моделей одновозрастных древостоев. Практика лесоустройства не предусматривает определения типа возрастной структуры древостоев. Таксационные материалы включают сведения о среднем возрасте насаждения или поколения (при выраженных возрастных поколениях). Для практической таксации рекомендуется ограничиться выделением одновозрастных древостоев, условно-разновозрастных и разновозрастных, представленных двумя и более поколениями (Тараканов, 2004). Практическая таксация разновозрастных и условно-разновозрастных древостоев по возрастным поколениям усложняется отнесением деревьев к тому или иному поколению. Существует возможность определения возрастных поколений в еловых древостоях по морфологическим признакам (Баранов, 1955; Волосевич, 1970), но эти методики больше подходят для научных исследований.
Исследованиями доказано, что развитие разновозрастных ельников значительно отличается от одновозрастных. Сложная возрастная структура предъявляет повышенные требования к их таксации. И.И. Гусев (1977, 1978), Р.Г. Синельщиков (1953, 1958); Д.П. Столяров, В.Г. Кузнецова (1979), С.С. Шанин, Э.Н. Фалалеев (1960) отмечают, что в отличие от одновозрастных, разновозрастные древостои представлены несколькими взаимосвязанными поколениями, влияние которых друг на друга существенно изменяет линию развития древостоя в целом. Такие насаждения естественного происхождения на протяжение длительного времени (более двух поколений) не испытывали на себе влияния человека и природных разрушающих факторов. В таких условиях формируются абсолютно и циклично-разновозрастные древостои. В насаждениях, оказавшихся под влиянием антропогенных и стихийных факторов, но сохранивших преемственность поколений формируются условно и ступенчато разновозрастные древостои. В лесах послепожарного происхождения формируются преимущественно одновозрастные и условно-разновозрастные насаждения (Тараканов, 2004).
Эти леса можно рассматривать как саморегулирующиеся системы, естественное обновление и развитие которых совершаются непрерывно и оптимально. Соотношение числа и объема материнских деревьев и более молодых поколений способствует длительному циклу развития старого поколения, отодвигая этап их распада по сравнению с развитием в условиях свободного роста. У деревьев, растущих под материнским пологом, соответственно, сохраняется потенциал роста (Свалов, 1979). В разновозрастных лесах практически отсутствуют “молодые” древостои до 60–80 лет. В абсолютно-разновозрастном древостое средний возраст не изменяется с течением времени. В древостоях, представленных несколькими поколениями, изменение возраста происходит в ограниченном диапазоне. Естественный процесс развития древостоев совершается непрерывно, преимущественно по модели сменяющих друг друга одновозрастных поколений. Динамическое постоянство суммарного запаса древесины в нетронутых разновозрастных лесах позволяет не рассматривать концепцию необходимости вырубки перестойных лесов в многолесных районах под предлогом предупреждения их естественного распада. Исключение могут составлять случаи, когда преобладающее старовозрастное поколение начинает массово распадаться под влиянием неблагоприятных климатических условий (пример: массовое усыхание ельников в междуречье р. Пинега и Северная Двина).
Гусев И.И., изучая возрастное строение ельников Севера, отмечал три основных типа возрастной структуры ельников: одновозрастные, условно-разновозрастные, разновозрастные (Гусев, 1978). На Европейском Севере даже при самых благоприятных условиях лесообразовательного процесса крайне мало естественных еловых древостоев с колебанием возраста отдельных деревьев менее 20 лет. Особенно это проявляется в северной подзоне тайги и усиливается с юга на север. Разнообразие природных условий и других факторов оказывает влияние на древостой в течение его жизни, усложняют возрастную структуру.
В северотаежных ельниках встречаются все варианты возрастной структуры, но в различном соотношении по площади. При продвижении с юга на север таежной зоны доля одновозрастных ельников уменьшается, а условно-разновозрастных и разновозрастных увеличивается. В северной подзоне тайги одновозрастные ельники встречаются небольшими участками и не образуют сплошных лесных массивов. Здесь преобладают условно-разновозрастные (65%) и разновозрастные (24%) ельники. С продвижением на север доля разновозрастных древостоев увеличивается. В суровых условиях Крайнего Севера одновозрастные древостои не встречаются даже в виде отдельных участков. П.М. Верхунов (1997) считает разновозрастность ельников Европейского Севера фактором биологической выживаемости вида в неблагоприятных условиях. По данным Н.И. Казимирова (1973, 1983) в ненарушенной тайге одновозрастные еловые древостои составляют 10–15% площади.