Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние вопроса 8
1.1 Лиственница (ареал, морфология, биологические особенности)
1.2 Кора лиственницы (строение, состав, использование) 10
1.3 Методы учета и закономерности формирования коры лиственницы сибирской 17
2 Характеристика природных условий района исследования... 30
2.1 Климатические условия Jl
2.2 Рельеф 32
2.3 Почвы 34
2.4 Растительность 34
3 Методика сбора, объем экспериментального материала и программа исследования -3
4 Размерные характеристики коры лиственницы сибирской ... 44
4.1 Закономерности изменения толщины коры у деревьев лиственницы сибирской 44
4.1.1 Связь средней толщины коры на высоте 1,3 м с таксационными., показателями древостоя 4.2 Закономерности изменения относительных размеров коры 61
4. 3 Связь объемов коры с показателями формы ствола лиственницы.сибиоской 68
5 Динамика и строение древостоев по показателям коры 73
5.1 Динамика среднего прироста коры лиственницы сибирской
5.1.1 Динамика среднего прироста коры на высоте 1,3 м 74
5.1.2 Динамика относительного среднего прироста коры лиственницы сибирской на высоте 1,3 м..
5.2 Строение древостоев по показателям коры
5.2.1 Строение древостоев по толщине коры 90
5.2.2 Строение древостоев по объему коры 92
5.2.3 Практическая реализация результатов исследования 98
Заключение 102
Библиографический список
- Кора лиственницы (строение, состав, использование)
- Методы учета и закономерности формирования коры лиственницы сибирской
- Растительность
- Закономерности изменения относительных размеров коры
Введение к работе
Актуальность темы. Переход в новую сферу экономических отношений в лесопромышленном комплексе России не просто делает насущным вопросом упорядочивание отдельных видов пользования, а требует внедрения глубокой переработки различных ресурсов леса в рамках организации многоцелевого хозяйства.
Выбор в качестве объекта исследования древостоев лиственницы
сибирской обусловлен ее хозяйственной и биоценотической ролью в Средней
t Сибири, в которой она, занимая более 40350 тыс. га покрытых лесом земель,
с запасом, превышающим 3285 млн. куб. м, распространена в различных природных и экологических зонах, где роль ее может меняться от чисто сырьевой до климаторегулирующей.
Исследование количественных и качественных характеристик отдельных компонентов фитомассы древостоев является важной частью установления общих закономерностей их биопродуктивности как в биоценотическом, так и в ресурсоведческом планах.
Полная характеристика лиственницы сибирской как объекта организации многоцелевого лесопользования невозможна без рассмотрения закономерностей формирования коры (корки) и разработки методов ее оценки. Данный вопрос является весьма актуальным не только потому, что лиственница - наиболее толстокорая порода из всех лесообразующих пород Сибири, но и потому, чю кора лиственницы, в отличие от коры многих других древесных пород, уже на современном уровне химической и механической переработки является ценным продуктом леса. При этом нужно признать, что имеющийся технологический потенциал в этой области реализуется далеко не полностью.
Размеры коры лиственницы сибирской обуславливают особенности таксации этой породы, оказывая влияние на форму ствола, определение товарности древостоя (класс товарности лиственничников устанавливается
5 по нормативам для лиственных пород) и т. п. Доля объема ствола у лиственницы сибирской, приходящаяся на кору, составляет от 16 до З І %, а у молодых экземпляров в возрасте до 20 лет нередко составляет более 35 % объема ствола.
Если к настоящему времени особенности химического состава коры лиственницы довольно детально изучены, имеется значительное число работ посвященных получению из нее продукции путем механической переработки, то таксационным аспектам при характеристике этой значительной части фитомассы стволов лиственницы не уделено достаточного внимания. Впрочем, это можно сказать и о других древесных породах, несмотря на то, что к вопросам таксации коры обращался еще Крюденер.
Цель работы - установление закономерностей формирования коры у деревьев лиственницы сибирской и разработка методов ее оценки в ходе построения нормативов таксации лиственничных древостоев.
Задачи исследования включают в себя:
анализ закономерностей динамики размерных характеристик коры и их изменчивости у деревьев в древостоях лиственницы;
установление связи между показателями коры и таксационными характеристиками деревьев и древостоев;
- выявление особенностей распределения числа стволов в древостоях
по показателям коры:
- установление закономерностей возрастной динамики прироста коры.
Научная новизна. Впервые для древостоев лиственницы сибирской
установлены закономерности формирования коры в связи с таксационными характеристиками деревьев и древостоев, выявлены закономерности строения лиственничников по показателям коры, динамики ее прироста и на основе полученных результатов даны рекомендации к усовершенствованию нормативной базы таксации.
Практическая значимость. Практическую значимость имеют построенные таблицы для оценки коры, а также выявленные закономерности в соотношении числа стволов в древостоях с различной долей коры, позволяющие совершенствовать нормативную базу таксации, в частности сортиментные и товарные таблицы.
Личный вклад диссертанта. Все этапы работы выполнены автором или при его непосредственном участии. Им осуществлены постановка цели и задач исследования, составление методики и программы работ, принято непосредственное участие в сборе материалов, осуществлена их обработка, сформулированы выводы.
Публикации. Содержание диссертации изложено в шести опубликованных работах, в том числе одной опубликованной в издании, рекомендованном списком ВАК.
Основные положения, выносимые на защиту:
размеры коры и изменение их по длине ствола у лиственницы сибирской, несмотря на значительную изменчивость, обусловлены таксационными показателями древостоев;
сочетание стволов в древостоях лиственницы сибирской с различными характеристиками коры не являются случайным и подчинено определенным закономерностям;
средний прирост коры лиственницы сибирской закономерно изменяется с возрастом.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и опубликованы на Всероссийских и региональных научно-практических конференциях: «Лесной и химический комплекс: проблемы и решения», СибГТУ (Красноярск, 2005-2006); «Экологическая безопасность Красноярского региона», СибГТУ (Красноярск, 2005).
Часть исследований проведена в рамках выполнения гранта Красноярского краевого фонда науки и Российского фонда фундаментальных исследований № 05-05-97706.
7 Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 129 страницах, иллюстрирована 33 рисунками, имеет 29 таблиц и 3 приложения. Библиографический список включает 123 наименования, в том числе 4 на иностранном языке.
8 і
Кора лиственницы (строение, состав, использование)
Лиственница характеризуется гораздо большим объемом коры, чем другие виды хвойных пород нашей страны [82]. О возможностях получения продукции из ее коры, после ее механической обработки, говорилось еще более полувека назад [85].
Однако в представленной работе мы останавливаемся на вопросах изучения коры лиственницы сибирской, не только как самой широкораспространенной и главной лесообразующей породы нашей страны, но и как самой толстокорой породе, кора которой изначально может представлять собой ценный продукт леса.
«Кора - наружная часть ствола, корней и сучьев дерева. На поперечном разрезе коры взрослых деревьев хорошо различаются два слоя: наружный, который является мертвой частью, и внутренний - луб, представляющий живую часть коры, по которой происходит передвижение вниз по стволу органических питательных веществ. Кроме того, кора выполняет и другую важную роль в жизни дерева. Она защищает живые ткани ствола, корней и сучьев от неблагоприятных влияний внешней среды и механических повреждений. В живой части коры откладываются запасные питательные вещества, поступающие из хвои и листьев» [84].
Как и древесина, кора ежегодно нарастает в толщину, но благодаря более тонкому слою прироста и постепенному отпаду наружных ее слоев в виде чешуек, она никогда не достигает больших размеров. От древесной породы, возраста дерева и диаметра ствола зависит внешний вид коры, а ее толщина изменяется по высоте дерева. Наиболее толстая кора обычно образуется в нижней части ствола, а к вершине постепенно уменьшается.
Цвет коры деревьев различных пород разнообразен и изменяется а широких пределах - от белого (береза), светло-серого (пихта), зеленовато-серого (осина, тополь) до серого (ясень), темно-серого (дуб) или темно-бурого (ель).
Кора взрослого дерева состоит из слоя мертвой пробковой паренхимы и слоя лубяных волокон, отделяемых от древесины тонким слоем клеток камбия. Камбий - единственно живая ткань дерева. Клетки камбия, ежегодно делясь, обуславливают рост дерева.
Наиболее активной частью коры при жизни дерева является лубяной слой. Основным назначением этого слоя является подача питательных веществ от кроны к корням дерева, вследствие чего состояние клеток этого слоя зависит от условий питания дереза в разные времена года.
Пробковая часть слоя коры (корка) лиственницы представляет собой механически непрочную оболочку дерева, легко разрушающуюся при окорке, она характеризуется низкой теплопроводностью, не проводит влагу и поэтому плохо увлажняется. Луб коры обладает высокой гигроскопичностью, влагопроводностью и влагоемкостью. При увлажнении его толщина несколько увеличивается и уменьшается при высыхании [42]. На рисунках 1.1 и 1.2 показаны отдельные формы, коры лиственницы сибирской.
Конечно, современному лесному хозяйству России с его экономическими проблемами и постоянными реформами не приходится уделять много времени решению таких вопросов, как учет, применение отходов и малоценных продуктов леса. Но казалось безграничные запасы высококачественной, дорогостоящей, ценной древесины заканчиваются, доступ к ней становится все более трудным и экономически не выгодным. И возможно, в скором будущем, придется искать реальные пути получения продуктов леса из того, что в настоящее зремя считается «отходами, мусором и т.д.». В течение ряда последних десятилетий было разработано множество методов использования древесной коры и получения из нее различных (ценных, высокодоходных, лечебных и т. д.) вещестз, но говорить об их массовом внедрении пока не приходится.
В тоже время отмечается проблема накопления больших запасов коры на лесоперабатывающих предприятиях нашей страны. Ценный побочный продукт леса мешает, не находит свое применение, от него не могут избавиться.
С.Л. Шевелев отмечал, что полная характеристика лиственницы сибирской как объекта организации многоцелевого хозяйства невозможна без рассмотрения закономерностей формирования коры и хметодов ее оценки. Причем этот вопрос является актуальным, так как кора лиственницы в отличие от многих других древесных пород уже на современном уровне химической и механической переработки и является ценным продуктом леса [113].
В недавнем исследовании И.Н. Бесединой [17] приводятся сведения, говорящие, что вместе с древесиной из леса ежегодно вывозится более 45 млн. м3 коры, если учесть, что в процессе окорки бревен на ЦБК и ДОКах вместе с корой снимается и часть древесины, то общий объем отходов окорки будет исчисляться еще большими цифрами. Можно полагать, что основная масса этих отходов приходится именно на кору лиственницы. До настоящего времени отходы окорки используются незначительно и они являются обременительными отходами. Их вывозят в отвалы, что приводит к загрязнению водных бассейнов экстрактивными веществами и продуктами распада коры. В сухом виде кора представляет большую пожарную опасность для ближайших строений и лесных массивов.
Методы учета и закономерности формирования коры лиственницы сибирской
Если химический состав коры и всевозможные способы получения из нее ценных веществ и различных продуктов довольно детально изучены, то методам учета и тем более закономерностям формирования коры лиственницы не уделено достаточного внимания, хотя эти вопросы для других древесных пород прорабатывались уже относительно длительный период. К настоящему времени имеется очень ограниченный ряд работ как отечественных, так и зарубежных авторов, посвященный этому вопросу.
Впервые к закономерностям формирования коры у деревьев сосны, ели и осины обратился создатель объемных таблиц Крюденер в 1904 - 1913 гг. [91].
М. М. Орлов [68], давая характеристику методов таксации коры, отмечал, что «степень участия коры в общей массе дерева в высшей степени различна, Схмотря по древесной породе, возрасту дерева и условиям местопроизрастания, при которых дерево выросло».
Профессор А.В. Тюрин [92] пришел к выводу, что толщина коры на высоте груди у деревьев одной и той же породы находится в прямой зависимости от диаметра дерева и выражается уравнением прямой линии.
Большой интерес представляют труды, посвященные изучению закономерностей формирования объемов коры и методикам определения ее запаса у лиственницы и некоторых других хвойных пород. Этому вопросу посвящены работы: М.С. Богдашина [21]; В.М. Богданова [20]; В .И. Дитриха [32; 33]; С.А. Дыренкоза [35]; М.М. Чебыха [104]; П.В. Воропанова [241;
В.В. Голикова [28]; Э.Н. Фалалеева, В.И. Пчелинцева [11]; М.Л. Дворецкого [31]; Н.Л. Леонтьева [57]; Rymer-Dudzinska [122] и др.
Одной из первых работ, посвященных изучению коры лиственницы сибирской в нашей стране, стала статья Б.Н. Тихомирова и З.В. Медведевой [86]. В ней впервые отмечалось, что необходимо знать объем коры лиственницы при решении вопроса о ее сплаве, так как она имеет более низкий вес, нежели ее древесина. При проверке точности определения объема коры лиственницы было установлено, что площади сечений ствола в хоре, определенные с помощью мерной вилки, всегда преувеличены по сравнению с действительной их величиной на 3,45 - 5,25%.
Установлено резкое уменьшение толщины коры вверх по стволу, очень большие колебание толщины коры у отдельных деревьев, коэффициенты вариации достигали 50%. Несмотря на большие колебания толщина коры у деревьев одинаковых размеров, ясно выражена зависимость ее от толщины стволов.
По характеру коры на стволе можно приближенно установить возраст дерева. Однако следует учитывать, что внешние возрастные признаки коры деревьев носят зональный характер, зависят от условий местопроизрастания и поэтому требуют соответствующего предварительного изучения и последующей тренировки в установлении по ним возраста деревьев [84].
В 1985 году Э. Н. Фалалеев и В. И. Пчелинцез разработали способ определения возраста деревьев сосны обыкновенной [11]. В качестве основных морфологических признаков, характеризующих возраст сосны, они взяли распространение по стволу растрескивающейся коры, изменение структуры ее поверхности и изменение размера и окраски трещин [52].
Наиболее полную работу, посвященную анализу содержания коры в лесном фонде бывшего СССР, проделал И.А. Нахабцев [64]. Он привел ряд нормативов, содержащих процент коры, полученных на основе имеющихся таксационных таблиц для лесного фонда бывшего СССР и предложил их использование в пределах крупных регионов.
Откинув незначительный объем отходов, приходящийся на объем вершинки, он принял указанный в таблицах процент отходов за фактический процент коры от общего запаса древостоя на корню. Полагая, что точность определения объема коры зависит от точности определения объемов стволов в коре и без коры, она не будет выходить за пределы ±2%, так как ошибка в определении объема ствола по наиболее распространенной при таксации формуле Губера ±2%.
Выявленная погрешность в определение объема ствола ±2% (по формуле Губера) является в лесной таксации несущественной от общего объема ствола в коре, принятого за 100%. Однако для определения объема коры в стволе дерева такая ошибка является значительной, так как объем коры от общего объема ствола в коре у тонкокорых древесных пород составляет в среднем 5 - 8%, при средней толщине коры - 10 - 12 % и у толстокорых - 14 - 18% от объема всего ствола (у лиственницы до 25 - 30%).
И.А. Нахабцев принял объем коры, выраженный в относительных величинах (в среднем 10 - 12%), за 100%, ошибка в пределах 1 - 2% стала давать погрешность в определение объема коры 10 - 20%. Различия по содержанию коры в круглых лесоматериалах, получаемых из древостоев всех лесообразующих пород, более ±2% по средним диаметрам древостоев были приняты им за районообразующий критерий при разделении лесного фонда страны на лесотаксационные районы по содержанию коры. Часть лесного фонда должна быть выделена в отдельный лесотаксационный район, если средние проценты коры различаются по средним диаметрам древостоев более чем на ±2%» (критерий районирования).
Это позволило ему на территории лесного фонда страны выделить 20 лесотаксационных районов, которые охватили все 68 лесорастительных районов, выделенных в Гослесфонде.
Растительность
Почвы автоморфного почвообразования обнаруживают довольно четкую зависимость от патологического и минералогического состава почвообразующих пород.
Основными почвами района являются: дерново-подзолистые, дерново-карбонатные и серые лесные оглееные почвы. В наиболее возвышенных местах восточной части провинции формируются горно-подзолистые почвы [41; 58; 61].
Травяные леса характеризуются господством серых лесных холодно-глеевых почв, различных по степени оглеения и выноса, и обладающих, как правило, вторыми гумусовыми горизонтами.
Наиболее распространенными почвообразующими породами района исследования, относящегося к Енисейскому кряжу (Северо-Енисейский лесхоз), являются плотные коренные породы (сланцы, песчаники). Сильно метаморфизованные и часто карбонатные, реже породы изверженные -основные и кислые. Рыхлых, четвертичных отложений мало и расположены они преимущественно по речным террасам. К сланцам приурочены таежные кислые неоподзоленные почвы. На породах, богатых основаниями, формируются дерново-карбонатные почвы [100; 118].
Особенности почвообразования на ЕНИСЄЙСКОІУЇ кряже во многом определяются мерзлотными явлениями.
Растительный покров Нижнего Приангарья имеет довольно пеструю окраску. Континентальный климат, наличие длительно-сезонной и многолетней мерзлоты, сильно расчлененный рельеф, большое разнообразие литологического состава горных пород, наконец, история развития территории, - все это определило большое разнообразие растительного покрова. Для всех природных зон можно отметить сочетание растительных ценозов, резко отличающихся по своей экологии и не встречающихся на других территориях.
В Нижнем Приангарье распространены лиственнично-сосновые, сосновые, реже еловые и елово-пихтовые леса. Очень редки верховые сфагновые болота. В долинах небольших рек и на вершинах отдельных невысоких сопок появляются заросли ерника с моховым, мохово-лишайниковым и сфагновым покровом.
Основными древесными породами в Приангарской провинции являются сосна обыкновенная (16 типов сосняков) и лиственница сибирская(13 типов лиственничников). Древостоями с преобладанием сосны занято 42 % площади, с преобладанием лиственницы - 24 % [170].
Наибольшую хозяйственную значимость имеет зеленомошная группа типов леса. Лиственничники этой группы встречаются как в виде одновозрастных и разновозрастных одноярусных чистых или с небольшой примесью сосны древостоев III - IV бонитета, приуроченных к относительно бедным разностям почв, так и виде более или менее сложных, часто разновозрастных насаждений II, а иногда и I класса бонитета. Такие насаждения нередко состоят из двух ярусов: верхнего с преобладанием лиственницы и нижнего - из темнохвойных пород. Кустарниковый и травяной ярусы в этих типах часто хорошо развиты, с большим количеством і видов. Естественное возобновление под пологом спелых сомкнутых древостоев идет замедленными темпами, хвойного подроста обычно 2 - 10 тыс. шт./га [25].
Растительность Енисейского кряжа, по сути, мало чем отличается от растительности Приангарья. Характерной чертой флоры региона является переходный горно-равнинный характер растительных форм, поэтому в различных частях района можно встретить растительность, характерную как для Западно-Сибирской низменности, так и для Средне-Сибирского плоскогорья. Не менее характерна здесь и вертикальная поясность, хотя она выражается не слишком явно.
Центральная и северная части района исследования характеризуются большой степенью облесенности (около 90%). Основные лесообразующие породы - сосна и лиственница, древостой которых отличаются относительно невысокой продуктивностью и небольшими полнотами. Наиболее распространенными типами леса являются сосняки зеленомошной группы, лиственничные насаждения в основной своей массе откосятся к зеленомошной и долгомошно-сфагновой группам типам леса.
Южная часть района исследования облесенна несколько меньше, леса занимают около 75 % всей территории, здесь наряду с темнохвойными лесами произрастают сосняки и лиственничники зеленомошной, лишайниковой, травяной и сфагновой групп. Также широко распространены березовые леса, которые возникли на месте сгоревших хвойных лесов [94; 97].
Лиственничник-брусничник широко распространен на склонах различной экспозиции. Древостой имеют сложное строение, средние высоты лиственницы, слагающей первый ярус, лежат в пределах 23 - 24 м. Этой высоты она достигает в возрасте 120 - 210 лет. Второй ярус сложен елью, березой, иногда и примесью пихты. Древостой высокой продуктивности (III класс бонитета), значительной сомкнутости полога (0,7 - 0,8) достигают больших запасов древесины (220 - 290 м3/га).
В ярусе кустарников встречаются шиповник, жимолость, рябина, ольха кустарниковая, можжевельник. В напочвенном покрове фон создают мхи: гилоколиум блестящий, мох Шребера, птилиум перисто-ветвистый, встречается кладония лесная и олений мох; из травянистой и кустарниковой растительности присутствуют: майник двулистный, седмичник европейский, плаун обоюдоострый, линнея северная, черника и брусника.
Закономерности изменения относительных размеров коры
В завершающей части работы необходимо остановиться на прикладных аспектах проведенных исследований.
Казалось бы, логическим завершением работы могут явиться нормативы, представляющие из себя комплекс таблиц, показывающих объем коры у деревьев лиственниц сибирской, дифференцированно, в зависимости от pядa факторов, значимо влияющих на исследуемую величину. Однако учитывая современное состояние переработки древесных стволов, величину потерь деловой древесины на различных этапах от ее заготовки до получения готовой продукции, можно сделать единственный и верный вывод - такие таблицы вряд ли будут востребованы в практической деятельности лесного комплекса, по крайней мере в ближайшее десятилетие. При необходимости построить такие таблицы достаточно просто, используя полученные в ходе работы математические зависимости.
Наиболее перспективным путем практического использования полученных результатов является использование их в совершенствовании лесотаксационных нормативов, отражающих объемы отдельных древесных стволов в коре и без коры, а также их совокупности в древостоях. Такими нормативами являются таблицы: сортиментные; объема и сбега; сортиментные и товарные. В этих нормативах фактор коры имеет большее значение и связан с выходом деловой древесины. При этом часто необходимо знание не только общего объема коры, но и характер распределения ее по отдельным частям ствола.
Восполнить этот пробел могут данные, приведенные в разделе 4.2 и трансформированные з виде вспомогательной таблицы 5.11 и рисунка 5.13, выполненной на основе закономерностей распределения коры у деревьев лиственницы сибирской в Северо-Енисейском лесхозе.
Полученные данные можно использовать не только опираясь на диаметр на 0,1 Н ствола, как базовым при расчетах, их можно использовать и при делении совокупности деревьев в древостоях по величине диаметров на высоте 1,3 м (по ступеням толщины), что соответствует приемам перечислительной таксации.
На рисунке 5.14 показана зависимость величины диаметров на высоте 1,3 м и диаметра на высоте 0,1 Н. Зависимость отображена с высокой степенью адекватности (г = 0,96) уравнением прямой линии:
Рассчитанные по уравнению значения показывают, что значение Ди и До.і для древостоев различной толщины фактически соответствуют одной и той же ступени толщины. Значимые различия начинаются со ступени толщины 40. При построении нормативов, характеризующих товарную структуру древостоев - товарных таблиц, особенно в вариантах, построенных не усреднено по классам товарности, а более дробных - детально учитывающих процент деловых стволов, возможно использование рядов, отражающих распределение числа стволов в древостоях по объему коры.
Получить такие ряды можно, детализируя полученные в ходе выполнения настоящей работы закономерности строения древостоев по коре.
Лиственница сибирская, наряду с другими видами лиственниц, произрастающими на территории нашей страны, является самой толстокорой древесной породой, поэтому показатели коры в значительной степени влияют на особенности ее таксации. В результате реализации настоящего исследования, в процессе решения поставленных задач получены следующие результаты: - анализ средних размеров коры, ее изменчивости у деревьев в различных возрастных группах показал, что наименьшей изменчивостью толщины коры отмечаются деревья, имеющие наименьший возраст, входящие в возрастную группу - до 80 лет. Наибольшей изменчивостью коры характеризуются деревья, находящиеся в стадии роста (возрастная группа 81 - 160 лет); - установлена значительная степень связи между средней двойной толщиной коры на высоте 1,3 м и средним возрастом, средней высотой и средним диаметром древостоев. Связь между номером класса бонитета ниже (i-0,28); - выявлены закономерности изменения относительных показателей коры, оказалось, что значительной общностью отличаются кривые, характеризующие изменение относительных размеров коры в пределах отдельных пунктов района исследования; - выявлена обратная связь между коэффициентами формы ствола в коре и без коры у молодых деревьев лиственницы сибирской (Кодинский лесхоз), для других возрастных групп достоверной связи выявить не удалось; - выявлены закономерности динамики среднего прироста коры на высоте 1,3 м;
