Содержание к диссертации
Введение
1 Природно-климатические условия и лесные ресурсы района исследования 10
1.1 Климат 12
1.2 Геоморфология 13
1.3 Почвенные условия 14
1.4 Рельеф 17
1.5 Свойства лиственницы 19
1.6 Меры по сохранению и защите лиственницы на территории Архангельской области 22
1.7 Особенности формирования лиственничников в Архангельской области 26
2 Методика сбора полевых материалов 27
2.1 Обследование пробных площадей 28
2.2 Закладка временной круговой пробной площади постоянного радиуса 31
3 Методика обработки полевых материалов и характеристика экспериментальных данных 32
3.1. Методика обработки полевых материалов 32
3.2. Общая характеристика опытных материалов 33
4 Нормативы таксации лиственничных древостоев 38
4.1 Сортиментные таблицы для лиственничных древостоев Европейского Севера 41
4.2 Товарные таблицы для таксации лиственничных древостоев Европейского Севера 43
4.3 Товарные таблицы для таксации лиственничных древостоев методом круговых реласкопических площадок (для деловой части древостоя) 45
5 Закономерности формирования и рост лиственничных древостоев 47
5.1 Динамика состава модальных лиственничных древостоев 50
5.2 Изменение среднего диаметра с возрастом 53
5.3 Изменение средней высоты с возрастом 54
5.4 Зависимость старого видового числа от высоты в модальном насаждении 56
6 Разработка алгоритма дешифрирования лиственницы с использованием мультиспектральных спутниковых снимков сверхвысокого разрешения 62
7 Организация хозяйства в древостоях с участием и преобладанием лиственницы сукачева 71
7.1 Организация хозяйства с целью заготовки древесины 72
7.1.1 Сплошная рубка 72
7.1.2 Постепенная рубка 74
7.1.3 Выборочные рубки в смешанных древостоях 77
7.1.4 Сочетание различных способов рубок. Использование комбинированной и комплексной рубки в смешанных древостоях 80
7.2. Организация ухода за лесом 82
7.3 Возобновление лиственничных насаждений на Европейском севере России 94
7.4 Содействие естественному возобновлению лиственницы 96
7.5 Искусственное восстановление лиственницы 103
7.6 Комбинированное лесовосстановление 106
7.7 Подготовка почвы 107
7.7.1 Мелиорация 107
7.7.2 Внесение удобрений 107
7.7.3 Очистка мест рубок 108
Заключение 109
Список литературы
- Меры по сохранению и защите лиственницы на территории Архангельской области
- Товарные таблицы для таксации лиственничных древостоев Европейского Севера
- Зависимость старого видового числа от высоты в модальном насаждении
- Сочетание различных способов рубок. Использование комбинированной и комплексной рубки в смешанных древостоях
Меры по сохранению и защите лиственницы на территории Архангельской области
Разнообразие природно-климатических условий, которые напрямую влияют на распространение лесообразующих пород, типов леса, состава, производительности лесов и т.д. явилось основой для районирования лесов России.
В зависимости от природно-климатических условий определяются лесорас-тительные зоны, в которых расположены леса с относительно однородными лесо-растительными признаками. На основе лесорастительного районирования осуществляется установление лесных районов с относительно сходными условиями использования, охраны, защиты, воспроизводства лесов (Лесной кодекс Российской Федерации от 04.12.2006 N 200-ФЗ ред. от 28.07.2012).
В соответствии с действующими нормативами в качестве единиц классификации используются понятия – лесорастительные зоны и лесорастительные районы, которые в соответствии с требованиями статьи 15 Лесного кодекса Российской Федерации определены и закреплены Перечнем лесорастительных зон Российской Федерации и Перечнем лесных районов Российской Федерации, приказ Рослесхоза от 09.03.2011 г. №61.
Исследуемый район относится к таежной зоне, к северо-таежному району Европейской части Российской Федерации.
В таежной зоне выделено три района: северо-таежный, средне-таежный и южно-таежный. Необходимость разделения территории лесов на зоны и районы связано с их различиями в географическом положении, климатических условиях и поэтому связано с различиями в использовании, охраны, защиты и воспроизводства основных лесообразующих пород. Глубокое изучение вопросов, связанных с различиями продуктивности и других важнейших таксационных показателей послужило основой для лесотакса-ционного районирования. В соответствии с районированием леса Архангельской, Вологодской областей и Республики Коми по признаку относительной однородности роста всех лесообразующих пород, а также одинаковой продуктивности объединены в один северо-восточный лесотаксационный район. Для лесотаксационного района в силу различий роста и продуктивности применяется разделение на подрайоны. В состав северо-восточного лесотаксационного района входят следующие подрайоны: притундровый, северотаежный, среднетаежный и южнотаежный.
Изучение древостоев с участием и преобладанием лиственницы Сукачева проводились в северотаежном и среднетаежном подрайоне северо-восточного ле-сотаксационного района европейской части России (Лесотаксационный справочник, 2012).
Климат является основным фактором, влияющим на физиологические про цессы живых организмов. Климат Архангельской области умеренно континентальный с холодной зимой и теплым летом. Основные особенности кли мата определяются географическим положением на севере Европейской части Рос сии, влиянием холодных вод арктических морей и характером атмосферной цирку ляции: северные широты обуславливают относительно невысокую солнечную ак тивность. В летний период солнце уходит за горизонт только на очень короткое время. На этот период устанавливаются сумеречные белые ночи и приток солнеч ной радиации довольно значителен. Зимой из-за низкого положения солнца над го ризонтом и малой продолжительности дня, приток солнечной радиации незначите лен.
Средняя годовая температура воздуха в Мезенском и Лешуконском районах отрицательная -0,4…-1,2оС, в остальных районах – положительная 0,1-2,0оС. Продолжительность холодного (средняя температура воздуха ниже 0оС), теплого (средняя температура воздуха выше 0оС) периодов по территории изменяется от 197/168 до 165/200 дней. В Мезенском, Лешуконском и на севере Пинежского рай 13 она холодный период длиннее теплого на 3 - 29 дней, на остальной территории теплый период длиннее холодного на 3 - 35 дней (Общая характеристика климата Архангельской области).
Район исследования расположен в северной части Восточно-Европейской равнины. Это равнинная территория слегка всхолмленная, по своей структуре представляет собой платформу с глубоко погруженным фундаментом докембрий-ского возраста. Наиболее значительные возвышения связаны с тектоническими поднятиями, которые повторяют очертания фундамента. Эта обширная область была названа Северной покатостью из-за общего наклона ее поверхности к Баренцеву морю. В области исследования расположены не очень высокие возвышенности, а низменности сравнительно нешироки и вытянуты вдоль крупных рек (Северной Двины, Мезени и др.) (Мещеряков, 1972). На большей части платформенной равныны кристаллический фундамент глубоко покружен и перекрыт мощным чехлом осадочных пород (Мещеряков, 1972). Сверху кристаллическая плита покрыта мощным чехлом рыхлых осадочных пород палеозоя и мезо-кайнозоя. Верхний слой составляют четвертичные отложения, представленные в основном мореной, флювиогляциальными супесями и песками, покрывными суглинками. Формирование четвертичных отложений происходило в результате действий материковых оледенений (Герасимов, 1939). В местах близкого залегания известняков чаще всего и произрастает лиственница, характерно для карстовых форм рельефа – замкнутые понижения, воронки.
Товарные таблицы для таксации лиственничных древостоев Европейского Севера
Интенсивное ведение лесного хозяйства привело к сокращению площади лесов с хозяйственно-ценными породами. Действительность такова, что интенсивные лесозаготовки на Европейском Севере привели к тому, что регион испытывает трудности в получении высокачественного древесного сырья. Возрастает доля вторичных лиственных насаждений, которые в настоящее время не имеют широкого коммерческого потребления. Возможным выходом из сложившейся ситуации является интенсификация лесного хозяйства, а также развитие переработки лиственной древесины. Одним из направлений может быть содействие созданию высокопродуктивных смешанных насаждений с участием лиственницы на территории Архангельской области путем проведения рубок ухода, создание лесосеменных участков, организации заготовки древесины с сохранением и содействием возобновлению лиственницы Сукачева. В настоящее время идет интенсивное развитие и внедрение современных технологий. Появились возможности выявления древостоев лиственницы с помощью спектрозональных космических изображений с целью их учета, дальнейшего сохранения и получения высококачественного семенного материала при такой необходимости.
Актуальность развития дистанционных методов не однократно обсуждалась на различных рабочих совещаниях, проводимых Федеральным агентством лесного хозяйства РФ (Рослесхоз). Возможности космической съемки не ограничивается только обнаружением, какой-либо породы, но может использоваться также для анализа площадей пройденных лесными пожарами, контролированию мест рубок, в том числе и выявлению незаконной заготовки древесины. В настоящее время такие работы ведутся и решаются. Так с 2005 г. реализована и внедрена в производство информационная система дистанционного мониторинга Федерального агентства лесного хозяйства (ИСДМ-Рослесхоз). Данная система выполняется следующие функции: мониторинг пожарной опасности; лесопатологический мониторинг; мониторинг лесопользования; мониторинг лесовосстановления. В настоящее время назрела острая необходимость работ по созданию алгоритмов дешифрирования лесного фонда. Обширность территории страны, высокая стоимость проведения лесоучетных работ все это является предпосылками для развития дистанционных методов с целью организации рационального пользования лесными ресурсами.
Особенностью лиственницы является: быстрый рост, высокие физико-механические качества древесины, высокая устойчивость к антропогенным нагрузкам - вот некоторые из достоинств этой породы (Калинин, 1965, Козобродов, 1974). В смешанных древостоях лиственница имеет лучший рост по сравнению с другими породами и занимает, как правило, лидирующее положение в пологе. Она превышает сосну и березу на один, реже два класса бонитета и имеет среднюю высоту больше на 3-5 м (Третьяков, 2002).
Целью проведения исследования является создание алгоритма автоматизированного выделения лиственницы на снимках сверхвысокого разрешения. На начало исследования имелись снимки сверхвысокого разрешения с пространственным разрешением 0,5 м на пиксель GeoEye-1 на территорию Емцовского учебно-опытного лесхоза С(А)ФУ им. М.В. Ломоносова.
Лиственница является самой распространенной породой РФ, но на территории Архангельской области – это исчезающая порода, так доля ее участия от покрытой лесом площади составляет лишь 0,25%. Поэтому сохранение и восстановление лиственницы является актуальной задачей лесопромышленного комплекса Архангельской области. В соответствии с рекомендациями по сохранению биологического разнообразия следует проводить исследования в древостоях с наличием лиственницы Сукачева с целью выявления редких и исчезающих видов (Рай, 2013). Сложность таксации древостоев осложнена достаточной протяженностью Архангельской области, высокой стоимостью лесоучетных работ, что является предпосылками для развития дистанционных методов с целью рационального использования лесных ресурсов.
Целью проведения исследования является создание алгоритма автоматизированного выделения лиственницы на снимках сверхвысокого разрешения на территорию Емцовского учебно-опытного лесхоза САФУ. В настоящее время традиционным способом определения лиственницы является визуальное или аналитическое дешифрирование, которое основано на глазомерном анализе дешифровщиком её особенностей. Изображение обрабатывается невооруженным глазом путем опознания прямых и косвенных дешифровочных признаков. К прямым относится: тон (цвет), форма, размер, размещение, тени, рисунок (структура) (Сухих, 2005, Гурьев, 2013). Лиственница имеет узкую крону, хвоя имеет светло-зеленый цвет, «рыхлая» разреженная крона, верхушечная часть у старых деревьев, как правило, наклонена. На рисунке 6.1 приведен фрагмент спутникового снимка вырубки с оставленными семенниками лиственницы с комбинацией каналов ближний инфракрасный спектр (Nir) – красный (Red) – зеленый (Green). Nir/Red/Green На рисунке 6.1 можно четко рассмотреть отдельно стоящие деревья семенников. Форма проекции крон в центре космического снимка звездчатая, несимметричная, неправильно округлая. При данной комбинации спектральных каналов крона лиственницы окрашена в светло-фиолетовый цвет.
При распознавании лиственницы в сомкнутых насаждениях (рисунок 6.2) следует обращать внимание также на то, что отраженный солнечный свет несет информацию не только о разреженной кроне лиственницы, но и о втором ярусе, зачастую меняя тон в зависимости от его состава и структуры напочвенного покрова.
Рисунок 6.2 - Фрагмент космического изображения лесного участка на спектрозональном снимке с нанесенными границами выделов и границами постоянной пробной площади № 13 в квартале 106 На рисунке 6.2 кроны лиственницы окрашены в светло-фиолетовый цвет. Приведенные данные позволяют прогнозировать количество деревьев лиственницы ранее произраставшей на месте сплошной рубки и соблюдение экологических требований при лесопользовании в местах произрастания редких видов. Данные методы вполне эффективны при использовании спектрозональных снимков высокого разрешения при наличии данных о тоне изображения породы на снимке.
При сборе и обработке полевого материала с помощью современного лесотак-сационного оборудования была составлена схема расположения крон лиственницы на пробных площадях (далее по тексту ПП). Сбор и обработка полевого материала на ПП осуществлялась согласно общеизвестной методике в соответствии с ОСТ 56-69-83 и рекомендациями Н.Н. Соколова (1978) (таблица 6.1). Обследованы объекты: постоянные пробные площади, постоянный лесосеменной участок, вырубки различных лет давности с оставленными семенниками лиственницы. Таблица 6.1 – Таксационная характеристика насаждений на постоянных пробных площадях в Обозерском лесничестве
Зависимость старого видового числа от высоты в модальном насаждении
Создание чистых культур ели или лиственницы не всегда целесообоазно. Ощутимый вред молодым растениям ели и лиственницы наносят заморозки. Повреждение верхушечного побега может приводить к потере годичного прироста по высоте и, искривлению стволика, многовершинности и другим порокам (Кашин, Козобродов, 1994). По данным Вялых Н.И. и Гущина В.А. (1991) рост ели и лиственницы на открытых вырубках задерживается и начинается только после заселения площади породами пионерами (сосна, береза, осина). Поздние весенние и ранние осенние заморозки в условиях северно- и средне-таежного районов наблюдаются почти ежегодно (Беляев, 1996). Создание лесных культур возможно и на бывших с.-х. площадях, однако автор указывает на улучшение почвенных условий путем внесения удобрений (Johansson, 2012).
Проведенные исследования показывают, что наибольшую продуктивность дают смешанные сосново-лиственнично-еловые древостои. Допускается небольшая (10–20 % примесь березы). При планировании лесные культуры целесообразно создавать смешанные. Оптимальный состав 4С4Лц2Е. Наблюдения за ростом естественных молодняков с таким соотношением пород показывают, что ель и лиственница будут защищены от влияния отрицательных температур, а присутствие ели будет способствовать формированию более полнодревесных, хорошо очищенных от сучьев (в нижней части) стволов и получению более ценной бессучковой древесины. Кроме того, присутствие ели позволит более рационально использовать лесорастительный потенциал условий места произрастания.
Культуры лиственницы за пределами ареала естественного распространения достигают более лучших показателей, так в возрасте 93 лет лиственница в Воронежском государственном заповеднике имела запас 880 м3/га, в то время как запас культур сосны обыкновенной в тех же условиях составлял около 550 м3/га (Крук, 2006).
Ряд исследователей рассматривали вопросы возобновления в зависимости от экологических особенностей лиственницы. А именно химический состав почвы, так лиственницу рекомендуют культивировать на вырубках из под сосняков и ельников кисличных и черничных с хорошо дренированными супесчаными или легкосуглинистыми почвами. (Соколов, Кривенко, Харитонов, 2008) Необходимо учитывать потребность этой породы к богатым почвам, не переносимость застойного увлажнения. Так достаточно четкой взаимосвязи содержания в почве подвижных соединений калия и фосфора в почвах различных типов леса лиственничных насаждений не выявлено. Однако наличие почвоулучшающей способности у лиственницы, ежегодный отпад под лиственницей увеличивает запасы фосфора, гумуса, которое ведет к снижению кислотности почв (Тимофеев, 1961). В условиях средней тайги физические и химические свойства среднеподзолистой супесчаной почвы, развивающейся на супеси, подстилаемой тяжелым моренным карбонатным суглинком в лиственничнике кисличном, способствуют формированию более продуктивных насаждений, чем насаждения лиственничника брусничного, произрастающего на подзоле песчаном, развивающемся на песке, подстилаемом легким моренным суглинком. Почвы из-под лиственничника - разнотравного и черничного по своим лесорастительным свойствам занимают промежуточное положение. При выборе мест искусственного восстановления лиственницы следует отдавать предпочтение почвам с высоким содержанием обменных оснований (Козобродов 1974). Расположение лиственницы преимущественно связано с почвенными условиями, подходящими для успешного роста и конкуренции за существование (Калинин, 1965).
Одни из опытных посевов лиственницы сделаны в Емцовском учебно-опытном лесхозе в 1958 г на площадях при гнездовом расположении с предварительной обработкой почвы и без нее. На площадях с благоприятными напочвенными условиями. В последнем случае использовали благоприятные напочвенные условия (не заросшие огнища, тракторные волока и т.д.). Обработка почвы на площадях осуществлена весной по следующим вариантам: снятие дернины с обнажением минерального горизонта с последующим его перемешиванием с минеральным слоем; то же без перемешивания с минеральным слоем, удаление травянистой и моховой растительности на старых огнищах; огневое воздействие на почву. В результате проведенных опытов самая низкая грунтовая всхожесть семян на площадках с наиболее сильным задернением злаковых растений (оказывают отрицательную роль луговик извилистый, щучка и т.д.), а также на старых огнищах без предварительного рыхления. Наиболее высокая приживаемость сеянцев на 3-й год (до 70%) отмечено на огнищах двухлетней давности, где проведено рыхление, и на площадях со снятием дернины, но с оставлением гумусового горизонта. Полный отпад произошел на сфагновой вырубке. Наибольшую высоту показали сеянцы на огнищах с предварительным рыхление, и на площадях где оставлен гумус. Обогащение верхней части подзолистого горизонта площадок органическим веществом улучшает физико-химические свойства и биологическую активность почвы. Хуже всего рост сеянцев лиственницы наблюдается при посевах на минерализованном уплотнении (Кашин, Козобродов, 1994).
При выборе площадей под культуры лиственницы следует выбирать такое местоположение будущих культур, которое обеспечит благоприятные условия для успешного роста и конкуренции с другими древесными породами, почвами с высоким содержанием обменных оснований, относительно богатыми, отдавать предпочтение повышенным и легким склонам с хорошим обменом воздуха, исключающим его застой и как следствие заболачивание; относительно богатым и глубоким почвам с хорошей аэрацией.
Одна из трудностей выращивания производительных искусственных насаждений лиственницы на Европейском Севере – уход за нею. Он должен начинаться с первых лет ее жизни на культивируемых площадях – начинаясь с сеянцев при посеве и саженцами, при посадках и заканчиваться в приспевающем древостое (Кашин, Козобродов,1994).
Установлена взаимосвязь качества древесины с условиями произрастания и некоторые особенности распространения лиственничных насаждений, которые могут быть использованы при выборе районов их первоочередного искусственного восстановления, при отборе наиболее ценных по биоразнообразию участков лиственничников, сохранившихся в регионе (Неверов, 2012).
Для успешного искусственного восстановления лиственницы необходимо стабильное обеспечение качественными семенами. По мнению (Наквасиной и др,2008) для успешного восстановления и сохранения генофонда местных популяций древесных пород необходимо использовать местные виды и разделив область на три лесосеменных районы и пять подрайона и использовать посадочный материал из соответствующего района:
Комбинированное лесовосстановление осуществляется путем посадки и посева на лесных участках, где естественное лесовосстановление лесных насаждений ценных лесных древесных пород не обеспечивается. Площади лесных участков, на которых количество лесных растений главной лесной древесной породы, введенных за счет посева и посадки лесных культур, равно или больше количества подроста лесных насаждений, относятся к площадям, занятым лесными культурами, при меньшем количестве, занятом комбинированным лесовосстановлением. При количестве подроста менее установленного для комбинированного лесовосстанов-ления назначаются лесные культуры.
Сочетание различных способов рубок. Использование комбинированной и комплексной рубки в смешанных древостоях
Комбинированное лесовосстановление осуществляется путем посадки и посева на лесных участках, где естественное лесовосстановление лесных насаждений ценных лесных древесных пород не обеспечивается. Площади лесных участков, на которых количество лесных растений главной лесной древесной породы, введенных за счет посева и посадки лесных культур, равно или больше количества подроста лесных насаждений, относятся к площадям, занятым лесными культурами, при меньшем количестве, занятом комбинированным лесовосстановлением. При количестве подроста менее установленного для комбинированного лесовосстанов-ления назначаются лесные культуры.
Если в процессе заготовки древесины не сохранен подрост в количестве, установленном нормативом или его качество не соответствует требованиям. В качестве мер содействия естественному возобновлению могут использоваться приемы лесной мелиорации: частичное осушение вырубок, внесение минеральных удобрений, посев трав (например люпина) и т.п.
Частичное осушение может применяться при подготовке почвы на вырубках влажных черничников и долгомошников. На вырубке путем простейшего нивелирования эклиметром или другими приборами устанавливается уклон местности. Вешками обозначаются направления прокладки плужных борозд в качестве осушителей. Борозды намечаются в местах без подроста. Глубина борозд 20-40 см. дно борозд должно находиться в минеральном горизонте. Расстояние между бороздами-осушителями 8-10 м.
Прокладка осушительных борозд производится плугом ПКЛ-70 или другими плугами, дающими удовлетворительные результаты. Проводится частичное осушение через 1 – 2 года после рубки.
На заболоченных вырубках сфагновой и травяно-болотной групп типов леса частичной мелиорации не проводится.
7.7.2 Внесение удобрений
Внесение минеральных удобрений как мера содействия естественному возобновлению может применяться на вырубках всех групп типов леса. Применение их целесообразно в местах с удовлетворительным возобновлением. Это способствует повышению устойчивости к вредному воздействию насекомых и болезней, улучшают рост и развитие молодняка. Целесообразно применение минеральных удобрений на лишайниковых и долгомошных вырубках после проведения на них дренирующих борозд.
На лишайниковых используется карбамид или аммиачная селитра в дозе азота 100-120 кг/га, на долгомошных азота 150 кг/га.
Очистка мест рубок является мерой направленной на уменьшение пожарной опасности и улучшение санитарного состояния вырубок. В ходе проведения очистки мест рубок проводится оправка и уход за подростом, а также за остающейся частью древостоя. Очистка мест рубок преследует целью обеспечения условий последующего возобновления, улучшение условий роста сохраненного подроста, улучшения тепловых свойств почвы.
Очистка мест рубок производится в соответствии с Правилами заготовки древесины, 2011, Правилами пожарной безопасности в лесах Российской Федерации, 2007 и Правил санитарной безопасности в лесах Российской федерации, 2007.
В заключение работы над диссертационным исследованием «Закономерности строения, рост и нормативы таксации лиственничных древостоев Архангельской области» следует сделать следующие выводы:
Разработана таблица хода роста модальных древостоев лиственницы на территории Архангельской области;
Проведена оценка рубок ухода направленных на формирование чистых и смешанных древостоев лиственницы. Установлено, что смешанные древостои позволять эффективнее использовать условия места произрастания.
Выявлены особенности формирования товарной и сортиментной структуры лиственничных древостоев. Разработаны товарные и сортиментные таблицы.
Для раннего обнаружения лиственницы в насаждениях при проектировании промышленного освоения участков лесного фонда выделены прямые и косвенные признаки дешифрирования крон лиственницы по материалам космической съемки сверхвысокого разрешения;
Разработаны рекомендации для успешного естественного восстановления при проведении лесозаготовительных работ. В условиях Архангельской области лиственница сконцентрирована в местах выхода карстовых пород. В настоящее время расширение мест произрастания должно происходить в центральных районах области.
Ведение хозяйства в древостоях с участием лиственницы Сукачева направлено на формирование чистых и смешанных по составу насаждений, что возможно при условии, если будут проведены меры по содействию возобновлению лиственницы. Самой эффективной мерой содействия является сохранение семенников в количестве 30-50 или более шт. на 1 га с частичной минерализацией почвы в местах с отсутствием самосева и на расстоянии до 50 м до семенников лиственницы.
