Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса к началу исследований 7
1.1. Агротехника создания лесных культур 9
1.2. Особенности строения молодняков искусственного происхождения .. 17
2. Природные условия района исследований. Характеристика лесного и гидролесомелиоративного фонда Республики Карелия 24
2.1. Естественно-географические условия 24
2.2. Краткая характеристика лесного фонда 27
2.3. Гидролесомелиоративный фонд 28
2.3.1. Гидролесомелиорация в Карелии 31
2.3.2. Лесокультурное освоение осушаемых болот 33
3. Объекты, программа и методика исследований 37
3.1. Характеристика объектов исследования 37
3.1.1. Техническое состояние осушительных систем 39
3.2. Программа и методика исследования 41
4. Состояние и рост лесных культур на осушаемых торфяных почвах Южной Карелии (на примере Киндасовского лесничества) 44
4.1. Анализ материалов лесоустройства 44
4.2. Результаты обследования лесных культур 50
5. Особенности формирования, роста и строения молодняков сосны на осушаемых болотах переходного типа при их искусственном облесении 66
5.1. Формирование и рост молодняков сосны искусственного происхождения на осушаемых болотах 66
5.2. Строение по диаметру ствола культур сосны на осушаемых торфяных почвах 88
5.3. Ценотическая структура молодняков сосны искусственного происхождения на осушаемых торфяных почвах переходного типа 107
6. Реконструкция малоценных насаждений на осушаемых торфяных почвах лесокультурными методами 129
Заключение 144
Список литературы 151
Приложение 175
- Особенности строения молодняков искусственного происхождения
- Краткая характеристика лесного фонда
- Техническое состояние осушительных систем
- Строение по диаметру ствола культур сосны на осушаемых торфяных почвах
Введение к работе
Республика Карелия находится на Северо-западе Европейской части России. Ее территория растянута в широтном направлении и расположена в пределах подзон северной и средней тайги. Географическое положение республики, наличие большого количества водоемов и пересеченность рельефа определяют различия в климате, почвах и растительности отдельных ее частей, а также высокий уровень заболоченности. Гидролесомелиоративный фонд Карелии составляет 37% площади гослесфонда республики, из которых 2/3 (3,6 млн. га) представлено болотами.
В условиях высокой заболоченности территории наиболее эффективным средством увеличения запасов древесных лесных ресурсов является гидролесомелиорация, как за счет повышения продуктивности уже имеющихся насаждений, так и расширения покрытых лесом площадей за счет облесения открытых осушаемых болот. Первые гидролесомелиоративные работы проведены еще в конце XIX века экспедицией И. К. Августиновича, однако основной объем работ выполнен в 60-80 гг. прошлого столетия, когда ежегодно осушалось до 50 тыс. га болот и заболоченных лесов. В итоге, для целей лесного хозяйства в республике осушено более 600 тыс. га, из которых 230 тыс. га составили безлесные и слабооблесенные болота. К лесокультурному фонду отнесено более 100 тыс. га, из них 72 тыс. было освоено. Работы проводились в основном в южной и средней агроклиматических зонах Карелии, на болотах с различными условиями водно-минерального питания, от верховых грядово-мочажинных до переходных травяно-сфагновых.
К настоящему времени на большей части осушаемых болот, где были созданы лесные культуры, сформировались молодняки с различной долей участия главной породы и их возраст составляет 20-35 лет. Особенности формирования таких молодняков, их структура, устойчивость, необходимость и сроки проведения рубок ухода практически не изучены.
Актуальность темы заключается в необходимости оценки успешности искусственного облесения осушаемых болот в условиях Карелии, выявления закономерностей роста и формирования молодняков искусственного происхождения с целью разработки стратегии дальнейшей лесохозяйственной деятельности на осушаемых территориях. Это обусловлено немногочисленными исследованиями и
4 противоречивыми взглядами по данной проблеме в различных регионах России и крайне незначительным опытом ее изучения в Карелии.
Целью данной работы является исследование процессов формирования дре-востоев искусственного происхождения на осушаемых болотных почвах в условиях южной Карелии, изучение строения и хода роста молодняков в связи с увеличением их возраста и давности осушения, а также обоснование необходимости рубок ухода и сроков их проведения для формирования высокопродуктивных насаждений.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Исследовать закономерности строения и роста насаждений искусственного происхождения в различных условиях произрастания с увеличением их возраста.
Изучить особенности формирования и роста культур, созданных в процессе реконструкции малоценных насаждений на осушаемых торфяных почвах.
Произвести массовое единовременное обследование молодняков искусственного происхождения на осушаемых болотных почвах для определения их состояния и особенностей роста в различных условиях местопроизрастания.
Разработать рекомендации по повышению продуктивности насаждений искусственного происхождения на осушаемых торфяных почвах в условиях Карелии.
Научная новизна. Впервые для условий Карелии изучены особенности строения и хода роста чистых и смешанных молодняков искусственного происхождения с увеличением их возраста. Обследованы производственные культуры сосны и ели, созданные 20-35 лет назад на осушаемых болотах различных типов. Проведена оценка 25-летнего опыта по реконструкции малоценных насаждений на осушаемых торфяных почвах. Определены оптимальные сроки проведения лесово-дственного ухода за лесными культурами с целью сохранения их хозяйственной ценности и повышения продуктивности.
Достоверность результатов подтверждается большим количеством объектов (более 40 пробных площадей) и длительностью срока наблюдения (15 и более лет).
5 Отобрано 204 модельных дерева для изучения хода роста культур на осушаемых торфяных почвах. Полученные данные обработаны в соответствии с правилами, принятыми в таксации с использованием пакетов MS Excel и Statistica.
Вклад автора в работу состоит в самостоятельном составлении программы и методики работ, обосновании задач исследований. Проанализированы материалы стационарных пробных площадей, заложенных ранее сотрудниками лаборатории лесоведения и лесоводства Института леса КарНЦ РАН, заложены новые опытные участки, выполнены основные работы по сбору, обработке и обобщению экспериментального материала.
Положения, выносимые на защиту. 1. Лесоводственная эффективность искусственного облесения осушаемых болот Южной Карелии.
2. Особенности формирования и хода роста насаждений искусственного происхождения на осушаемых торфяных почвах.
Эффективность реконструкции малоценных насаждений, произрастающих на осушаемых торфяных почвах лесокультурными методами.
Необходимость и сроки проведения лесоводственных уходов в молодня-ках искусственного происхождения с целью формирования высокопродуктивных и хозяйственно ценных насаждений.
Апробация и публикация материалов работы. Основные положения были представлены на Координационном научно-производственном совещании «Гидролесомелиорация: Задачи и координация исследований» (пос. Сиверский лес Ленинградской области, 1994 г.); «Гидролесомелиорация и эффективное использование земель лесного фонда» (Вологда, 1998); «Региональные проблемы изучения и использования избыточно увлажненных лесных земель» (Екатеринбург, 2000); «Мониторинг осушенных лесов» (Лисино-корпус Ленинградской области, 2001); «Эко-лого-экономические аспекты гидролесомелиорации» (Гомель, 2003); IX и XI молодежных научных конференциях Института биологии Коми НЦ УрО РАН «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2002, 2004 гг.). Результаты работы докладывались и обсуждались на Международной конференции «Антропогенная трансформация таежных экосистем Европы: экологические, ресурсные и хозяйственные аспекты» (Петрозаводск, 2004). Материалы исследований были пред- ставлены на конкурс грантов в г. Санкт-Петербург, где в 2002 году автор вошел в число лауреатов.
Сбор материалов для диссертации осуществлялся в ходе выполнения следующих бюджетных тем плана НИР Института леса КарНЦ РАН: № 109 (№ гос. регистрации 02.9.60 001835), срок проработки 1991-1995 (исполнитель); № 118 (№ гос. регистрации 01.9.50004008) «Влияние лесохозяйствешюй деятельности на состояние и динамику лесных экосистем и биологическое разнообразие в условиях Карелии», срок проработки 1995-1999 гг. (исполнитель); № 126 «Научное обоснование экологической устойчивости лесного хозяйства в условиях Карелии», срок проработки 2000-2004 гг. (отв. исполнитель).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения и списка использованной литературы, включающего 305 работ, в т.ч. 6 на иностранных языках. Материалы диссертации изложены на 177 страницах машинописного текста, включает 36 таблиц и 20 рисунков.
Особенности строения молодняков искусственного происхождения
Наиболее важными структурными показателями в оценке строения древо-стоев считаются его таксационная характеристика (состав, бонитет, густота, полнота, запас и др.), биоэкологические показатели (протяженность и строение кроны, соотношение высота/диаметр и др.), распределение деревьев по размерам (диаметру, высоте и т.д.), темпам роста и изменение этих показателей во времени. Следует отметить, что внимание насаждениям искусственного происхождения стали уделять начиная с середины прошлого века, поэтому массового материала об особенностях их роста и развития недостаточно. Еще меньше публикаций, касающихся особенностей формирования лесных культур на осушаемых болотах, необходимости и сроков уходов.
Одним из наиболее динамичных показателей особенностей формирования молодняков является количество деревьев на единице площади (густота). В первые годы жизни для нормального роста растений достаточно относительно небольшой площади питания, поэтому высокая густота не оказывает сколь либо серьезного влияния на их рост. Но уже к 10-15 годам рост деревьев в перегущенных молодня-ках замедляется. В результате конкуренции за свет и условия питания значительная часть деревьев отмирает, при этом уменьшение числа деревьев идет в основном за счет деревьев низших ступеней толщины, т.е. по низовому типу (Давыдов, 1971; Кожевников, 1973; Кайрюкштис, 1974; Сеннов, 1977, 1984; Бузыкин, 1975; Поляков и др., 1986; Зябченко, Иванчиков, 1978; Бузыкин, Пшеничникова, 1980; Маслаков, 1998 и др.). Таким образом, изменение густоты с возрастом есть способность насаждения в процессе своего развития регулировать число деревьев в соответствии с ресурсами среды (Демаков, 2000а). Однако эффективность естественных механизмов регуляции численности в насаждении не всегда совершенна (Бузыкин, 1982; Озолинчус, 1985; Демаков, 2000а,б и др.). А.И. Бузыкин (1982) писал, что в Приан-гарье довольно обычными являются естественные сосняки на бедных песчаных почвах, где количество деревьев на одном гектаре в возрасте 40 лет достигает 140 тыс. экземпляров, а Л.С. Пшеничникова (1980) описывает 34-летний сосняк родо-дендроново-брусничный с густотой 500 тыс.шт./га. Исходя из этого лесоводами введено понятие «оптимальной густоты» (Тимофеев, 1957). При этом отмечается, что количественный критерий оптимальной густоты должен изменяться с возрастом древостоя (Кравченко, 1963; Кайрюкштис, Юодвалькис, 1974; Редько, 1978; Бисениек, 1979). По определению А.А. Кайрюкштиса и А.И. Юодвалькиса (1974), «...в молодняках это густота, обеспечивающая наибольший прирост в высоту наибольшего числа деревьев, в приспевающих, спелых и перестойных - густота, при которой обеспечивается максимальная лесоводственная продуктивность, т.е. высокая сомкнутость полога и наибольшая представленность деревьев I класса роста при условии равномерного распределения их по площади».
Как известно, густота оказывает влияние на многие количественные и качественные признаки древостоя (средние диаметр и высоту, запас, полноту, товарную структуру и качество древесины). Мнения о зависимости высоты и диаметра деревьев от их числа различны, одни исследователи (Поляков, 1973; Пшеничникова, 1978, 1980) считают, что уменьшение числа стволов приводит к увеличению прироста и по высоте и по диаметру. По мнению других (Мартынов, 1977; Макаренко, 1978; Пигарев и др., 1979; Синькевич М.С., Цинкович, 1980, 1986; Товкач и др., 1986; Маслаков, Кузнецов, 1996; Куусела, 1997; Маслаков и др., 1997; Нагимов, 2000; Кузнецов и др., 2001 и др.), снижение густоты ведет к значительному (до 40%) увеличению прироста по диаметру, не оказывая при этом существенного влияния на рост в высоту. В то же время считается, что в густых древостоях лучше очищаемость стволов от сучьев и меньше сбежистость (Тимофеев, 1957; Кравченко, 1963; Клипов, Синькевич, 1973; Львов и др., 1980; Пшеничникова,1980, 1989; Синькевич, Цинкович, 1980, 1986 и др.).
Дифференциация деревьев по размерам - закономерный природный процесс, вызванный различиями и комплексным воздействием ряда причин: наследственными свойствами, положением в пространстве и освещенностью деревьев, микрорельефом, почвенными условиями и др. Поэтому в древостое почти всегда можно выделить группы деревьев отличающиеся по внешнему виду, размерам и физиологическому состоянию. Высокий уровень изменчивости - характерная особенность молодняков, в том числе искусственного происхождения, несмотря на абсолютную одновозрастность и относительно равномерное распределение по площади (Платов, 1974; Маслаков, 19846; Поляков и др., 1986). Наиболее известной является классификация, разработанная в 1884 году Г. Крафтом и позже названная его именем. По мнению Е.Л. Маслакова (1998), к настоящему времени существует более ста вариантов классификаций, начиная с В.Г. Нестерова (1954), В.П. Тимофеева (1957), В.В. Огиевского (1966), Л. Кайрюкштиса (1974), Е.Л. Маслакова (1978, 1980 и др.) и заканчивая наиболее поздними - В.А. Алексеева (1989), СМ. Бебия (2000) и В.Ф. Цветкова (2002, 2004).
Важным с лесоводственной точки зрения вопросом является также вероятность изменения положения в насаждении отдельного дерева с возрастом. Большинство исследователей подтверждают мнение Г.Р. Эйтингена (1918) (цит.: по Бу-зыкин, Пшеничникова, 1980) о нестабильности рангового положения деревьев в древостое, при этом отмечая относительную устойчивость деревьев-лидеров и отставших в росте и «подвижность» средних (Нестеров, 1954; Макаренко, 1978; Бу-зыкин, Пшеничникова, 1980; Маслаков, 1984 а, б, 1988; 1998; Маслаков и др., 1983; Писаренко, Мерзленко, 1990; Демаков, 2000а; Чиндяев и др., 2004 и др.). При этом большинство авторов считают, что изменение социального положения дерева в большинстве случаев происходит по нисходящей, т.е. из высших классов в смежные низшие, в то время как переход из низших классов в высшие крайне редок.
Ряд распределения деревьев по толщине, характеризующий степень участия деревьев каждой ступени толщины в образовании древостоя, также является одним из наиболее важных показателей строения древостоя элемента леса. Изучением этого вопроса занимались ученые всего мира - Вейзе, Назлунд, Вимменауэр, Феке-те, и др. Наиболее широко в то время распределение деревьев по толщине обобщил австрийский лесовод Шиффель. Многочисленные исследования в данной области проводились и в России. В середине прошлого века профессор А.В. Тюрин предложил свой вариант оценки закономерностей в строении насаждения - через естественные ступени толщины. Он пришел к выводу, что распределение деревьев по естественным ступеням толщины не зависит ни от условий произрастания, ни от породы, ни от полноты, а лишь от возраста и характера рубок ухода. Исследователи отмечают удобство предложенного А.В. Тюриным метода, поскольку он позволяет сравнивать ряды распределения деревьев в древостоях с разным средним диаметром (Нестеров, 1954; Анучин, 1971, 1982 и др.). Следует отметить, что большинство исследований по данной проблеме проводилось в древостоях естественного происхождения и старшего возраста. Большой объем работ по изучению закономерностей роста молодняков был проделан группой сотрудников под руководством B.C. Моисеева (1971). Они выяснили, что с увеличением среднего диаметра (и соответственно возраста) древостоя существенно меняется характер распределения, от кривой с ярко выраженным сосредоточением деревьев в тонкомерных ступенях толщины до кривой близкой к нормальной. Изменяется с возрастом и ширина (размах) ряда распределения. Так, согласно данным, приведенным B.C. Моисеевым (1966, 1971) для молодняков естественного происхождения, ряд распределения по естественным ступеням толщины при увеличении среднего диаметра с 2 до 12 см сузился в полтора раза (с 0,2-3,0 до 0,2-2,0), а по данным Л. Ф. Ипатова (1974) и А.Н. Полякова и др. (1986) в культурах, при увеличении среднего диаметра с 4 до 12-14 см - почти в два раза. Близкие результаты получили П.Н. Львов и др. (1980) - почти в три раза, с 0,1-3,0 до 0,5-1,5. По мнению указанных авторов, кривые распределения деревьев по толщине в молодняках могут быть близкими к нормальному при проведении рубок ухода по низовому методу.
Краткая характеристика лесного фонда
По данным единовременного пятилетнего Государственного учета лесного фонда (Государственный доклад..., 2003) по состоянию на 1 января 2003 года леса, находящиеся в ведении Управления природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по республике Карелия, составляют 14818,3 тыс. га, или 99,4% от общей площади земель лесного фонда республики, в том числе 14528,4 тыс. га земли лесного фонда в ведении государственной лесной службы и 289,9 тыс. га - в ведении государственной службы охраны окружающей среды. Лесные земли занимают 9540,4 тыс.га, из них покрыты лесной растительностью 9234,4 тыс. га. Общая площадь земель лесного фонда по группам лесов распределяется следующим образом: леса I группы занимают 21,8%, из них 19,9 % - территория лесхозов, 1,9 - национальные парки и заповедники, леса II группы - 30,5%, III группы - 47,7%.
Из покрытых лесом земель 8190,8 тыс. га, или 88,7% занято насаждениями ценных хвойных пород, в том числе с преобладанием сосны - 5958,0 тыс. га (64,5%), ели - 2231,2 тыс. га (24,2%), лиственницы - 1,1 тыс. га, кедра - 0,5 тыс. га. Мягколиственные породы занимают 1043,6 тыс. га, или 11,3% общей площади покрытых лесом земель, из них насаждения с преобладанием березы - 964,2 тыс. га (10,4%), осины 58,5 тыс.га (0,6%), ольхи серой и черной 20,9 тыс. га (0,3%). Общий корневой запас насаждений государственного лесного фонда по республике составляет 910,38 млн. м3, в том числе хвойных 801,56 млн.м3, мягколист-венных - 108,82 млн. м3. Запас спелых и перестойных насаждений составляет 406,85 млн, м (44,7%), в т.ч. 357,13 млн. м приходится на долю хвойных и 49,72 млн, м3 - на долю мягколиственных. Таким образом, лесной фонд Республики Карелия характеризуется значительным преобладанием по запасу спелых и перестойных насаждений, а по площади - молодняков и спелых и перестойных насаждений (39,3 и 30,1% соответственно, т.е. почти 70% от общей площади) при явном меньшинстве приспевающих -всего 7,6%. Расчетная лесосека на 2002 год утверждена в объеме 9297,7 тыс.м3, в том числе по хвойному хозяйству - 6916,8 тыс. м3. Освоение расчетной лесосеки за 2002 год по всем группам лесов составило 66,4%.
По данным Генеральной схемы лесоосушительных мероприятий..,, (1986) общая площадь заболоченных земель в лесном фонде Республики Карелия составляет 5,4 млн.га или 37 % площади лесфонда. Из них лесная площадь - 1,82 млн. га (33,6%)), нелесная - 3,6 тыс. га (66,4%). По агроклиматическим зонам общая площадь заболоченных земель распределена довольно равномерно, однако распределение их по категориям существенно меняется с продвижением с юга на север. Если в южной агроклиматической зоне на долю заболоченных лесов и болот приходятся близкие площади (52,4 и 47,6% соответственно), то в средней и северной преобладают болота (более 70%).
По типу водно-минерального питания болота разделяются на три основных типа: низинные, переходные и верховые. Встречаются также все промежуточные стадии развития болот от низинного к переходному и от переходного к верховому.
Болота низинного типа характеризуются грунтовым и аллювиально-грунтовым типом водно-минерального питания. Они располагаются в наиболее пониженных проточных частях местности, куда кроме осадков стекаются с окружающей территории поверхностным и внутрипочвенным стоком минерализованные воды, а в пойме рек также воды весенних и осенних паводков. Поэтому обводнение их постоянно обильное и уровень грунтовых вод в течение года стоит у поверхности или даже выше ее. Поверхность у низинных болот, как правило, плоская, слегка возвышающаяся к краям, торфяная залежь низинного типа, с мощностыо иногда более 3-4 м (обычно 0,5-2 м), степень разложения торфа 15-30 % и более. Почвы данного типа отличаются наиболее высокими запасами элементов питания (азота, фосфора, калия). Зольность торфа низинных болот достигает 12%, насыщенность основаниями - 60-80%, кислотность близка к нейтральной. Растительность низинных болот в зависимости от степени обводненности представлена различными сообществами: лесными (ельники, ольшаники, березняки, реже сосняки) (Пятецкий и др., 1976), травяными и моховыми. Травяной ярус представлен осока-ми, хвощами, злаками, тростником, болотным и лесным разнотравьем. В моховом ярусе на микроповышениях растут зеленые лесные мхи (на лесных болотах), в понижениях - гипновые и сфагновые мхи.
Болота переходного типа характеризуются атмосферно-грунтовым слабопроточным типом вводно-минерального питания. Они, как правило, являются одной из стадий дальнейшего развития низинных болот в верховые. В зависимости от стадии развития и соответственно строения торфяной залежи их делят на богатые травяно-сфагновые и бедные травяно-кустарничково-сфагновые. Поверхность богатых переходных болот более или менее ровная (кочки, как правило, отсутствуют), травяный ярус довольно густой и представлен различными видами осок, хвощем, вахтой, сабельником и др. На микроповышениях встречаются также клюква, подбел, Кассандра. Сфагновый ярус сплошной, в нем преобладают сфагновые и нередко встречаются гипновые мхи. На бедных переходных травяно-кустарничково-сфагновых болотах имеется значительное количество кочек, которые покрыты олиготрофными сфагновыми мхами и кустарничками - Кассандрой, подбелом, голубикой, багульником и др. Травяно-кустарничковый ярус ровных местоположений представлен пушицей влагалищной, осокой волосистошюдной, подбелом, клюквой, голубикой и др. Моховой ярус сплошной и представлен преимущественно сфагновыми мхами. Торф переходного типа, мощность торфяной залежи колеблется в широких пределах, обычно в пределах 0,3-2 м. Зольность торфа - 3,5-8%, насыщенность основаниями 25-50%. Кислотность (рНксь) 3-4,5.
Техническое состояние осушительных систем
Содержание осушительных систем в технически исправном состоянии является необходимым условием для достижения максимального лесоводственного и экономического эффекта. Считается (Константинов, 1989), что продолжительность работы осушительных систем не превышает 15 лет, после этого отмечается деформация каналов и разрушение сооружений в результате их естественного износа. Основными причинами ухудшения работы каналов являются заиление, зарастание травянистой и древесной растительностью, разрушение дна и откосов и т.д. К началу 90-х гг. площадь земель с реконструированной мелиоративной сетью составила чуть более 97 тыс. га или 15 % всей площади, пройденной осушением. В настоящее время работы по реконструкции свернуты, ремонт гидромелиоративной сети не проводится даже на объектах с высокой лесоводственной эффективностью осушения.
Одним из основных факторов, влияющих на рост леса на осушаемых болотах, является уровень грунтовых вод, поэтому одновременно с обследованием лесных культур на осушаемых болотах производилась оценка состояния каналов осушительной и проводящей сети. Определение состояния гидромелиоративной сети согласно методике, изложенной в «Основных положения по гидролесомелиорации» (1995), достаточно трудоемко, поскольку требует знания первоначальной глубины каналов, поэтому в нашей работе произведена глазомерная оценка их состояния - по степени зарастания, захламленности и наличию течения. Полученные данные позволяют сделать следующий вывод: вследствие заиления, зарастания, захламления и пр. каналов большая часть сети находится в неудовлетворительном состоянии. Это приводит к значительным колебаниям в показателях роста культур не только в пределах одного типа, но и в пределах одного выдела. Более того, состояние сети почти на 22% обследованной площади можно отнести к аварийному. Основная причина тому - бобры, перекрывающие плотинами собиратели и магистральные каналы, что ведет к повышению уровня грунтовых вод не только на близлежащих участках, но и находящихся выше по сети. По этой причине к категории «погибшие» было отнесено 46 га лесных культур, т.е. более 10% обследованной территории. Еще на части обследованной территории в последние несколько лет наблюдаются признаки общего ухудшения состояния деревьев (пожелтение хвои, снижение прироста в высоту и т.д.). Если в ближайшее время не будет проведен аварийный ремонт, подъем уровня почвенно-грунтовых вод вызовет повторное заболачивание и гибель насаждений (и не только искусственного происхождения) на значительной площади.
В программу исследований были включены следующие вопросы: 1. Оценка эффективности искусственного облесения осушаемых болот Карелии на основании данных лесоустройства и натурных исследований. 2. Изучение закономерностей строения и роста насаждений искусственного происхождения на осушаемых торфяных почвах с увеличением возраста и давности осушения. 3. Исследование особенностей формирования и роста культур ели, созданных в процессе реконструкции малоценных насаждений на осушаемых торфяных почвах. 4. Разработка рекомендаций по повышению продуктивности насаждений искусственного происхождения на осушаемых торфяных почвах в условиях Карелии. Изучение особенностей формирования, строения и хода роста молодняков искусственного происхождения проводилось на ранее и вновь заложенных пробных площадях Института леса Кар НЦ РАН.
Опенка состояния и роста культур в возрасте 25-35 лет на осушаемых торфяных почвах различных типов производилась путем обследования молодняков на территории Киндасовского лесничества Пряжинского лесхоза. Обследование проводилось в два этапа. На первом подготовительном этапе были изучены материалы последнего лесоустройства, выбраны все участки лесных культур на осушаемых торфяных почвах в пределах лесничества со всей имеющейся характеристикой, проведен анализ данных и определены объекты для натурных работ с целью охвата всего разнообразия условий произрастания. Второй этап заключался в проведении маршрутного обследования объектов, отобранных на подготовительном этапе.
В основе методики обследования (способов закладки пробных площадей, количества определяемых показателей) были использованы рекомендации имеющиеся в литературе (Огиевский, Хиров, 1964; Побединский, 1966). В пределах выдела закладывались временные пробные площади (в количестве 2-6 шт., площадью 0,1-0,2 га). При этом для оценки влияния интенсивности осушения на рост растений (Рубцов, Книзе, 1977) пробные площади закладывались в приканальной зоне (5-30 м) и на середине межканального пространства. На участке описывался живой напочвенный покров раздельно по пластам и междурядьям, с указанием процента проективного покрытия, отдельно характеризовался моховой покров. Давалась глазомерная оценка подлеска. Замерялась глубина торфяной залежи и по двум-трем прикопкам производилось описание верхних горизонтов торфа. На основе характеристики древостоя, живого напочвенного покрова и торфяной залежи определялся тип леса. Кроме того, проводилась глазомерная оценка состояния осушительной сети для выявления площадей, где необходимы мероприятия по уходу или ремонту каналов.
После отграничения и описания пробной площади производились измерительные работы, которые включали сплошной перечет и измерение высот деревьев. В зависимости от среднего диаметра насаждения перечет проводился по 0,5-, 1-или 2-сантиметровым ступеням толщины (Моисеев, 1971) для деревьев достигших перечетных размеров и по категориям высот для не достигших. Отдельно учитывались угнетенные и поврежденные растения (с указанием возможных причин). Таким же образом проводился учет естественного возобновления, при этом дополнительно учитывались происхождение и возраст деревьев. Определение высоты производилось с помощью высотомера и мерных шестов.
Особенности хода роста и цеиотической структуры молодняков искусственного происхождения изучались на постоянных пробных площадях Института леса. При перечете в культурах деревья разделялись на три класса: лучшие (или лидеры), средние (сопутствующие) и отставшие в росте, согласно классификации предложенной В.В. Огиевским (1966). Для изучения особенностей хода роста на каждом участке отбирались 15-20 модельных деревьев с учетом их положения в древостое (класса роста). Модели разделывались на секции с последующим определением годичных приростов по высоте и диаметру. Соответствие каждого модельного дерева занимаемой группе при камеральной обработке проверялось с помощью кластерного анализа (методом кластеризации К-средних). Для оценки лесорастительных свойств почвы производился отбор проб торфа. Агрохимические свойства торфа определялись в аналитической лаборатории Института леса Кар НЦ РАН.
Строение по диаметру ствола культур сосны на осушаемых торфяных почвах
В процессе роста и развития насаждения непрерывно идет процесс дифференциации деревьев по размерам. Представление о строении древостоя, а следовательно и его организации, может быть получено из анализа распределения деревьев по диаметру, высоте и другим признакам. Знание закономерностей строения древостоя позволяет правильно планировать лесовыращивание, повысить производительность насаждений и сократить сроки выращивания (Моисеев, 1971). Степень дифференциации деревьев является также важным элементом в определении основных параметров рубок ухода (Львов и др., 1980). В данной главе рассматриваются основные статистические показатели рядов распределения числа деревьев по диаметру, такие как коэффициент вариации, асимметрия, эксцесс, проведен анализ изменения этих показателей во времени. Кроме того, распределение деревьев по диаметру, высоте можно выразить не только в абсолютных единицах измерения, но и относительных долях признака (естественные ступени, редукционные числа), т.е. в пронормированном виде. Оценка рядов распределения через естественные ступени толщины позволяет сравнивать древостой с различным средним диаметром, т.е. дает возможность оценить изменения, происходящие в насаждении с возрастом.
Важным элементом изучения строения молодняков является изменчивость диаметров деревьев. Это подтверждается и значительным количеством работ по данной проблеме (Макаренко, 1967; Мирошников, 1969; Моисеев, 1971; Ипатов, 1974; Успенский, Попов, 1974; Львов и др., 1980; Поляков и др., 1986 и др.). Наиболее простым в расчетах показателем, позволяющим предварительно оценить степень дифференциации деревьев является коэффициент вариации (CV, %). В перегущенных сосняках Казахского мелкосопочника (Макаренко, 1967) к возрасту 30-40 лет этот показатель достигает 67%. По мнению B.C. Моисеева (1971) коэффициент вариации в естественных молодняках сосны Европейской части СССР при увеличении диаметра с 2 до 12 см закономерно снижается с 56 до 39%, в культурах сосны ЦЧО (Успенский, Попов, 1974) при увеличении диаметра с 4 до 10 см - с 27,2% до 22,3%. В Белоруссии, по данным B.C. Мирошникова (1969) коэффициент вариации достигает в 15-летних культурах 69%, в 20-летних - 50 в 30-40-летних - 40-45%, а в Ленинградской области, по мнению Е.Л. Маслакова (1984), уже в 15-20 лет не превышает 30%. Близкие данные о снижении коэффициента вариации с возрастом для культур сосны европейского Севера приводят Л.Ф. Ипатов (1974) с 56 до 30% и А.Н. Поляков с соавт. (1986) - с 54 до 30%.
По результатам обработки данных постоянных и временных пробных площадей коэффициент вариации диаметров в культурах сосны в возрасте 28-30 лет на болотах переходного типа находится в пределах 25-35%. Самый низкий уровень изменчивости диаметров деревьев отмечен в молодняках сосны чистых по составу, здесь коэффициент вариации в большинстве случаев не превышает 30% . Присутствие березы в составе насаждения несколько увеличивает разброс диамет 90 ров (на 1-5%), хотя в некоторых случаях разница в коэффициенте вариации находится в пределах его ошибки (mcv)- Ухудшение состояния осушительной сети и (или) лесокультурных борозд также ведет к росту показателя изменчивости диаметров. Подтверждением этого могут служить материалы ПП 3, где величина коэффициента вариации превышает 35%. Наибольший уровень изменчивости диаметров отмечен в условиях верховых болот (ПП 7), где несмотря на больший в исследуемой группе возраст (34 года) коэффициент вариации в среднем по участку превышает 51%.
С целью изучения влияния интенсивности осушения на изменчивость диаметров в культурах была проведена оценка этого показателя в пределах межканальной полосы. Полученные результаты не позволяют с уверенностью говорить о достоверных отличиях, разница в показателях между пробными площадями, находящимися у канала и в центре межканалыюй полосы не превышает 2-3 %, т.е. в пределах точности опыта. Кроме того, имеющиеся отличия не систематичны, т.е. даже на близких по условиям роста и таксационной характеристике древостоя участках и даже на одном участке в разном возрасте колебания могут отличаться по знаку. Ситуация же в условиях верховых болот несколько иная, в возрасте 34 лет (и при среднем диаметре 4,0 см) коэффициент вариации здесь значительно выше -46,3% в зоне интенсивного осушения (5-30м) и 57,2% в центре межканальной полосы.
В табл. 22 приведены данные о возрастном изменении вариабельности диаметров деревьев молодняков искусственного происхождения на осушаемых болотах Южной Карелии, полученные на постоянных пробных площадях за период с 1989 по 2003 гг. Как видно из таблицы на всех ПП наблюдается закономерное снижение коэффициента изменчивости, хотя имеются явные различия в динамике данного показателя. Если на ПП 1 за период с 1987 по 2003 год коэффициент вариации снизился всего на 2,4%, то на ПП 5 почти на 6% при близкой исходной густоте. При этом, конечно, необходимо учитывать разницу в среднем диаметре, поскольку многие авторы изменчивость диаметра в молодняках увязывают не с возрастом, а со средним диаметром (Моисеев, 1971; Поляков и др., 1986 и др.). Однако не стоит исключать возможность влияния на показатель изменчивости диаметра сосны межвидовой конкуренции. Таким образом, по результатам исследования можно отметить следующее: величина коэффициента вариации диаметров в молодняках искусственного происхождения на осушаемых болотах Южной Карелии находится в пределах 25-35%, что в целом согласуется с литературными данными для сосняков искусственного происхождения на минеральных почвах Северо-запада России (Ипатов, 1974; Мас-лаков, 1984; Поляков и др., 1986).
Причем его стабилизация на уровне 30% в чистых культурах сосны (ПП 1) происходит уже к возрасту 20 лет и до 30 лет практически не меняется, в смешанном (ПП 2 и 5) сосново-лиственных молодняках наблюдается его снижение на протяжении последних 10 лет и говорить о стабилизации пока рано. Также отмечается закономерное увеличение показателя изменчивости с ухудшением условий произрастания, в возрасте 31 года коэффициент вариации в культурах на переходном осушаемом болоте с бороздами, расположенными параллельно осушителям (ПП 3), в среднем по участку достигает 35% (32,8% -у канала и 36,5% - в центре), а в условиях верхового болота в среднем по участку превышает 51%. Необходимо отметить, что несмотря на 34-летний возраст, данные культуры имеют наименьший средний диаметр (4 см), возможно этим и объясняется отличия показателя изменчивости от других участков. Таким образом, замечание B.C. Моисеева (1971) и A.H. Полякова с соавт. (1986) о большей зависимости коэффициента вариации от среднего диаметра, нежели от возраста в молодняках сосны на минеральных почвах подтверждается и в сосняках искусственного происхождения на осушаемых торфяных почвах.
Важным признаком строения насаждения является ряд распределения деревьев по толщине. Данный показатель считается одним из основных таксационным показателей, поскольку характеризует степень участия деревьев каждой ступени толщины в образовании древостоя. Правильно сделанные выводы позволяют не только увидеть внутреннее строение древостоя, но и, возможно, сортиментную структуру в будущем. Оценка ряда распределения деревьев по толщине производилась по методу А.В. Тюрина, описанного B.C. Моисеевым (1971).
