Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Природные условия района исследований 7
1.1. Географическое положение 7
1.2. Климат 8
1.3. Рельеф и почвы 11
1.4. Характеристика лесного фонда 14
Глава 2. Состояние изучаемой проблемы 18
Глава 3. Программа, методика и объем вьшолненных работ 35
3.1. Программа работ 35
3.2. Методика исследований 35
3.3. Объем выполненных работ 40
Глава 4. Характеристика опытных объектов 41
4.1 Сосняк ягодниковый (Сосняк бруснично-черничный) 42
4.2 Сосняк разнотравный 50
Глава 5. Ход роста сосновых древостоев естественного и искусственного происхождения 57
5.1. Особенности распределения деревьев по диаметру и высоте 57
5.2. Ход роста сосновых древостоев 61
5.2.1. Ход роста по высоте 62
5.2.2. Ход роста по диаметру 67
5.2.3. Ход роста по запасу 70
Глава 6. Влияние происхождения древостоев на их товарную структуру и таксовую стоимость древесины 75
6.1. Распределение древесины по категориям крупности 75
6.2. Таксовая стоимость запаса древостоев 78
6.3. Товарная структура запаса вырубаемой части древостоя при прореживании 82
6.4. Товарная структура оставляемой части древостоев 89
Глава 7. Сравнительная экономическая оценка естественных и искусственных древостоев 92
7.1. Краткое описание технологий работ по лесовосстановлению и проведению прореживаний 92
7.2. Себестоимость проведения работ 95
7.2.1. Технологическая себестоимость создания лесных культур и содействия естественному лесовосстановлению 95
7.2.2. Себестоимость проведения прореживаний 99
Заключение 109
Библиографический список 112
- Характеристика лесного фонда
- Сосняк ягодниковый (Сосняк бруснично-черничный)
- Ход роста сосновых древостоев
- Таксовая стоимость запаса древостоев
Введение к работе
Актуальность темы. Большие объемы рубок главного пользования в последние десятилетия, преимущественно сплошнолесосечным способом, на территории Свердловской области обусловили необходимость проведения адекватных лесовосстановительных работ. Значительная доля в этом принадлежит лесным культурам. Необходимая лесоводственная и экономическая эффективность искусственного лесовосстановления может быть обеспечена правильным выбором древесной породы, соответствующей условиям произрастания (эффект биоэкоса), выполнением всех технических требований создания и выращивания лесных культур, проведением полного набора агротехнических и лесоводственных уходов. На практике, однако, довольно часто лесные культуры создаются с нарушением нормативов по обработке почвы, густоте и схеме размещения растений, качеству их посадки. Используется некондиционный посадочный материал, в частности, выращенный в условиях применения гербицидов. По большей части лесные культуры не сопровождаются агротехническими и лесоводственными уходами. Все это, вместе взятое, приводит не к повышению продуктивности лесов, что должно обеспечивать искусственное лесовосстановление, а к снижению лесоводственной и экономической эффективности искусственных лесных насаждений по сравнению с естественными.
Актуальной остается задача изучения эффективности древостоев различного происхождения для совершенствования технических условий искусственного лесовосстановления.
Цель и основные задачи исследований. Целью исследований послужило выявление особенностей строения, роста и производительности сосновых древостоев естественного и искусственного происхождения на территории Уральского учебно-опытного лесхоза (УУОЛ) Уральского государственного лесотехнического университета (УГЛТУ) для разработки предложений по оптимизации лесокультурных работ и ведения лесохозяйственных мероприятий в искусственных лесных насаждениях.
Задачи проведенных работ сводились к следующему: сравнительному изучению строения древостоев различного происхождения по некоторым таксационным показателям; выявлению между ними различий; исследованию хода роста древостоев; изучению естественных и искусственных древостоев по запасу и структуре распределения древесины по категориям крупности; сравнительному анализу экономической эффективности вариантов лесовосстановления и лесовыращивания; разработке предложений по оптимизации некоторых элементов лесохозяйственных работ.
Научная новизна. Изучены сосновые древостой естественного и искусственного происхождения в наиболее представленных, близких к оптимальным условиям произрастания сосны, типах леса - сосняке ягодниковом и сосняке разнотравном на территории УУОЛ. Выявлены сравнительные особенности строения древостоев по диаметру, высоте, товарной структуре, ходу роста, позволяющие корректировать технический режим создания лесных культур и выращивания искусственных древостоев. Выполнен экономический анализ выращивания древостоев различного происхождения для выявления лучшего, наиболее рентабельного, варианта. Подтверждены или установлены некоторые актуальные элементы лесохозяйственных работ.
Защищаемые положения.
1. Технически грамотно созданные искусственные древостой обладают более высокими темпами роста по сравнению с естественными.
2. Тип леса и происхождение древостоев влияют на распределение древесины по категориям крупности.
3. Формирование искусственных древостоев экономически более затратное, чем естественных.
4. Прореживание интенсивностью до 25% как естественных, так и искусственных древостоев в возрасте 40-55 лет экономически не рентабельно.
Личный вклад автора. Все работы по методике исследований, сбору полевых материалов, их обработке и анализу выполнены лично автором либо при его непосредственном участии и руководстве.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международной научно-технической конференции «Урал промышленный- Урал полярный» (Екатеринбург, 2007), Всероссийской научнотехнической конференции студентов и аспирантов (Екатеринбург, 2007, Обоснованность и достоверность материалов исследований обеспечивается использованием большого объема экспериментального материала, применением научно обоснованных методик, а также современных математических методов, компьютерной техники и пакетов прикладных программ при обработке экспериментальных данных.
Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы при планировании и проведении лесохозяйственных работ в искусственных древостоях на территории УУОЛ УГЛТУ и смежных аналогичных по природным условиям районов.
Публикации. Основные положения диссертации изложены в пяти печатных работах, одна из которых опубликована в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК. Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и практических предложений. Текстовая часть изложена на 104 страницах, содержит 8 рисунков и 36 таблиц. Библиографический список включает 137 наименований, в том числе 5 иностранных авторов.
Характеристика лесного фонда
Свердловская область является одним из наиболее облесенных регионов Российской Федерации, и по данным учета на 1.01.2008 г. общая площадь лесного фонда составляет 16 млн.га. Основная доля принадлежит Государственному лесному фонду (ГЛФ) - 13,6 млн.га. На долю лесных земель приходится около 90% (11,3 млн.га), из них покрытой лесом площадь составляет 11,1 млн.га.
Хвойные насаждения, по данным учета лесного фонда на 1 января 2008 г., занимают порядка 59,9% от покрытой лесом площади, из них на долю сосновых насаждений приходится 35,6%. Лесные культуры, переведенные в покрытые лесной растительностью земли и несомкнувшиеся лесные культуры, занимают 7,4 и 0,4%), соответственно.
Согласно Лесному кодексу (2006), подразделение лесов происходит следующим образом. К категории защитных лесов относятся леса первой группы (Лесной кодекс, 1997), а в категорию эксплуатационных лесов входят леса второй и третьей групп.
Сосновые насаждения Свердловской области по группам возраста распределяются следующим образом (табл. 2). Из нее видно, что доля приспевающих насаждений недостаточна для дальнейшего лесопользования (9,8%). Необходимо также отметить, что 28,9% лесопокрытой площади приходится на долю молодняков и 28,4% - на долю средневозрастных насаждений.
Из таблицы 3 видно, что на территории Свердловской области преобладают сосновые насаждения довольно высокой производительности - I-III классов бонитета, доля которых составляет 50,1%. Однако относительно вы сока доля и низкопроизводительных насаждений V-V6 классов бонитета -25,9%.
Согласно распределению сосновых насаждений по группам полнот древостоев, представленному в таблице 4, видно, что в Свердловской области преобладающими являются древостой полнотой 0,5-0,8 (86,8%).
Необходимо отметить, что насаждения с полнотой древостоев 0,9-1,0 и многие насаждения с полнотой древостоев 0,7-0,8 составляют фонд для рубок ухода (Наставление..., 1994; Правилам ухода... ,2007).
1. Климат района исследований благоприятен для произрастания древесной растительности таежной зоны, а почвы обладают достаточным плодородием для произрастания средне- и высокопроизводительных древостоев.
2. Природные условия области способствуют формированию хвойных насаждений, но после проведения сплошных рубок отмечается смена хвойных пород на менее ценные мягколиственные породы, доля которых постоянно возрастает.
3. Наблюдается постоянное проявление поздних весенних, ранних осенних, а также и летних заморозок. Такие природные условия считаются довольно жесткими. Это обусловливает как особенности формирования и состояния лесного фонда, так и необходимость строгой регламентации рубок леса. 4. По данным учета лесного фонда на 1.01.2008 г. в Свердловской области на долю хвойных насаждений приходится 59,9% покрытых лесной растительностью площадей, из них 35,6%- сосновые насаждения.
5. На территории области преобладают средневозрастные сосновые насаждения полнотой преимущественно 0,7-0,8, которые нуждаются в рубках ухода для получения к возрасту главной рубки древостоев с лучшими таксационными показателями.
6. В лесном фонде области на долю искусственно созданных лесов приходится 7,4 % от лесопокрытой площади.
7. С учетом наличия достаточно высокой доли спелых и перестойных насаждений (32,9%) Свердловская область остается и на будущее источником товарной древесины.
Сосняк ягодниковый (Сосняк бруснично-черничный)
Сосняк ягодниковый широко распространенный на территории лесхоза тип леса. Его насаждения приурочены в основном к средним частям пологих и покатых и к нижним третям крутых склонов, а также к относительно ровным дренированным участкам возвышений. На склонах расположен ниже сосняка брусничного, однако может занимать и положения последнего. Почвы здесь горно-лесные свежие супесчаные, или легкосуглинистые, неоподзолен-ные или имеются слабые признаки оподзоливания. Наблюдается генетическое сходство с почвами сосняка брусничного. Микрорельеф слабоволнистый. Покрытие почвы лесной подстилкой до 70%. В типичном почвенном профиле сосняка ягодникового выделены следующие горизонты: Ао- 0-4 см. Полуразложившаяся лесная подстилка. А\- 4-9 см. Рыхлый темно-серый легкий суглинок, густопереплетенный корнями, с резким переходом к следующему горизонту. А2В2- 9-17 см. Светло-бурый, непрочной комковатой структуры, более легкого механического состава, с большим количеством мелкого щебня. В2- 17-40 см. Буровато-серый легкий суглинок непрочной структуры. С- 40-65 см. Щебнистая бесструктурная супесь. В данном типе леса формируются высокопроизводительные древостой, в составе которых встречается лиственница Сукачева (Larix Sukacrevii Djil) и береза повислая (Betula pendula).
В видовом составе подлеска сосняков ягодниковых естественного и искусственного происхождения наблюдаются некоторые различия. Так, в сосняке ягодниковом естественного происхождения доминируют такие виды, как рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.) и ракитник русский (Chamae-cytisus ruthenicus L.), также встречаются шиповник иглистый (Rosa acicularis L.) и волчье лыко (Daphne mezereum L.). Средняя высота подлеска 1,5-2,0 м, а сомкнутость полога составляет 0,3-0,4.
Рис. I. Сосняк ягодниковый искусственного происхождения В сосняке ягодниковом искусственного происхождения в составе подлеска доминируют рябина обыкновенная, ракитник русский и шиповник иглистый. Кроме вышеперечисленных видов, встречаются: жимолость обыкновенная (Lonicera xylosteum L.), волчье лыко (Daphne mezereum L.), карагана древовидная (Caragana arborescens Lam.) и малина (Rubus idaeus L.). Средняя высота подлеска несколько выше, чем в сосняке ягодниковом естественного происхождения и составляет 2,0-2,5м. сомкнутость полога 0,5-0,6 иногда больше (рис. 1).
Важнейшим индикатором лесорастительных условий является живой напочвенный покров (ЖНП), или травяно-кустарничковый покров. Особенности его развития, флористический состав и количественные характеристики существенно влияют на лесовозобновление. Травяно-кустарничковый покров в естественных насаждениях сосняка ягодникового средней густоты, местами густой, в его составе основной фон составляют ягодниковые виды (черника, брусника, земляника, костяника), вейник лесной (рис. 2, табл. 6). В сосняке ягодниковом искусственного происхождения практически на всех пробных площадях наблюдается из ягодниковых видов живого напочвенного покрова земляника и костяника.
Видовой состав травяно-кустарничкового покрова в искусственном сосняке ягодниковом более разнообразен по сравнению с естественным сосняком ягодниковым. На большинстве пробных площадей наблюдаются виды, которые либо в единичном экземпляре были обнаружены, либо их насчитывалось всего несколько штук на пробной площади (ландыш майский, лилия кудреватая и др.).
Количество подроста в ягодниковом типе леса естественного происхождения насчитывается 0,048-0,223 тыс.шт./га, из них соснового подроста 0,048-0,113 тыс.шт./га. В искусственных сосняках максимальное количество хвойного подроста наблюдается на пробной площади 12 и составляет 0,128 тыс.шт./га, из них 41,9% приходится на подрост сосны и ели. Состав подроста представлен, как правило, несколькими породами и состоит из сосны и березы. Реже наблюдаются ель и осина.
Размещение подроста по площади неравномерное, встречаемость составляет 50-60%. Приурочен подрост к участкам с наименьшим развитием травянистой растительности. Насаждения ягодникового типа леса имеют большое водоохранно-защитное и эксплуатационное значение.
Ход роста сосновых древостоев
Исследование роста древостоев проводилось с учетом типов леса и происхождения древостоев. Основой являлись естественные возрастные ряды роста и развития древостоев. Естественными рядами послужили три совокупности однородных насаждений: в сосняках ягодниковых естественного происхождения, в сосняках ягодниковых искусственного происхождения и в сосняках разнотравных искусственного происхождения.
Известно, что в пределах одного типа леса могут встречаться древостой, различающиеся на несколько классов бонитета. Это обстоятельство значительно осложняет группировку исходного материала, а также интерпретацию полученных результатов. Поэтому Н.В. Третьяков (1937) предлагал исследования роста древостоев проводить по типам леса с учетом класса бонитета. Многие авторы (Кузьмичев, 1977; Загреев, 1978; и др.) отмечают, что влияние различных факторов на рост насаждений наиболее полно и объективно можно выявить при исследовании нормальных древостоев, развивающихся без заметных следов антропогенного воздействия.
В связи с вышеизложенным для успешного решения поставленных задач нами в пределах типа леса при закладке пробных площадей подбирались высокополнотные древостой наиболее высокого класса бонитета. В качестве дополнительного материала наряду с данными пробных площадей использовались материалы лесоустройства: средние таксационные показатели древостоев на 12 выделах. Экспериментальный материал каждого естественного ряда был представлен высокополнотными, чистыми (или с небольшой примесью других пород) сосновыми древостоями без заметных следов хозяйственной деятельности. Принадлежность древостоев к одному естественному ряду определяли с использованием методики ЦНИИЛХа (Анучин, 1982). Изменение высот в каждом естественном ряду анализировалось путем построения графиков зависимости между средними значениями этого показателя и возрастом древостоев. Графические данные затем выравнивались аналитически. При этом было использовано несколько функций, примененных для этих целей ранее другими исследователями. Математическая обработка проводилась на ПЭВМ с использованием программы «STATGRAPH-ICS plus». Наилучшие результаты при описании хода роста по высоте в исследуемом диапазоне возрастов обеспечило уравнение кривой третьего порядка.
Полученные уровнения регрессии приведены в табл. 11. Коэффициент детерминации уровнений колеблется от 0,915 до 0,948. Это свидетельствует о высокой точности выравнивание опытных данных.
Наглядно возрастная динамика высот (по полученным уравнениям) в исследуемых естественных рядах показана на рис. 4. Кривые хода роста по высоте описываются монотонно возрастающими функциями без точек перегиба. Положение кривых на графике существенным образом зависит от типов леса и происхождения древостоев. При одинаковом возрасте наибольшими высотами характеризуются сосняки разнотравные, а наименьшими — сосняки ягодниковые естественного происхождения. Сосняки ягодниковые искусственного происхождения по средним высотам занимают промежуточное положение между указанными естественными рядами. Для количественной оценки различий в росте древостоев между естественными рядами по полученным уравнениям рассчитаны высоты по 5-летиям возраста (табл. 12). Данные таблицы позволяют отметить некоторые особенности хода роста древостоев по высоте, связанных с типами леса и происхождением древостоев. Так, различия по высоте между искусственными сосняками разнотравного и ягодникового типов леса закономерно уменьшаются с возрастом. В 30-летнем возрасте различие составляет 1,7 м, или 13,5%, а в 60-летнем - только 0,6, м или 2,5%. Таким образом, процесс падения с возрастом интенсивности прироста по высоте в сосняке разнотравном идет быстрее, чем в сосняке ягодниковом. Более быстрый рост древостоев в молодые годы и ускорение в последующем процесса падения с возрастом интенсивности прироста в лучших лесорастительных условиях по сравнению с худшими, отмечается многими авторами (Загреев, 1978; Луганский, Нагимов, 1994; и др.). Таким образом, наши данные не противоречат литературным.
Различной энергией роста по высоте характеризуются также древостой различного происхождения в одном типе леса. Сосняки искусственного происхождения отличаются большими высотами, чем сосняки естественного происхождения. Эта закономерность сохраняется в течение всего исследованного периода роста, от 30 до 60 лет. Причем превосходство искусствен ных сосняков по высоте до 45 лет возрастает (от 1,0 м до 1,4 м), а затем постепенно снижается (до 0,7 м к 60 годам).
Наибольшие текущие приросты по высоте в сосняке ягодниковом естественного происхождения (2,3 м) наблюдаются в возрасте 35-40 лет, в сосняке ягодниковом искусственного происхождения (2,5 м) — в возрасте 30-35 лет, а в сосняке разнотравном - в более молодом, не исследованном нами возрасте. Таким образом, в искусственных древостоях текущий прирост по высоте несколько выше и кульминация его наступает раньше, чем в естественных древостоях. Данное обстоятельство не противоречит закономерностям роста древостоев. Известно, что кульминация текущего прироста наступает раньше в древостоях с лучшими показателями роста.
Сопоставление наших данных с общебонитеровочной шкалой М.М. Орлова (рис. 5) показывает, что с увеличением возраста во всех исследуемых насаждениях происходит повышение класса бонитета. Так, древостой сосняка ягодникового искусственного происхождения до 35-50 лет и древостой сосняка разнотравного до 35 лет должны быть отнесены к I классу бонитета, а в более старших возрастах - к 1а. Древостой сосняка ягодникового естественного происхождения до 35-40 лет растут по II классу бонитета, а после 45 лет- по первому. Отмеченные закономерности должны быть учтены при таксации сосновых насаждений и организации хозяйства в них.
В табл. 13 показана возрастная динамика высот в исследуемых древостоях в сопоставлении с материалами таблиц хода роста А.Н. Лобанова (Лобанов, 1999, Залесов и др., 2002). Выявляется, что ход роста по высоте по нашим данным и данным А.Н. Лобанова имеет отличительные особенности. В молодом возрасте (в 30 лет) по нашим данным древостой исследуемых естественных рядов имеют значительно меньшие высоты, чем в таблицах хода роста А.Н. Лобанова. Различия в сосняке ягодниковом достигают более 20%. С увеличением возраста наблюдается закономерное уменьшение расхождений между сравниваемыми материалами. После 45-50 — летнего возраста средние высоты по нашим данным уже выше, чем по данным А.Н. Лобанова.
Таксовая стоимость запаса древостоев
Важное значение в сложившихся экономических условиях имеет таксовая стоимость древесины на корню. Чем лучше сортиментная структура древостоя и больше доля крупной древесины, тем выше будет её стоимость.
В табл. 22 представлены результаты стоимостной оценки запаса исследуемых древостоев. Из ее данных видно, что стоимость древесины на корню в пределах исследуемых естественных рядов резко колеблется по отдельным пробным площадям. Так, в сосняке ягодниковом естественного происхождения этот показатель изменяется от 12,5 до 20,9 тыс. рублей, в сосняке ягодниковом искусственного происхождения - от 17,5 до 42,6 тыс. рублей и в сосняке разнотравном искусственного происхождения — от 22,9 до 32,1 тыс. рублей. Эти колебания связаны как с варьированием общего запаса по пробным площадям, так и его товарной структурой.
Средние значения таксовой стоимости древесины, рассчитанные по совокупностям пробных площадей в пределах исследуемых естественных рядов, составляют в сосняке ягодниковом естественного происхождения 16325,25 руб., в сосняке ягодниковом искусственного происхождения -28039,62 руб. и в сосняке разнотравном искусственного происхождения -26937,25 руб. Таким образом, искусственные древостой имеют значительное превосходство над естественными по таксовой стоимости древесины на корню.
В табл. 23 представлена структура таксовой стоимости древесины на корню в исследуемых древостоях. Выявляется, что на всех пробных площадях, кроме одной (ПП 3), в общей таксовой стоимости древесины наибольшая доля приходится на стоимость древесины средней категории крупности. Она составляет в сосняке ягодниковом естественного происхождения от 42,7 до 78,4%, в сосняке ягодниковом искусственного происхождения - от 63,3 до 84,4% и в сосняке разнотравном искусственного происхождения - от 70,7 до 75,4%.
Доля стоимости мелкой древесины значительно ниже и составляет в среднем в сосняке ягодниковом естественного происхождения 36,0%, в сосняке ягодниковом искусственного происхождения —19,5% и в сосняке разнотравном искусственного происхождения - 24,6%. Еще меньше участие крупной древесины в формировании общей таксовой стоимости. Последнее обстоятельство связано с тем, что исследования проводились в средневозрастных древостоях. С увеличением возраста древостоев доля крупной древесины, безусловно, будет возрастать.
Нами были смоделированы рубки ухода (прореживания) в исследуемых древостоях. Интенсивность рубки принята в соответствии с Правилами рубок...(2007). Вырубаемый запас и интенсивность изреживания древостоев показаны в табл. 24. Для расчета выручки от реализации заготовленной древесины была произведена товаризация вырубаемого запаса (табл. 25).
При моделировании в рубку были выбраны деревья не только с низших ступеней толщины, но и из других ступеней толщины пропорционально их насыщенности деревьями. Наибольшая доля в вырубаемом запасе в естественных древостоях приходится на мелкую древесину и дрова. В искусственных древостоях обоих типов леса вырубаемый запас в основном представлен средней и мелкой деловой древесиной. Согласно Правилам ухода...(2007) в чистых сосновых насаждениях, или с примесью других хвойных пород, а также с участием в составе до 4 единиц лиственных пород полнота древостоев до прореживания не должна быть ниже 0,8, а после прореживания — ниже 0,7.
Почти все исследуемые древостой нуждаются в прореживании. В некоторых из них относительная полнота выше 1,0, что указывает на то, что древостой являются перегущенными, и, следовательно, они нуждались в рубках ухода еще раньше. В первую очередь в перегущенных древостоях при снижении полноты необходимо учитывать ветроустойчивость деревьев, которая зависит от мощности почв, парусности крон и др. Так, при снижении полноты, например, с 1,3 до 0,7 можно вызвать распад древостоев. При моделировании прореживаний нами был учтен этот фактор.
Интенсивность изреживания в ягодниковом типе леса естественного происхождения составляет 18,6-20,0%, искусственного происхождения- 16,2-23,3%о, а в условиях сосняка разнотравного искусственного происхождения-18,0-23,6%. Относительная полнота снижается на 0,2-0,3 единицы (табл. 26).
Проведение прореживания вызовет заметное повышение среднего диаметра древостоев, за счет вырубки деревьев преимущественно из подчиненной части древостоев. В табл. 27 приведена таксовая стоимость вырубаемого запаса древостоев при прореживании. Выявляется, что общая стоимость вырубаемой древесины во всех исследуемых естественных рядах формируется в основном за счет мелкой и средней деловой древесины.