Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние проблемы 7
Глава II. Природно-климатические условия района исследований 18
2.1. Особенности географического положения 18
2.2. Климат.., 19
2.3. Рельеф и почвы 22
2.4. Водные ресурсы 25
2.5. Характеристика лесного фонда 28
Глава III. Программа, методика, объем выполненных работ 38
3.1. Программа работ 38
3.2. Методика выполненных работ 38
3.3. Объем выполненных работ 43
Глава IV. История закладки пробных площадей и характеристика экспериментальных объектов 45
4.1. История закладки пробных площадей 45
4.2. Характеристика экспериментальных объектов 46
Глава V. Влияние рубок ухода на основные таксационные показатели древостоев 69
5.1. Влияние рубок ухода на густоту древостоев и отпад деревьев 70
5.2. Влияние рубок ухода на средний диаметр древостоя 76
5.3. Влияние рубок ухода на среднюю высоту древостоя 82
5.4. Влияние рубок ухода на абсолютную и относительную полноту древостоя 87
5.5. Влияние рубок ухода на запас древостоя 98
5.6. Средние показатели древостоев 106
Глава VI. Экономическая эффективность рубок ухода 114
Общие выводы и рекомендации производству 129
Библиографический список
- Рельеф и почвы
- Методика выполненных работ
- Характеристика экспериментальных объектов
- Влияние рубок ухода на средний диаметр древостоя
Введение к работе
Актуальность темы. Перед лесоводами Республики Казахстан поставлена задача максимально удовлетворить растущие потребности в древесине за счет местных лесов, сохраняя при этом почвозащитные, водоохранные и полезащитные функции, обеспечивая повышение продуктивности лесов не менее чем на 10-15%.
Одним из путей решения поставленной задачи является расширение объемов и оптимизация режимов рубок ухода, позволяющих не только выращивать высокопродуктивные, устойчивые насаждения целевого назначения, но и дополнительно получать значительные объемы товарной древесины.
Сосновые леса Казахского мелкосопочника, в силу специфики природных условий, отличаются от аналогичных лесов смежных территорий, что вызывает необходимость разработки региональных научно-обоснованных систем лесоводственных мероприятий. Не являются исключением и рубки ухода. Повышение лесоводственной и экономической эффективности рубок ухода, расширение объемов проведения и использования продукции изрежи-ванпя невозможно без всестороннего изучения законов формирования, роста и развития насаждений, количественных и качественных характеристик дре-востоев.
До последнего времени, большинство исследований по рубкам ухода носило кратковременный характер. Однако, научно-обоснованные рекомендации по оптимизации рубок ухода могут быть разработаны только на базе длительных исследований на стационарных объектах. Наличие постоянных пробных площадей (ІШП) по изучению лесоводственной эффективности рубок ухода, заложенных ранее сотрудниками КазНИИЛХ, определило направление наших исследований, а острая производственная необходимость в региональных рекомендаций по рубкам ухода, учитывающих их лесоводствен-ную и экономическую эффективность - актуальность выполненной работы.
Цель и программа исследований. Целью исследований является разработка региональных рекомендаций по повышению лесоводственной и экономической эффективности рубок ухода в сосняках Казахского мелкосопочни-ка. Для достижения цели исследования была составлена программа работ, включающая широкий круг вопросов, связанных с влиянием рубок ухода различной интенсивности на сосновые древостой Казахского мелкосопочни-ка.
Научная новизна. Впервые изучена лесоводственная и экономическая эффективность рубок ухода в сосняках Казахского мелкосопочника за продолжительный период. Получены новые данные о влиянии интенсивности и давности проведения рубок ухода на таксационные показатели сосновых дре-востоев. Установлена зависимость экономических показателей от интенсивности рубок и таксационных показателей древостоя. Внесены некоторые новые положения в теорию проведения рубок ухода в загущенных сосняках Казахского мелкосопочника.
Практическая ценность работы состоит в том, что полученные результаты могут использоваться для оценки лесоводственно-экономической эффективности рубок ухода. Материалы исследований могут быть применены при разработке программ рубок ухода в загущенных сосняках Казахского мелкосопочника.
Основные положения диссертации использованы при подготовке лекционного курса по дисциплине "Лесоводство", а также при курсовом и дипломном проектировании учащимися Боровского Колледжа экологии и лесного хозяйства", и студентами "Казахского государственного агротехнического университета им. С. Сейфуллина". Восстановленные ППП используются для дальнейших исследований, а также проведения учебных практик студентов и технической учебы.
Защищаемые положения. В работе исследованы и обоснованы следующие положения, представленные к защите:
Рубками ухода формируются устойчивые в экосистемном отношении сосновые насаждения.
Особенности динамики таксационных показателей сосновых древо-стоев Казахского мелкосопочника в результате рубок ухода различной интенсивности.
Практические рекомендации по оптимизации режима рубок ухода в чистых сосновых древостоях Казахского мелкосопочника.
Личный вклад автора. Все работы по теме диссертации (разработке программно-методических положений, сбору экспериментальных материалов, анализу и обработке полученных результатов) осуществлены автором лично или при его непосредственном участии и руководстве.
Обоснованность и достоверность результатов исследований подтверждается большим по объему и разнообразию экспериментальным материалом, длительностью проведенного эксперимента, применением научно-обоснованных методик, использованием современных методов обработки, анализа и оценки достоверности данных.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались на Третьей научно-практической конференции, посвященной памяти А.А. Дунина-Горковича (Ханты-Мансийск, 2007), научно-технической конференции студентов и аспирантов (Екатеринбург, 2008), Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы лесоуправления и кадрового обеспечения лесного сектора экономики стран центральной Азии» (Алматы, 2008).
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 5 печатных работах.
Сфуктура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 173 страницах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав, общих выводов и рекомендаций производству, а также списка использованной литературы включающего 248работ. Содержит 26 таблиц, 29 рисунков и 8 приложений.
Рельеф и почвы
Территория района исследований имеет холмистый и низкогорный рельеф, наиболее выраженный в западной части. Здесь в виде дуги тянется горный хребет Кокшетау, ограниченный со всех сторон крупными озерами. В северной части хребет достигает наибольшей высоты. Вершина хребта — г. Кокшетау (Синюха) имеет высоту 947,6 м над уровнем моря. Далее на юг расположены г. Бурабай, г. Жеке-Батыр соответсвенно с высотами 690 м и 826,2 м над уровнем моря. В южной части хребта высота гор снижается до 400-500 м. Преобладающая часть территории представлена всхолмленным и равнинным рельефом. Из 83510 га общей площади парка горные леса занимают 26123 га (31,3%).
Сложность рельефа и геологического строения, неоднородность дре-весно-кустарниковой растительности и другие факторы определяют чрезвычайно разнообразный и контрастный почвенный покров.
Под сосновыми лесами широкое распространение имеют бурые лесные почвы на мелкоземисто-щебнисто-обломочных и дресвяных корах выветривания гранитов, кварцито-сланцев и других древних корах выветривания. Для бурых лесных почв характерна слабая дифференциация по генетическим горизонтам, небольшая мощность до 20-40 (80) см, бурая окраска и унасле-довательность свойств почвообразующих пород. Высокое содержание обломков горных пород в профиле каменистых почв и их легкий механический состав способствуют высокой водопроницаемости и хорошей аэрированно-сти. На периодический промывной режим бурых лесных неполноразвитых почв под сосняками в очень сухих и сухих условиях указывает отсутствие карбонатов по всему профилю. Разложение и гумификация органических веществ под сосняками способствует формированию лесной подстилки и маломощного гумусового горизонта 3-5 (10) см. В бурых лесных почвах изучаемого района ведущим почвообразовательным процессом является буро-земный, с проявлением частичного оподзоливания, признаки которого наиболее четко проявляются в почвах на гранитах и слабее на кварцито-сланцах и древних корах выветривания. Низкая производительность сосняков в очень сухих и сухих условиях Кокшетауской возвышенности обусловлена малой мощностью фрагментарных сильноскелетных почв на плотных породах, характеризующихся резко контрастным режимом, низкой водоудерживающей способностью и низким содержанием питательных веществ, что сопсобству-ет развитию водной и ветровой эрозии.
В пределах Кокшетауской возвышенности черноземы занимают обширные межсопочные пространства, их формирование связано с вертикальной поясностью. Безлесные склоны холмистых возвышенностей и мелкосо-почно-увалистых денудационных равнин занимают неполно-развитые черноземы. Они представлены одним, в разной степени задернованности, гумусовым горизонтом или неполным набором генетических горизонтов. Наличие щебня и близкое залегание скальных пород в верхних горизонтах этих почв затрудняет применение механизмов при проведении лесохозяиственных и лесокультурных работ.
В восточной части Кокшетауской возвышенности под ковыльно-типчаковой растительностью формируются южные черноземы. Колочные березняки и осинники произрастают на лугово-черноземных, серых лесных почвах и солодях различной степени задернения и оглеения, сформировавшихся на четвертичных отложениях. Лугово-черноземные почвы в отличие от черноземов формируются в условиях дополнительного увлажнения. Они имеют более мощный гумусовый горизонт (до 60-90 см), где гумусовые языки иногда проникают до 125 см. Присутствие солонцового горизонта в профиле этих почв затрудняет проникновение вглубь почвы корней сосны и березы. Наиболее продуктивными для выращивания этих пород являются почвы лугово-черноземные осолоделые.
Под сосново-березовыми лесами на водораздельных равнинах и пологих склонах Кокшетауской возвышенности на мощных делювиальных глинистых отложениях, перекрытых маломощными четвертичными отложениями, встречаются темно-серые лесные почвы. В верхних горизонтах этих почв реакция среды слабокислая, а в карбонатных горизонтах ближе к щелочной. Темно-серые лесные почвы являются благоприятными для произрастания сосны, березы и лиственницы (Гаврилов, 1988).
Методика выполненных работ
В основу исследований положен метод постоянных пробных площадей (ППП). Все постоянные пробные площади закладывались и обрабатывались по методике, принятой в лесоустройстве согласно Инструкции ... (1995) с учетом требований ОСТ 56-60-83 и методических разработок Н.П. Георгиев ского (1953), А.А. Молчанова, В.В. Смирнова (1967), С.Н. Сеннова (1972), Н.П. Анучина (1982, 1984), П.М. Верхунова (1985), В.Г. Атрохина (1985) и др.
При проведении научно-исследовательской работы нами были использованы общепризнанные методики, применяемые в лесной таксации, лесоводстве, почвоведении, биоценологии. Экспериментальный материал получен методом повторных перечетов на постоянных пробных площадях (ППП). Таксация древостоев производилась инструментальным методом.
При закладке ППП соблюдались следующие условия: все ППП закладывались отступая от квартальных просек, дорог, вырубок, опушек и других не покрытых лесом площадей, не менее чем на 30 м (Технические указания ..., 1980, 1988) размер пробных площадей, точнее каждой из секций включенных в ППП, устанавливался с таким расчетом, чтобы на ней было не менее 150-200 деревьев основного элемента древостоя после проведения рубок ухода вне зависимости от интенсивности изреживания. Исходная густота древостоев на секциях ППП варьировала при этом от 400 до 2000 шт.
Форма пробных площадей и входящих в них секций прямоугольная или квадратная (Рабочие правила ..., 1995). По углам всех секций ППП устанавливались столбы в соответствии с требованиями ОСТ 56-44-80. Сплошной перечет деревьев на секциях ППП производился по элементам леса, при этом измерение диаметров деревьев осуществлялась штангенциркулем в двух направлениях (С-Ю; 3-В) с точностью до 1 мм. При обмере все деревья разделялись по классам Крафта, а также категориям технической годности (деловые, полуделовые и дровяные). Сухостойные деревья учитывались отдельно.
Сумма площадей сечений в пересчете на 1 га подсчитывалась по принятым таблицам площадей сечений по каждой ступени толщины. Путем деления суммы площадей сечений на соответствующее число деревьев высчи-тывалась площадь сечения среднего дерева и по ней определялся средний диаметр. Для определения средней высоты каждого из элементов древостоя на каждой секции отбиралось по 20-25 модельных деревьев, у которых замерялись диаметры стволов на высоте 1,3 м штангенциркулем (металлической мерной вилкой) и высоты - высотомером Блюме-Лейса. На основании полученных данных строилась кривая высот, по которой на основании данных о среднем диаметре, устанавливалась средняя высота древостоя.
Запас древостоев в пересчете на 1 га определялся путем набора запасов по ступеням толщины, полученным по Сортиментным и товарным таблицам ... (1987) на основании данных перечета и разряда высота.
Правильность вычисления запасов древостоя определялась по формуле Миньгангена (Бараев, 1962) и рекомендаций полевого справочника лесоустройства, а именно: M = IG(Hcp. + 3)F3, (1) где: EG- сумма площадей поперечных сечений элемента леса, м"; М — запас элемента леса, м3; Нср. - средняя высота элемента леса, м; э, - эмпирическое видовое число, равное 0,40 для деревьев светолюбивых древесных пород (сосна, лиственница, береза, осина) и 0,42 - для деревьев теневыносливых пород (ель, пихта, кедр).
Как показали исследования, полученные разными способами результаты установления запаса различались не более чем на 5%, что соответствует предъявляемым требованиям к такого рода исследованиям.
Возраст древостоя на 111111 определялся по кернам, взятым у 10-15 деревьев на уровне шейки корня из различных ступеней толщины. Поскольку ППП состояла из нескольких секций, модельные деревья для определения среднего возраста отбирались на каждой из входящих в нее секций. Подбор модельных деревьев для определения среднего возраста производился по пропорционально-ступенчатому представительству. Средний возраст древо стоев рассчитывался как частное от деления суммарного показателя возрастов всех модельных деревьев на их общее количество.
Диагностика типов леса и групп типов леса выполнена нами с учетом методических рекомендаций В.Н. Сукачева и СВ. Зонна (1961), Б.П. Колесникова и др. (1973). В основу определения типов леса положена географо-генетическая классификация Б.П. Колесникова и др. (1973). Брались во внимание следующие признаки: положение в рельефе; почва и почвообразующая порода; характер увлажнения; класс бонитета; сопутствующие древесные породы; подлесок; живой напочвенный покров; тенденции лесообразовательно-го процесса. При установлении и описании типа леса учитывался весь комплекс признаков. Все они устанавливались непосредственно в натуре без дополнительных работ в камеральный период.
Относительная полнота древостоев определялась на основании данных сплошного перечета и таблиц хода роста сомкнутых сосновых древостоев Казахского мелкосопочника, составленных А.А. Макаренко и др. (1980) и Нормативов для таксации лесов Казахстана (1987).
Характеристика экспериментальных объектов
В 1961 году на территории Боровского государственного лесоохот-ничьего хозяйства работниками КазНИИЛХа под руководством А.А. Макаренко проводились исследования по научно-исследовательской теме "Научное обоснование способов формирования сосновых древостоев в Казахском мелкосопочнике". В ходе работы были найдены и восстановлены в натуре постоянные пробные площади, заложенные в 1948-1950 гг. по изучению ле-соводственной эффективности рубок ухода за лесом, на которых и были проведены исследовательские работы.
К 1961 году прошло достаточно времени для того, чтобы на основании повторных таксационных обмеров на опытных участках можно было получить материал и сделать выводы для производства в отношении интенсивности рубок ухода для определенных возрастных категорий насаждений. Исследовательские работы заключались в повторной таксации на секциях постоянных пробных площадей по рубкам ухода за лесом, заложенным в бывшем государственном заповеднике "Боровое" кандидатом сельскохозяйственных наук А.А. Вейсманом.
Согласно данным А.А. Макаренко и Б.М. Муханова (2002), постоянные пробные площади (ПГШ) представляли насаждения III-V классов бонитета в возрасте от 16 до 60 лет. Другими словами, они характеризовали весь спектр рубок ухода проводимых в насаждениях Казахского мелкосопочника. Интенсивность рубок ухода, в зависимости от состояния насаждений и целевых задач, варьировала от слабой до очень сильной. При этом количество приемов рубки, в свою очередь, варьировало от одного до пяти.
В 2007 году нами была продолжена работа на ранее заложенных опытных участках для дальнейшего изучения лесоводственно-экономической эф фективности рубок ухода различной интенсивности в загущенных сосняках Казахского мелкосопочника. К сожалению, не все опытные участки удалось восстановить в натуре. Однако даже обследование восстановленных в процессе исследований секций позволяет надеяться на репрезентативность полученных материалов.
Автор приносит глубокую благодарность кандидатам сельскохозяйственных наук А.А. Вейсману и А.А. Макаренко за предоставленные первичные таксационные материалы по вышеуказанным пробным площадям, без которых проведенная нами научная работа была бы невозможна. А также, считает своим долгом выразить глубокую признательность кандидату сельскохозяйственных наук В.Н. Дудиной за оказанную практическую помощь в проведении данной работы.
Опытный участок 2 заложен в 1949 году в квартале 59 Боровского государственного лесоохотничьего хозяйства выдел 4.
Насаждение в 1949 году представляло собой 47-летний чистый сосняк. Тип леса - сосняк мертвопокровно-лишайниковый. Положение участка возвышенное с небольшим уклоном (1-2) на север. Рельеф ровный, с юго-восточного угла за пределами исследуемой площади имеется небольшое возвышение с выходом гранита на дневную поверхность. Насаждение одновоз-растное, различие в возрасте модельных деревьев не превышает одного класса (табл. 4.1).
На момент начала эксперимента на всей площади обнаружены старые сгнившие пни. На участке и за его пределами встречались единичные деревья сосны с диаметром на высоте 1,3 м - 30-40 см. Густота насаждения не равномерная, древостой представлен характерными биогруппами сосны, которые сильно загущены. Юго-западная часть участка имеет древостой с меньшей густотой и с замедленным ходом роста в высоту, по сравнению с северной частью. При закладке опыта обнаружено большое количество естественного отпада, который происходил в основном за счет отставших в росте деревьев.
Рубки древостоя с момента его возникновения до начала эксперимента не было. Подрост отсутствовал, хотя и было отмечено массовое появление всходов сосны. Единично встречались отдельные кусты осины и березы высотой до 0,5 м. Подлесок также отсутствовал. Отмечено единичное повреждение деревьев пилильщиком и крайне слабое плодоношение сосны. Плодоносящие деревья в 1949 году составили 0,8% от общего количества деревьев. При обследовании участков в настоящее время (2007 г.) повреждений насекомыми не обнаружено, плодоношение деревьев улучшилось. Плодоносили практически все деревья I и II классов роста по Крафту и часть деревьев III класса.
Живой напочвенный покров развит хорошо и в основном представлен лишайниками, небольшими подушками по всему участку разбросаны мхи (рис. 1а,б).
Из травянистых растений чаще всего встречается: клевер лютиковид-ный (Trifolium lupinaster L.)3 кошачья лапка (Antennaria dioica (L.) Gaertn.), единичными экземплярами были обнаружены: сон-трава (Pulsatilla patens (L.) Mill.), земляника лесная (Fragaria vesca L.), фиалка (Viola), как случайные особи нехарактерные для данного типа леса. Травянистая растительность приурочена к микропрогалинам, разреженным участкам - там она располагается небольшими группами. Почвы на участке характеризуются некоторой пестротой. Ниже приводится описание типичного почвенного разреза и характеристика почв на опытном участке 2.
Влияние рубок ухода на средний диаметр древостоя
Установление экономической эффективности проведения рубок ухода за лесом является сложной задачей и этой проблеме посвящено большое число научных публикаций (Переход, 1957; Туркевич, 1963; Моисеев, 1967; 1999; Воронин, 1968; Джикович 1970; Анцукевич, Воронец, 1970; Полянский, 1971; Цимек, 1972; Владимирова, Лачугина, 1972; ; Толоконников, 1972; Ильин, 1973; Воронков, 1974; Судачков, 1976; Цимек, Марукян, 1977; Анцукевич, 1979, 1982;Владимирова, 1981 Краев, Валяев, 1980; Степин, 1982; Степин и др. 1982; Панищева, 1983; Аношин, Воронин, Кляузов, Тур-кин, Куликова, Трянов, 1984; Овчинников, 1986; Волков, 1986; Кислова, 1986, 1988а,б; Кожевников, 1987; Майоров, 1988; Игнатьев, 1989; Тарасевич, 2000; Магасумова, 2004 и другие). Мнения исследователей по данной проблеме неоднозначны, как и предлагаемые ими методики расчетов. С.Н. Сеннов (1987 а,б) считает, что если определять эффективность рубок ухода только за счет реализации древесины, то положительного эффекта может и не быть.
По мнению А.А. Макаренко и Б.М. Муканова (2002) рубки ухода в мо-лодняках - нерентабельны, если сопоставлять сумму затрат на их проведение с выручкой от реализации заготовленной маломерной древесины. Но они крайне необходимы с экологической точки зрения, поскольку в сухих условиях (особенно в засушливые периоды) без проведения рубок ухода молодые насаждения будут расстроены и погибнут. В этом случае эффективность рубок ухода в молодняках становится очевидной, т.к. при альтернативе - уход или гибель молодняков - сумма затрат на проведение рубок ухода будет значительно ниже суммы затрат, направленных на создание лесных культур.
Рентабельность рубок ухода в молодняках сосны можно также повысить, если использовать полученные деревца в качестве новогодних елок или на производство хвойно-витаминной муки, т. е. ввести дополнительную переработку полученной при уходе продукции. С увеличением размера деревьев, а значит количества древесины, рентабельность рубок ухода возрастает.
Все исследователи придерживаются одного мнения - при рубках ухода за лесом достигается сиюминутный экономический и отдельный эколого-экономический эффект. Все отмечают, что оценка эффекта в основном должна выполнятся в год проведения рубок ухода. Большинство лесоэкономистов (Моисеев, 1967, 1999; Судачков, 1976; Анцукевич, 1979; Владимирова, 1981; Сеннов, 1987 а,б; Кислова, 1988 а,б и др.) считают, что при расчете эффекта нужно учитывать также выгоды, возникшие к периоду достижения древостоем, в котором были проведены рубки ухода, возраста технической спелости.
Для установления рентабельности природопользования учитываются затраты на проведение работ, получаемая прибыль (разница между стоимостью реализуемой продукции от рубок ухода и затратами на их производство) (Гирусов, Бобылев, Новоселов, Чепурных, 2000), а также влияние рубок ухода на качество и повышение товарного выхода древесины. И.В. Воронин, П.В. Васильев, Е.Я. Судачков (1978) отмечают, что рубки ухода в чистых насаждениях целесообразно проектировать только тогда, когда затраты будут компенсированы улучшением качества древостоя, уменьшением фаутности и повышением количества деловой древесины. В.Л. Джикович, Е.В. Полянский (1960) также считают, что рубки ухода следует проводить, если есть сбыт древесины.
Рассмотрим экономическую эффективность проведения рубок ухода на примере исследуемых опытных участков. При проведении расчетов нормы выработки и тарифные разряды устанавливались по "Типовым нормам выработки и расценкам на рубки ухода за лесом в равнинных условиях. Часть I. Москва 1982 г.", тарифные ставки взяты в соответствии с "Постановлением № 1400 от 29 декабря 2007 г. О системе оплаты гражданских служащих работников организаций, содержащихся за счет государственного бюджета, работников казенных предприятий". Цены на готовую лесопродукцию применены в соответствии с "Прейскурантом цен на продукцию РГКП КЛСЦ", приказ № 23 от 12 февраля 2008 г.
Данные по опытным участкам о затратах на проведение рубок ухода приведены в таблицах 6.1 и 6.2, расчет стоимости реализуемой продукции приведен в таблицах 6.3 и 6.4.
Показатель общей экономической эффективности рубок ухода за лесом (Ээ) вычислен по формуле (Кожухов, 1977): Ээ=(Эру/Зру) 100%, (5) где: Эру — совокупный эффект от рубок ухода (разница между выручкой и затратами), танге; Зру — затраты на проведение рубок ухода, танге. На опытном участке 2 показатель общей экономической эффективности составил: На секциях слабой интенсивности рубок 107,5%; На секциях умеренной интенсивности рубок 109,9%; На опытном участке 3 показатель общей экономической эффективности составил: На секциях пройденных рубкой слабой интенсивности 42,6%; На секциях пройденных рубкой умеренной интенсивности 39,5%; На секциях пройденных рубкой сильной интенсивности 69,2%; На секциях пройденных рубкой очень сильной интенсивности 67,9%; Из анализа влияния рубок на стоимость древесины во времени видно (рис. 28 и 29), что на более разреженных участках идет накопление более крупной древесины и, следовательно, возрастает ее ценность.
