Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 6
2. Природные условия района исследований. Объекты и методика исследований 27
2.1. Природные особенности района исследований (Южная Карелия) 27
2.2. Объекты и методика исследования 33
3. Влияние лесозаготовительной техники на водно-физические свойства почвы и ее корненасыщенность 47
3.1, Изменение водно-физических свойств почвы под воздействием лесозаготовительной техники 47
3.2. Влияние трелевочных механизмов на корненасыщенность верхних горизонтов почвы 52
3.2.1. Изменение массы корней диаметром до 3 мм при рубках ухода 53
3.2.2. Изменение массы корней диаметром до 1мм и 1-3 мм при рубках ухода 60
4. Динамика массы корней и прироста стволовой древесины в связи с пространственной структурой древостоя 70
4.1. Изменение массы корней после разреживания древостоя 70
4.2. Изменения прироста деревьев после разреживания древостоя 77
4.3. Влияние возраста древостоя на массу и эффективность работы корней 85
4.4. Рост корней ели и лиственных пород в еловых и смешанных насаждениях 89
Заключение 98
Список литературы
- Объекты и методика исследования
- Влияние трелевочных механизмов на корненасыщенность верхних горизонтов почвы
- Изменение массы корней диаметром до 1мм и 1-3 мм при рубках ухода
- Изменения прироста деревьев после разреживания древостоя
Объекты и методика исследования
Объектами исследования были чистые и смешанные еловые насаждения, пройденные рубками ухода различной давности и интенсивности. Работа велась на стационарных и временных пробных площадях (1111). Все объекты можно отнести к черничной группе типов леса, согласно методическим рекомендациям, на которых основаны типологические схемы, применяемые в лесоустройстве; преобладающие классы бонитета III и IV. Рубки в насаждениях, в которых были собраны экспериментальные данные, выполнены в производственном и опытно-производственном порядке. Транспортировка древесины во время лесосечных работ осуществлялась по заранее подготовленным технологическим коридорам в виде сортиментов или хлыстов с использованием колесных тракторов с тросово-чокерной оснасткой (МТЗ-82), форвардеров (ЛТ189А, ЛТ189М). В основном технологические коридоры в насаждениях, где велись разреживания, были укреплены порубочными остатками.
Описание насаждений на пробных площадях проводилось в соответствии с общепринятыми методиками [78] и ОСТ 56 69-83 [61]. При описании живого напочвенного покрова определяли встречаемость преобладающих видов. Еловые насаждения В данную категорию условно включены еловые древостой с примесью лиственных до 30% по запасу.
ПП 1.3 и ПП 1.4 заложены в 1982 году. Почва на площадках грубогу-мусная сильноподзолистая супесчаная на валунном суглинке, тип леса — черничный свежий, класс бонитета - III. Напочвенный покров представлен черникой - встречаемость до 70%, брусникой - до 80 %, злаками - до 70 %, имеется хвощ лесной до 50 %, до 100 % встречаются зеленые мхи, в том числе кукушкин лен до 90 %. Возраст насаждения на момент исследования - 65 лет. Проходная рубка была выполнена в 1982-1983 гг. На ПП 1,3 работы были закончены в феврале, на ПП 1.4 - в мае. Лесосечные работы проводились с применением на трелевке колесного трактора МТЗ - 82. Более подробное описание объекта находится в табл. 1.
ПП 2.4 заложена в 1982 году. Почва модер-грубогумусная среднепод-золистая супесчаная на валунной супеси, тип леса - черничный свежий, класс бонитета — III. Возраст насаждения — 50 лет. В составе напочвенного покрова встречаются черника - 85%, брусника - около 70% майник двулистный — 46%, золотарник - 30%, костяника - 25%, кислица - 36%, до 10 % седмичника, вейник - 70%, луговик извилистый - 50%, зеленые мхи до 70%. Проходная рубка проводилась в зимне-весенний период 1982-1983 гг. Лесосечные работы выполнялись с применением на трелевке колесного трактора МТЗ-82.
ПП 2.5 заложена в 1982 году. Почва модер-грубогумусная среднепод-золистая супесчаная на валунной супеси, тип леса - черничный свежий, класс бонитета -111. Возраст насаждения - 50 лет. В составе напочвенного покрова встречаются черника - 95%, майник двулистный - 80%, золотарник — 15%, костяника - 40%, земляники и хвоща лесного - 10%, до 40 % кислицы и папоротников, злаки - 80 %, зеленые мхи - 90%, в том числе 15% кукушкин лен. Проходная рубка проводилась в зимне-весенний период 1982-1983 гг. Лесосечные работы выполнялись с применением на трелевке колесного трактора МТЗ-82.
Ill 13 заложена в 1986 году. Почва модергумусная среднеподзолистая супесчаная на абрадированной морене. Тип леса - черничный свежий, класс бонитета - III, 1. В напочвенном покрове наиболее часто встречаются черника- 75%, майник двулистный - 65%, золотарник - 15%, злаки - 70%, зеленые мхи - 55 %, в том числе кукушкин лен - 15%. Возраст насаждения - 100 лет. Проходная рубка проводилась в 1986 году в зимне-весенний период. При транспортировке древесины применялся форвардер.
ПП 4 заложена в 1999 году. Почва модергумусная среднеподзолистая супесчаная на валунном суглинке. Тип леса - черничный свежий, класс бонитета — 111,2. В состав напочвенного покрова чаще всего входят черника — 100%, майник двулистный - 80%, золотарник - 35%, злаки — 75%, зеленые мхи - 100%, в том числе кукушкин лен до 40%. Возраст насаждения - 70 лет. Проходная рубка проводилась в 1999 году в зимний период. Транспортировка древесины выполнялась сортиментним способом с применением форвар-дера.
ПП 6.2 заложена в 1998 году. Почва модергумусная среднеподзолистая супесчаная на суглинках. Тип леса - черничный свежий, класс бонитета -111,2. В напочвенном покрове чаще всего встречаются черника - 80%, майник двулистный - 80%, золотарник - 60%, кислица - 55%, костяника до 30%, ландыш - 40%, папоротники до 25%, злаки до 90%, зеленые мхи - 55%.
Влияние трелевочных механизмов на корненасыщенность верхних горизонтов почвы
Ель имеет поверхностную корневую систему, которая значительно подвержена повреждениям при движении техники в лесу. Основная масса мелких корней расположена в верхнем слое почвы, так как он обладает лучшими физическими свойствами, содержит основное количество элементов питания и обеспечивает достаточный подвод кислорода к корешкам за счет наличия почвенных пор. При неуплотненной почве трещины, и другие внут-рщточвенные полостные образования способствуют усиленному развитию корней и обеспечивают их прирост. Уплотнение почвы, наоборот отрицательно влияет на развитие мелких корней. Кроме того, из-за особенностей расположения корневой системы ели колеса или гусеницы движущихся машин при производстве работ вызывают переломы, разрывы корней и обдиры их коры.
В рамках выполненного исследования в еловых насаждениях, представленных 9 пробными площадями, изучалось влияние механизированных рубок ухода на изменение корненасыщенности. Для оценки влияния давности рубки все обследованные объекты были условно поделены на две группы: 1) рубка велась более 10 лет назад и 2) менее 10 лет назад.
Влияние рубок ухода на массу корней оценивалось нами в двух поч венных горизонтах: в подстилке и в нижележащем минеральном слое. Общая мощность исследуемого слоя - 20 см. Оценка выполнялась по формуле: P=(mK-mn)xl00/mm % (1) где тк - масса корней в технологическом коридоре, т/га; шп - масса корней в пасеке, т/га.
Выполненные исследования показали, что в подстилке технологического коридора независимо от давности рубки содержится меньше корней, чем в пасеке в том же почвенном горизонте (табл, 5). Этот тезис справедлив для всех, независимо от размеров, изучаемых нами корней. Знак соотношения корненасыщенности в минеральном горизонте пасеки и коридора зависит от давности рубки. На пробных площадях с давними рубками (15-19 лет) более насыщены корнями минеральные слои почвы технологического коридора.
Напротив, там, где рубка велась менее 10 лет назад, минеральный горизонт коридора по сравнению с этим же горизонтом в пасеке содержит меньше живых корней. Следовательно, на пробных площадях, где рубка была выполнена менее 10 лет назад, по всей исследуемой глубине почвы корней больше в пасеке. Это можно связать с изменением объемной массы почвы в технологическом коридоре после проезда лесозаготовительной техники, что было рассмотрено в предыдущем разделе главы. Большая масса корней в минеральном горизонте технологического коридора на пробных площадях с давней рубкой, возможно, объясняется тем, что, во-первых, после рубки может сохраняться существенная разница в сомкнутости полога между коридором и пасекой, и в коридоре увеличилось количество проникающих сквозь полог леса осадков. Это способствовало миграции питательных веществ из подстилки в нижележащие почвенные горизонты, и корни в большей степени развиваются там. Во-вторых, с негативными последствиями рубки, связанными с проездом лесозаготовительных машин по технологическому коридору, что приводит к нарушению очередности почвенных слоев. Органогенные горизонты местами переместились под минеральные, и это способствовало изменению распределения влагозапасов и накоплению в отдельные периоды излишков влаги на поверхности.
Далее рассмотрим содержание корней в технологических коридорах и в межкоридорном пространстве отдельно на каждой пробной площади (ПП), так как в каждом случае их масса будет зависеть от условий, которые создались после разреживания.
При анализе полученных результатов выяснилось, что на всех пробных площадях верхний 20-сантиметровый слой почвы в той или иной степени более насыщен корнями в пасеке (табл. 6). Причем прослеживается четкая линейная зависимость разницы в корненасыщенности технологического коридора и пасеки от давности рубок (табл.6, рис. 7). Расхождения в корненасыщенности изменяются от 52 - 27 % на участках с недавними рубками до 8 - 2 % на участках, где рубки проводились 15-19 лет назад (табл. 6, рис. 7). [
Данные результаты вполне согласовываются со сделанным ранее нами выводом о том, что продолжительность послерубочного периода в 15-19 лет является практически достаточной для восстановления в технологических коридорах водно-физических свойств почв до необходимого для развития корней уровня. Дополнительным положительным фактором в насаждениях, где полностью удалялся верхний лиственный ярус, является то, что ветви березы и осины толстым слоем укладывались на волока. В процессе транспортировки древесины, данные порубочные остатки выполняли защитную функцию, снижая отрицательное воздействие машин на почву. За 15 лет все ветви успели разложиться, что послужило хорошим питательным субстратом
Изменение массы корней диаметром до 1мм и 1-3 мм при рубках ухода
В результате разреживания насаждений изменяются структура их полога и микроклимат, что не может не отразиться на корневой системе. Исследователи по-разному объясняют реакцию корневой массы на происходящие изменения в надземной части древостоя. Некоторые ученые отмечают увеличение массы корней после рубок ухода в связи с улучшением среды обитания - снижением корневой конкуренции и увеличением органики в почве. Согласно А.В. Савиной и М.В. Журавлевой [69] уже на второй год после разреживания средняя масса тонких корней на 1 дерево на участке, пройденном рубкой, в 2 раза больше, чем у деревьев из насаждений, не пройденных рубкой. По данным А.В. Давыдова [24], при разреживании происходит улучшение условий произрастания в результате изменения микроклимата под пологом леса и ослабление конкуренции, которую испытывает каждый экземпляр в насаждении, где происходит массовый отпад вследствие недостатка почвенного и воздушно-светового питания. Указанные факторы положительно сказываются на физиологических процессах древесных пород, в результате чего в разреженном древостое корневые системы деревьев разрастаются [30]. По данным М.И. Калинина [36, 37], уменьшение корненасыщен-ности почвы после рубок ухода улучшает условия водоснабжения и питания всего дерева и в том числе оставшихся корневых систем. Минерализация органического вещества корней вырубленных деревьев также создает дополнительные запасы легко усвояемых форм питательных веществ, а нарушения монолитности почвы в области размещения полусгнивших и сгнивших корней создает ризотектонику, благоприятную для роста живых корней.
Согласно Н.А. Баневой [11], в первые годы после рубки масса мелких корней деревьев (на единицу площади) уменьшается, и на секциях, где рубка не проводилась, корненасыщенность почвы больше. Однако уже через 10 лет разница на разреженной секции и на контрольной сглаживается. Так если через 5 лет после рубки она равнялась 54 %, то через 10 - 29 %. Следовательно, по Н.А. Баневой разреживание стимулирует рост корней, С данным высказыванием согласен П.П. ИзюмскиЙ [31], которым было установлено, что с увеличением площади питания масса корней возрастает. По данным С.Н. Сен-нова [73], через 10 лет после рубки масса тонких корней может стать такой же, как на контрольной площади. Как утверждает Н.А. Банева [10], скорость, с которой масса корней на разреженных площадях будет приближаться к массе корней на контрольных секциях, зависит от погодных условий. Теплая и сухая погода ускоряет восстановление массы корней до контрольного уровня, холодная и влажная, наоборот, замедляет.
В нашем исследовании динамика массы тонких корней ели в связи с давностью проведения разреживаний оценивалась для двух 10-летних периодов.
Общая масса корней толщиной до 3 мм в первое десятилетие после рубки (2-8 лет) на 21 % меньше, чем на контроле. На разреженных участках она составляет 1,77 ± 0,09 т/га, а там, где ухода не было - 2,24 ± 0,14 т/га (рис. 9). В насаждениях с давностью рубки более 10 лет среднее значение массы корней того же размера составляет 2,63 ± 0,43 т/га, что на 15 % больше, чем 7: на участках не тронутых рубкой. Таким образом, сразу после рубки на исследуемых пробных площадях масса корней диаметром до 3 мм меньше чем на контроле примерно на 20 %. Затем происходит ее интенсивный рост, и по прошествии 10 лет масса корней в разреженных древостоях превышает корневую массу в контрольных насаждениях (рис.9).
При дифференцированном рассмотрении изменения массы корней по их размерам можно отметить, что сразу после рубки также происходит уменьшение количества самых тонких корней (диаметром до 1 мм). Их масса у деревьев в насаждениях, где рубка проводилась менее 10 лет назад, равняется 0,47 ± 0,04 т/га; в насаждениях с давностью рубки более 10 лет - 0,78 ± 0,31 т/га; а в контрольном насаждении это значение равно 0,64 ± 0,06 т/га (рис. 10). Таким образом, масса тонких корней в первое десятилетие после рубки в разреженных насаждениях меньше на 27 %, чем в контрольных насаждениях, а при удлинении послерубочного периода более чем на 10 лет, масса корней в пройденных рубкой древостоях на 18 % больше, чем в контрольных. Можно отметить, что масса тонких коней (до 1мм) заметно силь 73 нее подвержена колебаниям в результате разреживания насаждений, закономерно реагируя на изменение гидротермических условий и доступных ресурсов почвенного питания. О О контроль Ш давность рубки менее 10 лет S давность рубки более 10 лет о о Рис. 10. Масса корней, диаметром до 1 мм, на разреженных участках и на контроле
Следовательно, можно резюмировать, что масса корней толщиной до 1 мм и общая масса корней, диаметром до 3 мм, в насаждениях в первые годы после рубки меньше на 27 % и 21 %, чем на контроле. Затем наступает период интенсивного формирования корней и их массы как всех размеров (до 3 мм), так и самых мелких (до 1 мм) на исследуемых ПП достигают уровня контрольного насаждения и превосходят его по прошествии 10 лет (рис. 9, 10).
Изменения прироста деревьев после разреживания древостоя
При рассмотрении долевого содержания корней ели и лиственных пород в различных почвенных горизонтах исследуемых участков лесосеки обращает на себя внимание то, что в смешанных насаждениях, так же как и в древостоях с абсолютным преобладанием ели, основная масса корней лиственных пород и ели размещается в одних и тех же почвенных горизонтах. По полученным данным, и в коридоре, и в пасеке корней больше в минеральном горизонте (табл.П). Так в коридоре еловых корней в минеральном горизонте почвы больше на 33 %, а лиственных - на 43 %. В пасеке корней ели и лиственных пород в минеральном горизонте больше, чем в подстилке на 21 % и 51 % соответственно. Верхняя часть минерального горизонта, по-видимому, является наиболее благоприятным местом для развития корней, как лиственных пород, так и ели. Таким образом, можно резюмировать, что и в древостоях с преобладанием ели и в смешанных насаждениях имеет место конкуренция за одно жизненное пространство.
При сравнении содержания корешков ели диаметром менее 1 мм (активные корни) в 20-см слое почвы нами было получено, что в насаждениях, где первый ярус представлен лиственными породами, в технологическом коридоре их в среднем - 0.18±0.03 т/га, а в пасеке — 0.23±0.03 т/га; тогда как в еловых насаждениях, в среднем, в коридоре их - 0.26±0.04 т/га, а в пасеке -0.30±0.05 т/га. То есть в зоне технологического коридора в смешанном насаждении еловых корней до 1 мм меньше, чем в еловом насаждении примерно на 30 %, а в пасеке на 20 %.
По итогам настоящей главы можно сделать следующие выводы. В результате разреживания древостоя происходит уменьшение массы живых корней. Вместе с тем, рубки ухода активизируют процесс формирования корневой системы, и по прошествии более 10 лет в разреженных древо-стоях масса тонких корней больше, чем в контрольном насаждении.
Выяснено, что расстояние до ближайшего дерева, а также сумма площадей сечений не влияет на массу корней. Отсутствие связей между расстоянием до ближайшего дерева и суммы площадей сечений древостоя с корневой массой говорит о том, что активные корневые окончания, заполняя экологически доступные участки почвы, размещаются по площади более или менее независимо от расстояния до стволов. Таким образом, корневая конкуренция не является основным фактором, влияющим на корненасыщенность почвы, а обладает лишь лимитирующим действием.
Увеличение текущего среднепериодического прироста по диаметру по еле разреживания, как правило, ироисходит во второе пятилетие, однако, в более молодом древостое, может произойти и в первое пятилетие после рубки. Период интенсивного роста ограничен 5-10 годами. При продолжительности послерубочного периода 10-15 лет в разреженных древостоях наблюдается спад прироста. Текущий средний периодический прирост по диаметру возле технологического коридора, где деревья получают больше солнечной радиации за счет бокового освещения, как правило, больше, чем вдали от него. Однако при значительных механических нагрузках на корневые системы деревьев возле волока прирост, наоборот, увеличивается с удалением от коридора. Со временем разница в приросте по диаметру на разном расстоянии от коридора может сглаживаться. Текущее изменение запаса зависит, в том числе, от эффективности работы корней, которая обратно пропорциональна их массе. Эти зависимости, в свою очередь, по-видимому, обусловлены различиями в плодородия почв. В ходе исследования обнаружена устойчивая тенденция уменьшения веса корней с увеличением возраста древостоя, что связано с ослаблением роста дерева. Согласно полученным данным эффективность работы корней с возрастом древостоя падает. Эффективность работы корней понижается с увеличением мощности подстилки, происходящем по мере смыкания полога крон.
В еловых насаждениях с примесью лиственных до 30% по запасу преобладают корни ели, это относится как к технологическим коридорам, так и к пасекам. Однако вследствие более интенсивного формирования корней лиственных пород с увеличением давности рубки разница корневых масс ели и лиственных деревьев уменьшается.
В смешанных насаждениях, где ель занимает преимущественно подчиненное положение, корни лиственных пород преобладают над еловыми. Анализ отдельно доли еловых и лиственных корней в общей их массе в технологическом коридоре и пасеке в 20-см слое почвы показал, что, и в дре-востоях с абсолютным преобладанием ели и в смешанных насаждениях, как правило, корни ели и лиственных пород в своем большинстве занимают одни и те же почвенные горизонты и, таким образом, наблюдается конкуренция за одно жизненное пространство.
В смешанном насаждении еловых корней до 1 мм (активных корней) содержится меньше, чем в древостое с преобладанием ели в технологическом коридоре примерно на 30 %, а в пасеке - на 20 %.
