Содержание к диссертации
Введение
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ И СОСНОВЫХ ЛЕСОВ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Географическое положение 7
1.2. Климат 9
1.3. Рельеф и почвы 17
1.4. Характеристика сосняков 20
2. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Факторы, определяющие рост и продуктивность древостоев
2.1.1. Климат и почвы 27
2.1.2. Густота древостоев 39
2.2. Оптимизация густоты 46
2.3. Методы изучения роста древостоев 54
3. ПРОГРАММА, ОБЪЕКТ, МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБЪЕМ РАБОТ
3.1. Программа и объект исследований 62
3.2. Методика исследований 63
3.3. Объем работ 72
4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕРЕВЬЕВ ПО ТАКСАЦИОННЫМ ПРИЗНАКАМ
4.1. Диаметр 75
4.2. Площадь питания. 99
4.3. Размеры крон 106
5. ХОД РОСТА СОСНОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ РАЗНОЙ ГУСТОТЫ 110
6. ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛШОЙ ГУСТОТЫ СОСНОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ 145
7. ФИТОМАССА КРОН ДЕРЕВЬЕВ 175
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 198
"СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЖТЕРАТУРЫ 206
ПРИЛОЖЕНИЯ 250
- Географическое положение
- Факторы, определяющие рост и продуктивность древостоев
- Программа и объект исследований
- Диаметр
- ХОД РОСТА СОСНОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ РАЗНОЙ ГУСТОТЫ
Введение к работе
Актуальность темы. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 и на период до 1990 года" перед лесным хозяйством нашей страны поставлена задача обеспечения постепенного перехода к ведению его на принципах непрерывного и рационального лесопользования, повышения продуктивности и улучшения качественного состава лесов. При решении этих задач важное значение приобретают рубки ухода за лесом. Для дальнейшего повышения эффективности этого мероприятия и целенаправленного выращивания высокопродуктивных насаждений необходимо совершенствование нормативной базы рубок ухода, дифференциация ее на регионально-типологической основе. В частности, нужен более объективный критерий, позволяющий контролировать не только сам процесс рубок, но и последующий ход формирования насаждений. Как справедливо отмечает А.И. Юодвалькис (1981), таким критерием правомерно считать число оставляемых после ухода деревьев. Искусственное регулирование продуктивности древостоев возможно только на основе познания естественных закономерностей их строения и роста, являющихся важнейшим критерием научных основ зонального ведения лесного хозяйства (Лосицкий, 1971).
Цель работы - исследование подзонально-типологических особенностей строения, роста продуктивности чистых сосновых древостоев, определение на этой основе их оптимальной структуры и режима выращивания, обеспечивающих наивысшую продуктивность сосняков.
Научная новизна. Изучены закономерности распределения деревьев по диаметру, размерам их крон и площадям питания в зависимости от географической широты местности, типов леса, густоты и возраста древостоев. Выявлены особенности роста сосновых древостоев раз- ной густоты по лесорастительным подзонам и типам леса. Изучены закономерности роста отдельных деревьев в связи с величиной их площади питания. На регионально-типологической основе изучена структура фитомассы крон, особенности накопления ассимиляционного аппарата и эффективность его работы у деревьев различного роста и положения в древостое. Отдельно по лесорастительным подзонам, а в пределах их - по типам леса определена оптимальная густота сосновых древостоев в зависимости от их возраста.
Практическая ценность работы. По результатам проведенных исследований составлены эскизы таблиц хода роста высокополнотных чистых сосняков трех линий развития по густоте, которые позволяют повысить точность таксации и уровень лесоустроительных расчетов, а также установить потенциальные возможности формирования высокопродуктивных древостоев в данных лесорастительных условиях и выявить оптимальный хозяйственный режим их выращивания. На основе установленных подзонально-типологических закономерностей роста древостоев и разработанной таблицы оптимальных площадей питания и густоты древостоев в значительной мере решается задача дифференциации рубок ухода за лесом по лесорастительным подзонам, а в пределах их - по типам леса и предложены некоторые практические рекомендации по их проведению.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на областной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (Свердловск, 1983), межвузовском кафедральном совещании (Свердловск, 1983), научно-технической конференции молодых ученых и специалистов (Архангельск, 1984) и на совместном заседании кафедр лесоводства и лесной таксации и лесоустройства УЛТИ (Свердловск, 1984).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано б работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 327 страницах машинописного текста, состоит из введения, 7 глав, заключения и 8 приложений. Список использованной литературы включает 425 наименований, в том числе 7 иностранных. Текст иллюстрирован 39 таблицами и 21 рисунком.
Географическое положение
Район исследований в соответствии с лесорастительным районированием Б.П.Колесникова (I960, 1969а) расположен в Зауральской холмисто-предгорной провинции в пределах южной и средней подзон лесной (таежной) ландшафтно-географической зоны (рис. І.І). Он простирается с севера на юг полосой 50-110 км вдоль Уральского горного хребта. Западная граница его на местности выражена неясно и приблизительно проходит по линии г. Полевской - г. Ревда -г. Верхний Тагил - п. Ис - п. Павда, северная - по верхнему.течению реки Сосьвы. На востоке и юго-востоке граница района выражена довольно четко за счет грядо-увалистых предгорий Зауральской холмисто-предгорной провинции, которые невысоким, но заметным на местности уступом переходят в Зауральскую равнину (Бори-севич, 1968; Колесников, 1969а). Эта граница приблизительно проходит по линии: п. Сысерть - п. Белоярский - г. Асбест - г. Арте-мовский - г. Алапаевск - г. Красноуральск - правый берег долины среднего течения реки Сосьвы. Таким образом, район исследований на севере довольно узок, а к югу заметно расширяется.
В административном отношении он расположен на территории Североуральского, Карпинского, Серовского, Ново-Лялинского, Верхо-турского, Нижне-Салдинского, Нижне-Тагильского, Кушвинского, Невь-янского, Режевского, Свердловского, Березовского, Уралмашевского, Верх-Исетского, Полевского, Асбестовского, Сысертского и Уральского учебно-опытных лесхозов Свердловской области.
Факторы, определяющие рост и продуктивность древостоев
Размещение лесной растительности по земной поверхности определяется комплексом природных факторов и имеет ясно выраженный зональный характер.
В.В.Докучаев (194), разработавший учение о зонах природы, рассматривал их как генетические естественно-исторические области, характеризующиеся закономерным сочетанием климата, горных пород, почв, растительности, животного мира и деятельности человека. В области лесоведения и лесоводства успешное развитие учения В.В. Докучаева связано с именами Г.Мейера, Г.Н.Высоцкого, Г.Ф.Морозова.
Г.Мейер (Колесников, 1973) впервые подробно рассмотрел закономерную зависимость состава лесов и распределение их по лику земли от особенностей строения ее поверхности и особенностей климата. Опираясь на выявленные закономерности,, он разделил территорию суши на "лесоклиматические области" и "лесоводетвенные зоны".
Г.Н.Высоцкий (I960) показал, что степное лесоразведение тесно связано с взаимоотношениями леса и климата, леса и почвы и лесной гидрологией. Им впервые предложен вариант лесорастительного районирования южнорусских степей, введены термины "лесораститель-ная область" и "лесорастительный район".
Более глубоко осветил эти вопросы Г.Ф.Морозов (1928). Он писал, что "Среда, вызывая определенный состав леса, управляет затем взаимными отношениями составляющих лес организмов и эта географическая обусловленность всех явлений, представляемых лесом, так существенно важна, что ни в лесоведении, ни в лесоводстве нельзя и шага сделать, не принимая во внимание географического элемента" (Морозов, 1928, с. 323-324). Рассматривая лес и все про 28
цессы, происходящие в нем в географическом разрезе, Г.Ф.Морозов сформулировал емкие по содержанию положения о том, что "лес - явление географическое", а "лесное хозяйство есть явление географически обусловленное". Развивая эти положения, он указал на актуальность разделения лесов на географически обусловленные "лесо-водственные или лесохозяйственные зоны и области" с соответствующими им особыми зонально-географическими "системами лесоводства" или "лесного хозяйства". Позднее идеи Г.Ф.Морозова о зональных системах лесоводства получили развитие в работах И.С.Мелехова (1962), А.В.Побединского (1964, 1973), К.Б.Лосицкого (1971) и др.
М.М.Орлов (1927), рассматривая в единстве производительность и доходность лесного хозяйства, отмечал, что они обладают известной закономерностью, обусловливаемой территориальной районностыо. Им подчеркнуто, что как производительность, так и доходность изменяются в пространстве и во времени в связи с климатическими особенностями страны.
На основе изучения природных условий и растительности на территории СССР ныне советскими учеными выделены следующие крупные лесорастительные зоны: лесотундра, лесная зона, лесостепь и степь. В связи с большим разнообразием природных условий в пределах зон выделяются различные подзоны: в тайге - северная, средняя и южная. Важнейшим фактором зональности является климат, а главным ее проявлением на местности - тип растительного покрова. Так, в работах А.С.Берга (1947), А.И.Перельмана (1965) указывается, что главной причиной зонального распределения растительности является соответствующее изменение климата или, другими словами, в основе растительно-почвенных зон лежат зоны климатические. Из комплекса климатических факторов первостепенное значение в размещении фитоце-нозов принадлежит температурному и световому режимам и условиям увлажнения. Ф.Н.Мильков, Н.А.Гроздецкий (1962) установили, что в лесных ассоциациях наиболее резко выражена зависимость типа растительности от радиации. К.А.Тимирязев (1957, с. 112) писал: "Мы можем доставить растению сколько угодно удобрений, сколько угодно воды..., но не получим органического вещества более того количества, которое соответствует количеству солнечной энергии, получаемой растением от солнца. Это предел, переступить за который не во власти человека". Однако усвоение растительностью энергии солнечной радиации зависит от температурного и водного режимов местности. В.Р.Волобуев (1947) указывает, что распределение растительности обусловлено главным образом среднегодовой температурой и годовым количеством осадков. А.А.Григорьев, М.И.Будыко (1956) отмечают, что размещение географических зон соответствует определенным градациям тепла как основного энергетического фактора, количества влаги и соотношений количества тепла с количеством влаги.
Программа и объект исследований
Цель работы - исследование подзонально-типологических особенностей строения, роста, продуктивности чистых сосновых древо-стоев, определение на этой основе их оптимальной структуры и режима выращивания, обеспечивающих наивысшую продуктивность сосняков. В связи с этим возникла необходимость решить следующие программные вопросы:
1. Исследовать закономерности распределения количества деревьев по диаметру, размерам кроны и величине площади питания в зависимости от географической широты местности, типов леса, густоты и возраста древостоев.
2. Изучить особенности роста и продуктивность сосняков различной густоты.
3. Определить фитомассу крон (ветвей и хвои) деревьев различного роста и положения в древостоях, выяснить на этой основе особенности накопления хвои и эффективность ее работы.
4. Исследовать зависимость размеров и прироста стволов от занимаемых деревьями площадей питания и установить их оптимальные величины.
5. Определить оптимальную густоту сосновых древостоев в зависимости от лесорастительной подзоны, типов леса и возраста.
Объектом наших исследований явились сосняки наиболее распространенных типов леса: в подзоне южной тайги - разнотравный,ягод-никовый и брусничниковый; в подзоне средней тайги - ягодниковый и брусничниковый.
Для них характерны следующие почвы: для сосняка разнотравного - суглинистые дерново-подзолистые на суглинистом элювии-делю 63
вий горных пород довольно большой мощности; ДЛЯ ЯГОДНИКОВБГО-щебнистые горно-лесные дерново-подзолистые суглинистые на ЭЛЮВИИ и элювио-делювии плотных пород средней мощности в южнотаежной подзоне и супесчаные или легкосуглинистые щебенчатые слабоподзолистые горно-лесные в среднетаежной; для брусничниковрго-мелкие бурые горно-лесные слабо юдзоленные легкосуглинистые в южной тайге и неглубокие супесчаные или легкосуглинистые слабого) дз о ленные в средней.
По режиму увлажнения почвы типа леса сосняка брусничникового относятся к свежим, периодически сухим; ягодникового - к устойчиво свежим; разнотравного - к свежим, периодически влажным.
По местоположению, применительно к элементам рельефа, насаждения указанных типов леса приурочены: сосняка разнотравного - к ровным слабоприподнятым участкам, нижним частям пологих склонов и дренированным ложбинам; сосняка ягодникового - к ровным приподнятым местам, пологим средним частям склонов; сосняка брусничникового - к вершинам и верхним частям склонов холмов и возвышенностей.
Диаметр
Строение древостоев принято оценивать по характеру распределения количества деревьев в насаждении по их таксационным признакам. Наиболее важным таксационным показателем является ряд распределения деревьев по диаметру, с которым тесно связаны структура древостоя, а также высота, объем, прирост и многие другие показатели дерева. Поэтому этот ряд широко используется при составлении различного рода таблиц, учитывается при назначении деревьев под рубки ухода и в ряде других случаев.
Не случайно изучением теории строения древостоев начали заниматься более 100 лет назад. Большой вклад в этом направлении внесли Вейзе, Шиффель, Фекете, Флюри и другие зарубежные ученые. Результаты их исследований подробно описаны в работах К.Е.Никитина (1966) и Н.П.Анучина (1977).
Наиболее широкие теоретические обобщения о закономерностях распределения деревьев по толщине были сделаны советскими учеными. А.И.Тарашкевич (1923), И.А.Кищенко (1926) показали, что характер этого распределения не зависит от возраста, полноты и бонитета насаждений, но находится в тесной связи со средним диаметром древостоя. А.В.Тюрин (1923, 1971) пришел к выводу, что на распределение деревьев по естественным ступеням толщины не влияет порода, бонитет и полнота насаждений. Характер этого распределения в некоторой степени зависит от возраста и, в большей мере, от интенсивности рубок ухода за лесом.
Н.В.Третьяков (1927), анализируя выводы предшествующих исследователей, приходит к заключению, что в лесу все подчинено принципу глубокого внутреннего единства, положением деревьев в насаждении, т.е. рангами их характеризуется вся внутренняя структура насаждения, которая названа законом единства в строении насаждений.
Таким образом, первые исследования рядов распределения числа деревьев по ступеням толщины показали, что им свойственна высокая стабильность. Вследствие этого утвердилось мнение, что эти ряды соответствуют закону нормального распределения, было установлено постоянство места среднего дерева (правило Вейзе) и сформулирован закон общности строения всех насаждений. Это дало возможность разработать стандартные ряды по породам в зависимости только от среднего диаметра (Третьяков, Горский, Самойлович, 1952).
С таким положением нельзя согласиться с лесоводственной точки зрения. В лесу непрерывно протекают сложные явления, связанные с его ростом и развитием. Они включают появление новых особей, отпад отмирающих и рост выживших деревьев. Общеизвестно, что эти процессы в различных возрастах протекают по-разному. Поэтому распределение деревьев по диаметру будет изменяться во времени в зависимости от того, какой из этих процессов окажет большее влияние на формирование древостоев.
Ход роста сосновых древостоев разной густоты
Основой при изучении роста древостоев явились их естественные возрастные ряды. Исходя из этого и приведенных в главе 4 материалов, таблицы хода роста составлялись с учетом следующих основных факторов: лесорастительной подзоны, типов леса и густоты древостоев.
Известно, что влияние комплекса лесорастительных условий отдельных географических районов на рост насаждений наиболее полно и объективно можно выявить при исследовании нормальных древостоев, развивавшихся без заметных следов антропогенного воздействия и отклонений от естественного хода роста и развития (Загреев, 1978; Коростелев, 1978). В связи с этим при изучении особенностей роста сосновых насаждений разной густоты по типам леса и ле-сорастительным подзонам нами основное внимание уделено лесоводст-венно-таксационному анализу высокополнотных чистых древостоев, близких к нормальным. Экспериментальным материалом послужили 152 пробных площади, которыми охвачены насаждения в возрасте от 25 до 118 лет, с долей участия сосны в составе 8-Ю единиц, с относительной полнотой 0,8 и выше (приложение I). Пробные площади, имеющие более низкие полноты и меньшую долю сосны в составе в данных исследованиях не использовались.
После объективного установления принадлежности древостоев пробных площадей к одному естественному ряду проводилось разделением их на классы по густоте. Для этого мы воспользовались методическими рекомендациями, разработанными Г.С.Разиным (1977). Согласно им, это разделение производится путем использования индикаторов начальной густоты. Одним из них, наиболее подходящим для наших целей, является средний диаметр древостоев, который в значительной степени зависит от густоты и имеет широкий диапазон значений в любом возрасте.
По материалам пробных площадей, принадлежащих к одному естественному ряду, строились графики зависимости среднего диаметра древостоев от возраста. Один из них показан на рис. 5.1. На этом графике вся плоскость - область значений диаметров, ограниченная крайними линиями, разделена на три полоски одинаковой ширины в пределах классов возраста. Каждая из них представляет собою возрастной ряд варьирующих значений указанного показателя, относящихся к одному классу начальной густоты. Число таких полосок зависит от амплитуды колебания диаметров. В один класс нами объединены древостой одинакового возраста, отличающиеся по этому показателю не более чем на 6-10$ от среднего значения для данной группы. С учетом этого условия наш экспериментальный материал позволил разделить каждый естественный ряд на три класса по начальной густоте: I - густые, П - средней густоты и Ш - редкие. Древостой каждого класса, произрастающие в данных типах леса, будут представлять ряды с примерно одинаковыми естественно-историческими характеристиками, ходом роста и развития. В дальнейшем каждый такой ряд, то есть совокупность пробных площадей, попадающих на указанных графиках в фиксированные полоски, обрабатывался отдельно.
Выравнивание и увязка между собой всех таксационных показателей проводились графо-аналитическим способом.
