Автореферат: Лесоводственно-хозяйственная эффективность рубок ухода в сосновых насаждениях средней подзоны тайги Архангельской области (стр. 1 )

На правах рукописи

ЗАХАРОВ АНДРЕЙ ЮРЬЕВИЧ

ЛЕСОВОДСТВЕННО-ХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

РУБОК УХОДА В СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЯХ

СРЕДНЕЙ ПОДЗОНЫ ТАЙГИ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

06.03.02 – Лесоведение, лесоводство,

лесоустройство и лесная таксация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Архангельск – 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени »

Научный руководитель:	, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Официальные оппоненты:	, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени », заведующий кафедрой лесной таксации и лесоустройства; , доктор биологических наук, старший научный сотрудник, ФГБУН Институт экологических проблем Севера УРО РАН, заведующий лабораторией экологии популяций и сообществ.

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени » ( г. Санкт-Петербург, Институтский переулок, д. 5).

Защита состоится 03 декабря 2013 года в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.03 на базе ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени » г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, главный корпус, ауд. 1220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени ».

Автореферат разослан 01 ноября 2013 года.

 

Ученый секретарь

диссертационного совета
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшей задачей современного лесоводства является повышение продуктивности лесов и рациональное использование лесных ресурсов. В Архангельской области в результате длительной и интенсивной эксплуатации лесов на месте коренных высокопроизводительных сосняков за счет смены пород сформировались менее продуктивные вторичные, антропогенные леса. Изменилась не только породная и возрастная структура, но и на 50-60% снизилась их продуктивность, на 30-40 лет увеличился оборот рубки хвойного хозяйства.

Основным путем в лесном хозяйстве для предотвращения нежелательной смены пород и породного состава, как в естественных, так и искусственных насаждениях являются рубки ухода. Рубками ухода можно оптимизировать условия восстановления и роста хвойных, организовать рациональное лесопользование и целевое формирование лесов. Однако в настоящее время отсутствует региональная нормативная база, регламентирующая их проведение. Исследования на стационарных опытных объектах, охватывающие период от молодняков до возраста приспевания, позволят уточнить организационно-технические параметры рубок ухода.

Степень изученности вопроса. Вопрос рубок ухода изучается достаточно давно, первые труды относятся к середине XVIII века. В дальнейшем интерес к данному лесохозяйственному мероприятию только рос, и остается актуальным в настоящее время. Изучение рубок ухода в таежной зоне Европейского Севера проводили , , , , и др. Комплексных исследований рубок ухода в естественных сосновых насаждениях до возраста приспевания, а также в сосняках искусственного происхождения в средней подзоне тайги проведено не достаточно.

Цель и задачи исследования. Выявить закономерности лесоводственной и хозяйственной эффективности рубок ухода в естественных и искусственных сосновых насаждениях для совершенствования региональных нормативов по уходу за лесом.

Задачи исследования: проанализировать динамику формирования и изменение таксационных характеристик естественных и искусственных сосновых насаждений черничного типа леса, пройденных рубками ухода; установить закономерности изменения макроструктуры и плотности древесины сосны под воздействием рубок ухода; выявить сортиментную структуру естественных и искусственных сосновых насаждений, пройденных рубками ухода; дать рекомендации по проведению рубок ухода в естественных сосновых насаждениях и лесных культурах сосны, созданных посевом.

Научная новизна состоит в том, что для черничного типа леса Архангельской области (подзона средней тайги Европейского Севера) выявлены региональные закономерности формирования насаждений рубками ухода в чистых и смешанных сосновых насаждениях до возраста приспевания. Впервые оценено влияние различного числа приемов и интенсивности рубок ухода на рост и развитие 50-летних лесных культур сосны, созданных посевом. Проведены исследования макроструктуры и плотности древесины сосны, захватывающие период с возраста молодняков до IV класса возраста в естественных насаждениях, выявлена взаимосвязь данных показателей с режимами рубок ухода. Впервые определены особенности формирования сортиментно-товарной структуры разреженных сосновых насаждений к возрасту приспевания. Скорректирована система рубок ухода в сосновых насаждениях естественного и искусственного происхождения.

Практическая значимость работы. Уточнены параметры рубок ухода, позволяющие вести интенсивное лесное хозяйство с выращиванием высококачественной хвойной древесины без промежуточной смены на лиственное насаждение в черничном типе леса средней подзоны тайги. Доказано, что рубки ухода позволяют к возрасту приспевания сформировать высококачественную древесину, отвечающую самым высоким требованиям согласно ГОСТ 968-68, что позволит вести целевое лесовыращивание. Подобраны варианты рубок ухода в искусственных насаждениях, созданных посевом, дающие наилучший лесоводственно-хозяйственный эффект. Полученные данные могут быть использованы для составления региональных нормативов рубок ухода.

Апробация результатов и публикации по теме диссертации. Результаты исследования докладывались на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава Северного (Арктического) федерального университета имени (Архангельск, 2012 – 2013); на XVIII Всероссийской молодежной научной конференции «Актуальные проблемы биологии и экологии», где был отмечен дипломом за лучший доклад (г. Сыктывкар, 2011); на отчетной сессии сотрудников ФБУ «СевНИИЛХ» по итогам научно-исследовательских работ (Архангельск, 2009); на региональной научно-практической конференции «Образование и наука: ступени развития» в рамках ежегодной конференции «Ломоносова достойные потомки» (Архангельск, 2010). Результаты исследований представлены на конкурсах научных работ: Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ аспирантов в области наук о Земле, проходившем в Национальном исследовательском Томском государственном университете (диплом за II место, 2012); конкурсе научных и опытно-исследовательских проектов аспирантов, молодых ученых научно-исследовательских институтов и студентов государственных образовательных учреждений среднего профессионального образования, находящихся в ведении Рослесхоза (диплом за III место, 2012).

По теме диссертации опубликовано восемь работ, четыре из которых в изданиях из перечня ВАК, а также практическое пособие «Лесоводственная и экономическая эффективность рубок ухода» (в соавторстве).

Часть диссертационных исследований выполнены при грантовой поддержке Правительства Архангельской области в рамках областного конкурса «Молодые ученые Поморья» (№ 03-24, 2010 г., руководитель; № а, 2013 г., исполнитель) и Северного (Арктического) федерального университета имени в рамках внутреннего конкурса научно-исследовательских и инновационных проектов студентов и молодых ученых по приоритетным направлениям развития университета (2012 г., руководитель). Материалы диссертационных исследований вошли в отчеты НИР ФБУ «СевНИИЛХ» (Сводный план Рослесхоза, приказ от 01.01.2001; от 01.01.2001; от 01.01.2001, гг.; Государственное задание, приказ Рослесхоза № 000 от 01.01.2001, 2013 г., промежуточный).

Научные положения, составляющие предмет защиты:

– Закономерности динамики формирования рубками ухода естественных (чистые и смешанные) и искусственных (посев) сосновых насаждений до возраста приспевания в черничном типе леса средней подзоны тайги Архангельской области.

– Рубки ухода позволяют к возрасту приспевания получить в чистых и в смешанных сосновых насаждениях черничного типа леса высококачественную древесину, соответствующую ГОСТ 968-68 на авиационные пиломатериалы.

– Особенности хозяйственной структуры (количество древесины по категориям крупности и видам получаемых лесоматериалов) сосновых насаждений III-IV класса возраста, сформированных рубками ухода.

– Научно-обоснованные предложения по воспроизводству хвойных пород в системе «лесопользование – лесовосстановление – лесовыращивание – лесопользование», позволяющие выращивать целевые хвойные насаждения без промежуточной смены на лиственные в среднетаежной подзоне Архангельской области.

Личный вклад автора. Проведен аналитический обзор литературных источников; поставлена научная задача; разработана методика исследования; проведены полевые работы на постоянных пробных площадях естественного (2010 г.) и искусственного (2012 г.) происхождения; проведена камеральная обработка полученных материалов, в том числе работы по изучению качества древесины (макроструктуры и плотности); обработаны и проанализированы полевые и камеральные результаты прошлых лет (из архива СевНИИЛХ), сформулированы выводы и предложения. Работа является результатом 4-летних (2009 – 2013 гг.) исследований автора.

Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечивается достаточным объемом экспериментальных материалов, использованием при обработке математических методов и современных вычислительных средств, разносторонним комплексным подходом к решению поставленных научных задач, а также проведением исследований на уникальных стационарных объектах, заложенных сотрудниками Северного научно-исследовательского института лесного хозяйства и Архангельского государственного технического университета (ныне САФУ имени ) 35-50 лет назад.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 150 страницах и включает введение, 6 глав, заключение, список использованных литературных источников из 207 наименований, в том числе 7 на иностранном языке. В тексте содержится 37 таблиц и 17 иллюстраций.

Благодарности. Автор чтит память доктора с.-х. наук, профессора и наставника и искренне поддерживает заложенные им идеи. Выражает благодарность научному руководителю д. с.-х. наук, профессору за помощь на всех этапах выполнения работы и канд. с.-х. наук, доценту за организацию полевых исследований и консультации при выполнении диссертационного исследования.

1.  СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Изучению рубок ухода в средней подзоне тайги Европейского Севера посвящены работы ученых Архангельского института леса и лесохимии (ныне СевНИИЛХ) и Архангельского лесотехнического института (ныне САФУ) (Чибисов, Поротов, Жариков, 1978, 1979; 1988; Чибисов, 1977, 1989, 1997, 2000, 2004, 2008, 2011; Нефедова, 1976, 1978, 1984; Нефедова, Чибисов, 1987; Минин, 1983, 1992; Минин, Чибисов, 1991; Портов, 1984; Чибисов, Поротов, Нефедова, Москалева, 1978, 1981; Львов, Ипатов, Плохов, 1980 и др.), в том числе работы посвященные влиянию рубок ухода на внутреннюю среду насаждений (Нефедова, 1984; Нефедова, Чибисов, 1987; Чибисов, Поротов, Нефедова, Москалева, 1981; Чибисов, Нефедова, 2003, 2007). Проблемы рубок ухода в других регионах находят отражение в работах (1937), (1952), (1956, 1961), (1957), (1961), , (1977), , (1978), , (1980), (1981), (1979, 1981), (1977, 1984, 1999, 2001, 2008), (1938, 1940); (1968), (1974), (1969), (1977), , (1985), (1977, 1978, 1980) и др.

Изучением организационно-технических элементов рубок ухода и биологической продуктивности сосняков искусственного происхождения на Европейском Севере занимались (1960), (1974), (1984), и др. (1977), , (1977), (1982, 1985, 1994, 1997, 2004), , (1997). Позднее рубки ухода в лесных культурах изучали (1999, 2002, 2003); , (2005); , , (2003).

2.  ЕСТЕСТВЕННО-ИСТОРИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

Архангельская область – один из самых многолесных регионов Российской Федерации. По запасам древесины занимает второе место в Северо-Западном федеральном округе. В связи с этим лесопромышленный комплекс является определяющей хозяйственной отраслью, от эффективности работы которой во многом зависит благосостояние населения, экономическая и социальная обстановка в регионе. Леса занимают 54% территории области, и их площадь составляет 29,1 млн. га. Общий запас древесины на землях лесного фонда области оценивается в 2,5 млрд. м3, в том числе хвойных – 2,1 млрд. м3.

Лесной фонд вторичных лесов в Архангельской области обладает большими ресурсами для организации рационального промежуточного пользования. Объем его может составлять в целом около 50, а в некоторых районах до 90 % от общего лесопользования. Однако необходимо совершенствовать всю систему планирования и проведения рубок ухода, начиная с нормативно-справочной информации.

3.  ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И ОБЪЕМ РАБОТ

Экспериментальный материал был собран в 2010 и 2012 гг. на постоянных пробных площадях, заложенных сотрудниками СевНИИЛХ (объекты естественных сосновых насаждений) и доцентом кафедры лесоводства и почвоведения С(А)ФУ (объекты искусственных сосновых насаждений) в Обозерском лесничестве, на которых в 1959 – 1991 гг., были проведены рубки ухода, отличающиеся подходом к проведению, числом приемов и интенсивностью. Все объекты были объединены в три большие серии: чистые сосняки, смешанные сосняки со вторым ярусом ели, лесные культуры сосны. На каждой из секций были выделены контрольные пробные площади, не затронутые уходом. Для анализа динамики таксационных показателей использовались материалы предыдущих учетов из отчетов АИЛиЛХ (СевНИИЛХ) и предоставленные и . По разным секциям использовано от 6 до 8 учетов.

Обозерское лесничество согласно действующему лесному законодательству отнесено к подзоне северной тайги (Приказ Минсельхоза РФ от 01.01.2001 №37; Приказ Рослесхоза от 01.01.2001 №61). При изложении материалов исследования мы придерживались ранее принятым лесорастительным районированием (Курнаев, 1973; Мелехов, Чертовской, Моисеев, 1966), относя Обозерское лесничество к подзоне средней тайги.

При инвентаризации пробных площадей применялся метод подеревного перечета. Позднее номера деревьев были утрачены, поэтому последняя инвентаризация (2010 и 2012 года) была проведена методом сплошного перечета. Перечет деревьев проводился по двухсантиметровым ступеням толщины, с разделением по породам и группировкой на здоровые и сухие. Для построения графика высот были замерены высоты, с помощью лазерного высотомера NiconForestry 550, и диаметр на высоте 1,3 м удеревьев каждой породы. Для изучения влияния рубок ухода на макроструктуру формирующейся древесины и ее физико-механические свойства у деревьев брались образцы древесины – керны. Отбор кернов из стволов производился с помощью приростного бурава на высоте груди. Керны брали у 3-4деревьев по категориям крупности: крупные, средние, мелкие (Столяров, Полубояринов, Декартов, 1988). Для разбивки деревьев на категории крупности использовали лимиты распределения стволов по диаметру (Минин, Крыжановская, 2005).

При определении таксационных характеристик древостоев применялись общепринятые в таксации методы.

Ширину годичного слоя и ширину зоны поздней древесины от коры к центру определяли с помощью микроскопа МИР-12, снабженного микрометром с точностью до 0,01 мм (крупные и средние) и на микротомных срезах с помощью микроскопа МБД-1 со специальной окулярной насадкой МОВ-1-15х (мелкие). Образцы серии сосняков со вторым ярусом ели были обработаны на приборе Lintab-5 (с точностью до 0,01 мм).

Базисную плотность отобранных образцов древесины определяли «способом выталкивающей силы образцов, погруженных в жидкость» (Полубояринов, 1976; Использование кернов древесины…,1988).

При определении лесоводственной и хозяйственной эффективности проведения рубок ухода учитывались следующие показатели: изменение среднего диаметра, высоты и запаса насаждений, состава древостоя и распределение запаса по категориям крупности получаемых сортиментов (крупная, средняя, мелкая) и видам лесоматериалов (пиловочник и баланс).

При обработке данных применяли методы вариационной статистики. При установлении взаимосвязи между признаками насаждения и различными факторами – коэффициенты корреляции. Статистическая обработка проводилась стандартным статистическим пакетом, входящим в состав программы Microsoft Excel.

4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РОСТА СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ

ПОД ВЛИЯНИЕМ РУБОК УХОДА

4.1. Чистые сосновые насаждения

Начало формирования серии чистых сосняков посредством рубок ухода было положено в 1959 году сотрудниками Архангельского института леса и лесохимии (ныне Северный НИИ лесного хозяйства) под руководством директора лесной опытной станции . Начиная с 1961 года, наблюдения проводились под руководством .

Сосново-березовые молодняки с составом 6С4Бед. Ос пройдены первым приемом рубок ухода в возрасте 13-15 лет. При равномерном прореживании, в первую очередь, вырубались береза и осина, затем поврежденные и больные экземпляры сосны и деревья, нарушающие равномерность размещения. В результате всех уходов сформированы чистые сосняки без елового подроста с числом деревьев на один гектар 4,5 тыс. (контроль); 1,6 тыс. (ПП 15); 1,0 тыс. (ПП 16); 0,7 тыс. (ПП 17); 0,33 тыс. (ПП 18). Через 27 лет на пробной площади 15 проведен повторный уход и на 1 га осталось 800 деревьев.

Спустя 51 год после проведения рубок ухода различия таксационных показателей на пробных площадях с различной густотой и на контроле значительны (таблица 4.1). Проведение рубок ухода во всех случаях вызвало более значительное увеличение среднего диаметра, по сравнению с контролем, причем наибольшее увеличение среднего диаметра древостоя наблюдается в вариантах с минимальной густотой после разреживаний (ПП 17 и ПП 18). Средняя высота разреженных древостоев имеет обратную зависимость от густоты: чем ниже густота насаждения, тем ниже средняя высота.

Таблица 4.1

Таксационная характеристика пробных площадей по состоянию на 2010 год

(спустя 51 год после проведения уходов)

Проб-ная пло-щадь / Густота, шт./га	Состав древостоя	По-ро-да	Средние	Относи - тельная полнота	Число ство-лов, шт./га.	Запас
по запасу	по числу стволов	диаметр, см	высота, м	По породам, м3/га.	Доля от общего, %
ПП 15 837	100С	100С	С	23,6	21,5	0,97	837	374,0	100
ПП 16 894	100С	100С	С	22,1	20,8	0,89	894	328,8	100
ПП 17 596	100С	100С	С	25,6	20,5	0,84	596	303,24	100
ПП 18 234	100С	100С	С	30,2	19,8	0,47	234	160,6	100
ПП 3к Конт-роль 1000	77С22Б	56С44Б	С	16,7	18,3	0,64	1000	194,7	77,2
Б	11,3	16,1	0,35	769	57,6	22,8
Итого	1796	252,3	100

Средние ежегодные приросты насаждений пройденных рубками ухода выше контрольных (таблица 4.2) на 12-19% по высоте, на 33-89% по диаметру и на 55-107% по запасу.

Таблица 4.2

Средний ежегодный прирост таксационных показателей сосны по пробным площадям