Анализ влияния комплексного ухода на сосновые насаждения в условиях брянского лесного массива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

Анализ влияния комплексного ухода на сосновые насаждения в условиях брянского лесного массива

06.03.03 - Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

кандидата сельскохозяйственных наук

Балухта Леонид Петрович

Брянск - 2009

Работа выполнена на кафедре лесоводства Брянской государственной инженерно-технологической академии

Научный руководитель - доктор биологических наук, профессор Иванов Валерий Павлович

Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук, профессор Кишенков Федор Васильевич

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Бовкунов Владимир Михайлович

Ведущая организация - Московский государственный университет леса

Защита состоится 30 ноября 2009 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.019.01 при Брянской государственной инженерно-технологической академии по адресу: 241037, г. Брянск, пр-т Станке Димитрова, 3, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянской государственной инженерно-технологической академии и на официальном сайте: bgita@mail.ru

E-mail: leonbaluhta@mail.ru

Автореферат разослан «___» октября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Нартов Д.И.

сосна древостой минеральный лесной

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Сокращение сроков выращивания древесины высокого качества и повышение продуктивности лесов всегда привлекало внимание лесоводов. Длительное время уход за лесом выполнялся в основном с помощью рубок ухода. Однако потребность в древесине ценных пород, ориентация хозяйства на целевое лесовыращивание, расширение средообразующей и социальной ролей леса диктовало необходимость поиска более эффективных приемов ухода за лесными насаждениями.

Со временем в лесном хозяйстве накапливался опыт применения минеральных удобрений, использовались различные приемы фитомелиорации, обрезка нижних сучьев для повышения качества выращиваемой древесины, продуктивности насаждений и т.д. В нашей стране опыты по изучению влияния комплексного ухода в насаждениях (сочетание рубок ухода с внесением минеральных удобрений, обрезкой сучьев) были начаты в начале 60-х годов XX в. Исследования комплексного ухода в сосновых насаждениях Брянского лесного массива (БЛМ) проводил доцент БТИ (Брянский технологический институт, ныне БГИТА) А.П. Сляднев (1965, 1966, 1968, 1969, 1971). Была установлена эффективность комплексных мероприятий в сосновых молодняках на прирост по диаметру ствола, запасу и высоте.

Наша работа включала исследования влияния комплексного ухода на продуктивность чистых сосняков и другие их компоненты в течение длительного времени.

Цель работы - установление длительности и характера влияния комплексного ухода на продуктивность сосняков, густоту, встречаемость и видовое разнообразие нижних ярусов растительности, подстилку, почву. Для достижения цели работы решались следующие задачи:

1) анализ динамики ростовых процессов сосны обыкновенной на протяжении 45 лет после комплексного ухода;

2) исследование формирования товарной структуры древостоев под влиянием рубок ухода и минеральных удобрений;

3) выявление закономерностей развития нижних ярусов растительности (подрост и подлесок) после проведения комплексных мероприятий;

4) исследование динамики мощности лесной подстилки на стационарных пробных площадях (СПП);

5) изучение физико-химического состава почв на СПП для установления связи «удобрение - почва - мощность подстилки».

Объекты исследований - участки лесных культур и естественных насаждений сосны обыкновенной в эдатопах А₂ - С₂Д₂ Учебно-опытного лесхоза БГИТА, за которыми в 60-х годах ХХ в. проводился в основном однократный комплексный уход.

Научная новизна. Впервые получены результаты по длительности воздействия однократного комплексного ухода на ростовые процессы сосны обыкновенной; установлены особенности развития подлеска, подроста, мощности лесной подстилки и формирования товарной структуры древостоев после комплексного ухода к возрасту 70 лет.

Практическая ценность и внедрение результатов исследования. Полученные результаты дают возможность рекомендовать лесному хозяйству оптимальные технологии проведения комплексного ухода для выращивания высокопродуктивных и устойчивых сосновых насаждений. Метод определения радиального прироста (Z_r) на основе информационных технологий можно использовать как замену классическому (с помощью микроскопа) для сокращения времени обработки.

Отдельные положения диссертации приняты к внедрению в Учебно-опытном лесхозе БГИТА, а также используются в учебном процессе.

Достоверность выводов и результатов исследований обеспечена современным математическим анализом достаточного объема фактического материала с использованием ПК и программного обеспечения.

Основные положения, представляемые на защиту. 1. Изменение Z_r и прироста по высоте (Z_h) сосны под влиянием комплексного ухода. 2. Формирование товарной структуры древостоев, пройденных комплексным уходом. 3. Развитие подроста и подлеска на участках комплексного ухода. 4. Динамика мощности лесной подстилки на участках после комплексного ухода.

Личный вклад автора. Разработка программы и методики исследований, подбор опытных объектов, сбор, обработка, анализ и обобщение экспериментального материала, формулировка общих выводов, рекомендации производству, использование результатов исследований в учебном процессе, подготовка докладов и статей.

Апробация результатов исследований. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на заседании кафедры лесоводства МГУЛ (Мытищи, 2005), на 10-й Пущинской школе-конференции молодых ученых (Пущино, 2006), на Международной научно-практической конференции «Рациональное использование и воспроизводство лесных ресурсов в системе устойчивого развития» (Гомель, 2007), на Международных научно-практических конференциях БГИТА (Брянск, 2005-2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных статей, из которых 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из общей характеристики работы, 6 глав, выводов, рекомендаций производству, списка использованных источников из 169 наименований, в т.ч. 19 иностранных авторов, и приложений. Общий объем работы - 171 страница, включая 21 таблицу, 50 рисунков и 12 приложений.

1. Состояние вопроса

В 50-е годы ХХ в. народное хозяйство СССР испытывало острую нехватку древесины, поэтому перед лесным хозяйством страны была поставлена задача ускорения выращивания высококачественного леса. Эту задачу пытались решить различными способами, одним из которых был комплексный уход в насаждениях. Считалось, что сочетание рубок ухода за лесом с внесением минеральных удобрений позволяет заметно ускорить формирование деревьев в толщину и в более короткие сроки выращивать крупномерную древесину и, следовательно, существенно повысить ценность насаждений. Комплексный уход способствует улучшению режима питания лесных почв, увеличивает массу побегов, хвои и почек, усиливает циркуляцию воздуха, снижает поражение эмиссиями, оказывает положительное влияние на составные элементы лесного фитоценоза - подлесок, ЖНП, лесную подстилку и почву (Сляднев, 1965, 1966, 1971, 1987; Сеннов, 1984, 1999; Синькевич, 1984, 2004; Клинов,1985; Цинкович, 1990; Мельников, 1991, 1992; Федулов, 1991, 1994; Ксай, 1991; Сарнацкий, 1992; Коробов, 1992; West, 1998; Valinger, 2000; Farnden, 2002 и др.).

Вызывают интерес менее изученные вопросы комплексного ухода: 1) длительность влияния комплексного ухода на биопродуктивность и устойчивость чистых сосновых насаждений; 2) влияние ухода на нижние ярусы растительности и почву сразу после проведения ухода и в течение длительного времени; 3) формирование товарной структуры сосновых древостоев к возрасту спелости под влиянием комплексного ухода.

Исследование данных вопросов дополнит теорию комплексного ухода и позволит более точно подойти к его использованию в сосновых насаждениях.

2 Программа, методика, объекты и объем исследований

В соответствии с поставленной целью исследований решались следующие программные вопросы:

1) установление динамики и длительности влияния комплексного ухода на радиальный прирост сосны, прирост в высоту;

2) определение оптимальных сроков повторения комплексного ухода для насаждений конкретного ТЛУ;

3) изучение формирования товарной структуры древостоев к возрасту спелости под влиянием рубок ухода и минеральных удобрений;

4) определение густоты и видового разнообразия подроста и подлеска, мощности лесной подстилки после проведения комплексных мероприятий;

5) изучение физико-химического состава почв на СПП для установления связи «удобрение - почва - мощность лесной подстилки».

Тип леса определяли по классификации В.Н. Сукачева (1961), ТЛУ - по классификации П.С. Погребняка (1968), по методике Г.С. Орловского, Е.М. Остроумова (1987) и А.С. Тихонова (2001). Товарную структуру древостоев устанавливали по «Нормативно-справочным материалам…» (1983). Учет подроста и подлеска проводили методом круговых площадок (Тихонов, 1995). Динамику Z_r исследовали по методике Т.Т. Битвинскаса (1974) и рекомендациям ЛенНИИЛХ (1988). Обработку кернов древесины проводили с помощью компьютерных технологий (Марченко, 2005, 2007). Влияние комплексного ухода на мощность лесной подстилки определяли сравнением ее на секциях с уходом и в контроле. Камеральная обработка экспериментальных данных выполнена в соответствии с общепринятыми методиками (Зайцев, 1973; Лакин, 1980; Ивантер, Коросов, 2003). При математической обработке информации определяли среднюю арифметическую величину с ошибкой (M±m), коэффициент изменчивости (C_x,%), точность опыта (P,%), использовались двухмерный графический и корреляционный анализы. Достоверность коэффициента корреляции (r) оценивали по критерию Стьюдента (t) с учетом трех доверительных уровней (P=95%; P=99%; P=99,9%). Статистическая и графическая обработка материалов проведена на персональном компьютере типа IBM PC с помощью пакета прикладных программ Microsoft Excel и Surfer 8.

Объекты расположены в Карачижском и Опытном лесничествах Учебно-опытного лесхоза БГИТА, на левобережье р. Десна: насаждения искусственного и естественного происхождения с различными почвенно-грунтовыми условиями, где в 60-х годах XX в. А.П. Сляднев провел комплексный уход. Опыты включают 10 СПП, 146 секций от 0,01 до 0,44 га (таблица 1). Каждая секция - отдельный вариант комплексного ухода или отдельная СПП. Проведены рубки ухода разной интенсивности, внесение удобрений (аммиачная [NH₄NO₃, д.в. - N], натриевая [NaNO₃, д.в. - NaN] и калийная [KNO₃, д.в. - NK₂O] селитры, фосфоритная мука [Ca₃(PO₄)₂, д.в. - P₂О₅], сульфат аммония, хлористый калий [KCl, д.в. - K₂O], мел, известь, мергель, юрская глина, глауконит), разбрасывание порубочных остатков, рыхление почвы, обрезка сучьев и части нижних ветвей. Нами заложено 3 СПП абсолютного контроля в идентичных лесорастительных условиях.

Таблица 1 - Виды и объемы выполненных исследований

Наименование мероприятий	Объем
1. - Количество СПП - Количество секций - Количество деревьев	13 149 10033
2. Обследованная площадь, га	11,38
3. Измерение высот, шт	3725
4. Отбор и обработка древесных кернов, шт	1665
5. Закладка круговых площадок для учета подроста и подлеска, шт	2980
6. Закладка прикопок для измерения мощности лесной подстилки, шт	1260
7. Закладка почвенных разрезов, шт	9
8. Отбор почвенных образцов и проведение химанализа, шт	41

3 Природная характеристика района исследований

Брянский лесной массив привлекал внимание многих ученых с начала XX в. (Земятчинский, 1907; Агафонов, 1908; Сукачев, 1908; Ковригин, 1940; Тюрин, 1952; Антыков, 1959, 1960; Цепляев, 1961; Морозов, 1971; Агроклиматические ресурсы…, 1972; Воробьев, 1993; Тихонов, 1995, 2001).

Массив расположен на левом берегу р. Десны, его ширина - 25-40 км, протяженность - 190 км, лесопокрытая площадь составляет 5163 км², общая площадь - около 6400 км² (Тихонов, 2001).

БЛМ расположен в зоне смешанных лесов, южной подзоне с равным участием хвойных и широколиственных древесных пород, позже отнесен к подзоне теневых широколиственных лесов (Курнаев, 1973, 1982).

Анализ условий района расположения массива позволяет отметить, что климатические и почвенные условия способствуют формированию устойчивых и высокопроизводительных насаждений сосны с ярусом ели, но при этом имеется достаточное количество бедных лесорастительных условий с насаждениями низкой продуктивности. Лёгкие по механическому составу почвы благоприятствуют качественному возобновлению сосны. Наличие значительных площадей с бедными и относительно бедными условиями произрастания дает возможность применять комплексные мероприятия при уходе за лесом.

4 Влияние комплексного ухода на древесную продуктивность сосновых древостоев

4.1 Использование современных информационных технологий в изучении динамики радиального прироста

Радиальный прирост определяют несколькими способами, один из которых - измерение ширины ранней и поздней частей годичных колец с помощью измерительного микроскопа. Использование компьютерных технологий позволяет облегчить и ускорить определение Z_r. Точность опыта - в пределах 5%. Погрешность определения Z_r - ±0,07 мм (разрешение сканера 300 dpi) и ±0,003 мм (600 dpi, монитор ж/к 17 дюймов, разрешение 1024х768). Затраты времени на определение приростов 20-и кернов - 144 мин, при классическом методе - 1135 мин, т.е. в 8 раз выше. Существенных отличий в точности определения Z_r между сравниваемыми методами не установлено, это позволяет метод определения Z_r с помощью компьютерных технологий использовать как альтернативный. Преимуществами данного метода является сокращение времени на определение Z_r при большом объеме материалов и исключение операции по вводу данных Z_r в электронную среду Microsoft Excel для статистической обработки. Отпадает необходимость длительного хранения кернов, т.к. компьютерный метод позволяет обрабатывать одновременно большое количество образцов, а неравномерность смачивания кернов после хранения приводит к погрешности измерений, что является недостатком стандартной методики.

4.2 Изменение динамики радиального прироста и прироста по высоте

Для изучения Z_r использовали погодичную и пятилетнюю динамику.

В ТЛУ В₂ Z_r увеличивается в первые 2 года после ухода (действие до 6 лет), затем снижается до уровня контроля. Без обрезки сучьев действие комплексного ухода длительнее на 4 года, что, возможно, связано с удалением части ассимиляционного аппарата и реакцией дерева на ранение. На секциях с уходом амплитуды колебаний Z_r более широкие, чем в контроле, что говорит о большей реакции древостоев на изменение внешних факторов, но при этом Z_r ухоженных древостоев остается выше контроля.

Различия в Z_r между контролем и вариантами ухода колеблются от несущественной до сильной степени (таблица 2). Существенность различий определяли за период с года ухода и до окончания активного его действия.

Таблица 2 - Существенность различий текущего Z_r сосны на секциях с уходом и в контроле, СПП-6

Дозы удобрений	№ секции	t Стьюдента для уровней значимости
		P=95%	P=99%	P=99,9%
		tфакт	tтабл	tфакт	tтабл	tфакт	tтабл
N100, P2O530, K2O50	1	3,25	2,31	-	-	-	-
	2 и 3	-	-	-	-	6,11	5,04
	4	-	-	-	-	6,70	5,04
	5	-	-	-	-	4,19	3,92
N132	6	-	-	4,28	3,36	-	-
	7	-	-	4,50	3,36	-	-

Более наглядно разница в текущем Z_r между контролем и вариантами с уходом заметна в % от контроля (таблица 3).

Таблица 3 - Периодический Z_r сосны по сравнению с контролем на СПП-4, (%)

Время до и после ухода, лет	Секция 7 N33; N5K2O18	Секция 9 N90	Секция 10 N132; N17K2O60
-5	95,2	73,9	81,0
5	101,6	107,8	113,9
10	107,2	122,6	108,0
15	105,0	109,9	112,2
20	95,7	98,1	100,3
25	97,8	102,1	98,1
30	98,3	98,4	91,6
35	100,3	102,5	92,4
40	94,4	94,7	102,1
42	105,4	89,8	100,6

Продолжительность влияния комплексного ухода, вызывающего максимальные Z_r, в эдатопе В₂ при дозах, близких к оптимальным (100 кг/га, Сляднев, 1987), составляет от 2 до 18 лет в зависимости от варианта ухода.

В условиях А₂ (СПП-7; рисунки 1-2) в широкорядных лесных культурах в 1964 г. было проведено слабое низовое прореживание и внесены удобрения в разных дозах и сочетаниях. Эффект наблюдался уже на следующий год. Максимальные Z_r отмечены в основном в первые 2-3 года. Так, на секциях 1, 2, 5 и 6 (рисунок 1) максимальный Z_r приходится на 1 пятилетие, но во 2 и 3 пятилетиях он достигает наибольших показателей по сравнению с контролем. Однако, на секциях 3 и 4 (внесен NPCa) Z_r повышается постепенно и в течение 25 лет существенно превосходит контроль. Это, возможно, связано с почвоулучшающей способностью мела, приводящей к снижению кислотности почвы и насыщению ее основаниями.

Внесение NH₄NO₃ (50-100 кг/га) в условиях А₂ существенно увеличивает Z_r по сравнению с контролем на протяжении 15-30 лет (рисунки 1-2), в дозе < 50 кг/га желаемого эффекта нет (рисунок 2, секция 16).

Положительная реакция древостоев на NaNO₃ (до 100 кг/га) более стабильна, чем на NH₄NO₃, и отмечается на протяжении исследуемого периода. При этом действие удобрения в низких дозах более эффективно.

Снижение Z_r с возрастом насаждения (20…70 лет) в контроле на всех СПП происходит в 1,4-2,3 раза, на секциях с уходом - в 1,5-3,4 раза. О снижении Z с возрастом отмечал проф. Ф.В. Кишенков (1979). Корреляция между возрастом насаждения и Z_r прямая, тесная (r=-0,81…0,98). Наибольшее снижение Z_r отмечается в относительно бедных условиях, а также в вариантах ухода с более высоким эффектом от его проведения в первые годы.

Рисунок 1 - Динамика среднепериодического Z_r сосны на СПП-7: секции 1 и 2 - NaN123; секция 3 - мел-770, P107; секция 4 - N75, мел-750, P107; секции 5 и 6 - N158

Во всех ТЛУ после ухода наименьшее снижение Z_r с возрастом отмечается в вариантах с меньшим эффектом от его проведения, т.е. чем > Z_r отмечался в 1 десятилетие после ухода, тем сильнее он будет снижаться с возрастом, и тем большая разница отмечается в Z_r между контролем и вариантом ухода (таблица 4).

Динамика Z_r сосны на абсолютном контроле (рисунок 1), заложенном в ТЛУ идентичных СПП-7, СПП-8 и СПП-9, практически сходна с динамикой контроля этих СПП, что исключает влияние мероприятий, проводимых на смежных с контролем секциях.

Рисунок 2 - Динамика среднепериодического Z_r на СПП-7: секции 13 и 14 - N114; секция 15 - N49,5; секция 16 - N42,9; секция 17 - N79,2; секция 18 - N76

Таблица 4 - Влияние комплексного ухода на среднепериодический Z_r сосны

А2	В2	В2С2
Zr в 1 пятилетие, i	Кратность снижения Zr	Zr в 1 пятилетие, i	Кратность снижения Zr	Zr в 1 пятилетие, i	Кратность снижения Zr
1,19	1,7	1,26	1,8	1,06	1,6
1,21	1,8	1,26	2,3	1,13	1,6
1,22	1,6	1,28	2,2	1,14	2,0
1,30	2,9	1,29	2,3	1,18	2,0
1,30	2,1	1,32	2,7	1,21	2,2
1,32	2,5	1,33	2,0	1,30	2,1
1,32	2,2	1,37	2,3	1,31	1,9
1,33	2,4	1,38	2,3	1,31	2,3
1,34	2,2	1,41	2,9	1,32	2,2
1,35	2,6	1,43	2,9	1,33	2,5
1,36	2,1	1,44	2,3	1,37	2,1
1,39	2,4	1,46	3,2	1,38	2,1
1,41	2,6	1,53	3,0	1,66	2,9
-	-	1,54	3,4	-	-
-	-	1,62	3,1	-	-
r=+0,718; tфакт=3,43; tтабл=3,11; P=99%	r=+0,816; tфакт=5,10; tтабл=4,22; P=99,9%	r=+0,849; tфакт=5,33; tтабл=4,44; P=99,9%

На секциях СПП-3 (В₂С₂) в 1964 г. проведены рубки ухода и внесены NH₄NO₃ и KNO₃. На секции 1 внесено 140 кг/га NH₄NO₃ по технической массе, KNO₃ - 100 кг/га. Z_r за первые 5 лет составил 110,8% по сравнению с контролем, что на 14,6% больше показателя предыдущей пятилетки (таблица 5). С каждым повышением дозы KNO₃, кратным 50 кг, Z_r увеличивался до максимума на секциях 4 и 5 при дозах 250 и 400 кг/га (рисунок 3). Внесение 120 кг/га KNO₃ без NH₄NO₃ (секция 6) увеличило Z_r на 10,5% по сравнению с предыдущим пятилетием, снижение его с возрастом происходило медленнее, чем на других секциях.

Таблица 5 - Периодический Z_r сосны на СПП-3

Время до и после ухода, лет	Zr на секциях, % от контроля
	1	2	3	4	5	6
-5	96,2	91,2	99,4	119	94,7	99,4
5	110,8	110,3	116,3	139,7	115,1	109,9
10	96,3	92,7	101,7	106,1	110,3	103,1
15	105,1	104,4	102,4	93,9	93,4	96,4
20	104,4	106,8	101,4	94,6	98,2	95,5
25	110,5	111,7	93,1	84	106,4	109,3
30	96,4	96,8	89,9	78,5	90,9	102,1
35	87,2	90,5	95,5	78,7	98,7	93,7
40	86,8	97,1	93,1	82,8	92,8	89,9
42	99,2	91,8	96,7	85,2	86,1	85,2



Рисунок 3 - Динамика среднепериодического Z_r на СПП-3: секция 1 - N140, NK₂O100; секция 2 - N140, NK₂O150; секция 3 - N140, NK₂O200; секция 4 - N140, NK₂O250; секция 5 - N40, NK₂O400; секция 6 - N120

Анализ динамики Z_r сосны до и после ухода показал, что независимо от величины Z_r на опытных секциях до ухода, отмечается резкая его интенсификация уже в год ухода или в 1-2-й годы после, в зависимости от погодных условий в это время. Максимум Z_r наблюдается в основном в первые 10 лет после ухода, после Z_r снижается и остается выше контроля. Но на отдельных секциях он опускается ниже контроля, и варьирует в его пределах.

Влияние ухода на Z_h сосняков определяли по разнице средних h в контроле и в вариантах с уходом. Различие в h достигает 20,3% в зависимости от ТЛУ. Максимальная и только положительная разница h отмечается в условиях А₂ - 16,7%, в более богатых условиях h оказались ниже контроля или незначительно отличались от него (±5%). Вероятно, удобрения в бедных условиях в большей мере расходовались на прирост древостоя в высоту.

Секции СПП с уходом были разбиты на 4 группы по величине различий в высоте с контролем (таблица 6). Преобладают секции с разницей по h на 5% и 10%. Количество секций, превышающих контроль по h, составляет 54%. Статистически установлено, что существенным является отличие в высотах > 5%, т.е. только 33% секций значимо превышают контроль по h. Основными здесь являются секции ТЛУ А₂. И только 17% составляют секции с h существенно меньше контроля. Можно считать, что влияние однократно проведенного ухода в молодняках проявляется в существенной мере на Z_h к возрасту спелости, т.к. 50% секций достоверно отличаются от контроля.

Таблица 6 - Группы секций по разнице высот с контролем

Группа	1	2	3	4
Разница в высоте с контролем, %	5	10	15	20
Количество секций, шт.	58	44	10	4
Доля секций от их общего кол-ва, %	50	38	9	3
Доля секций от их общего кол-ва с высотой, превышающей контроль, %	21	24	7	2
Доля секций от их общего кол-ва с высотой меньше контроля, %	29	14	2	1

4.3 Товарная структура древостоев, пройденных комплексным уходом

Одной из задач исследований явилось установление влияния ухода, проведенного в молодняках на их товарную структуру к возрасту спелости.

Анализ показал, что внесение NH₄NO₃ (80-158 кг д.в./га) в ТЛУ А₂ приводит к повышению количества деловых стволов на 9,3% по сравнению с контролем (рисунок 4). Общий выход деловой древесины по запасу на секциях с уходом варьирует в пределах контроля (рисунок 5). Однако распределение деловой древесины по категориям крупности достаточно разнится. Так, более 50% деловой древесины составляет средняя категория крупности, затем следует мелкая и крупная категории. С увеличением дозы NH₄NO₃ повышается выход древесины средней категории до 13% по сравнению с контролем и крупной - незначительно. Доля мелкой древесины с повышением дозы NH₄NO₃ варьирует в пределах 6-15%. r=0,4-0,65, но статистически недостоверны, т.к. t_факт<t_табл.



Рисунок 4 - Количество деловых стволов на секциях СПП-7 с аммиачной селитрой

Увеличение доли средней и крупной древесины связано с тем, что при проведении рубок ухода с внесением удобрений происходит более раннее формирование древесины средней категории крупности за счет увеличения ширины годичных колец и Z_d. Таким образом, дерево после ухода к определенному возрасту получает дополнительный объем, что повышает категорию крупности по сравнению с деревом контроля.

Рисунок 5 - Выход деловой древесины на секциях СПП-7 с аммиачной селитрой

На секциях с NaNO₃ отмечается линейная связь между дозой селитры и выходом деловой древесины по категориям крупности (рисунок 6). С повышением дозы селитры увеличивается выход средней (на 10,0%) и крупной древесины (на 5,7%), доля мелкой уменьшается на 11,2%. Связь выхода крупной древесины с дозой селитры достоверна на P=95%, t_факт>t_табл.

На секциях СПП-8 с уходом доля крупной и средней древесины заметно меньше контроля. Мелкая древесина составляет до 30% от запаса. Такая тенденция, вероятно, связана с тем, что Z_r на секциях с уходом превышал контроль только в 1 десятилетие, затем он существенно снизился, что и сказалось отрицательно на выходе средней древесины.

Рисунок 6 - Выход деловой древесины на секциях СПП-7 с натриевой селитрой

Количество средней древесины на секциях СПП-6 с уходом больше контроля на 5-12% (рисунок 7). В вариантах со слабой и сильной степенью изреживания объем древесины средней и крупной категорий заметно не разнится. Доля мелкой древесины также незначительно отличается от контроля.

Влияние только рубок ухода проявляется в незначительном снижении выхода древесины средней категории за счет увеличения доли крупной древесины при повышении интенсивности рубки. Доля древесины мелкой категории практически не изменяется. Вероятно, рубки ухода способствуют формированию прироста в комлевой части дерева, тогда как при комплексном уходе происходит дифференциация прироста по высоте ствола, т.е. образуется больше средней древесины.

Рисунок 7 - Выход деловой древесины на СПП-6: секция 8 - очень слабая низовая рубка ухода; секция 6 - умеренная низовая; секция 7 - сильная низовая

Внесение NH₄NO₃ и KNO₃ в условиях В₂С₂ (СПП-3) незначительно сказалось на выходе деловой древесины по категориям крупности. Доля мелкой древесины остается практически неизменной, лишь доля средней и крупной древесины изменяется за счет соотношения между ними.

4.4 Экономическое обоснование комплексных мероприятий

Определение экономической эффективности комплексного ухода проводится сравнением чистого (дисконтированного) дохода, формирующегося к возрасту главной рубки при проведении рубок ухода (базового варианта) и комплексного ухода (опытного варианта: рубка ухода+NH₄NO₃). Лесоводственный эффект, ожидаемый при проведении комплексного ухода, будет получен как дополнительный запас деловой древесины на корню (таблица 7; расчет на 1 га), (Типовые…, 1999; Организация…, 2008).

Таблица 7 - Лесоводственно-экономические показатели мероприятий

№ п/п	Показатели	Ед. изм.	Базовый	Опытный
1	Состав		10С+Е	10С+Е
2	Возраст главной рубки	лет	101	101
3	Запас в возрасте главной рубки	м3	425	553
4	Дисконтированная оценка запаса в возрасте главной рубки	руб.	31371,97	41230,14
5	Затраты на рубку ухода в т.ч. капитальные	руб.	13170,25 100,9	28878,21 100,9
6	Стоимость запаса в возрасте проходной рубки	руб.	5827,7	5827,8
7	Чистый дисконтированный доход	руб.	37199,67	47057,94
8	Сравнительный экономический эффект	руб.		9858,17

5 Влияние комплексного ухода на развитие нижних ярусов растительности

5.1 Развитие подлесочного яруса

На СПП-5 (С₂, сосняк липовый) определяли густоту, встречаемость и видовое разнообразие подлеска. Исследования показали незначительное и независимое от вида и количества внесенных удобрений отличие видового разнообразия и густоты подлеска в опыте и в контроле (таблица 8).

На СПП-2 (В₂С₂; рисунок 8) с NH₄NO₃ достоверная связь отсутствует, но в отдельных вариантах густота подлеска достигает 91,7% по сравнению с контролем.

Таблица 8 - Видовое разнообразие, густота и встречаемость подлеска

Вид	Густота на секциях СПП, тыс.шт./га / встречаемость, %
	1	2	3	4	5	6 (К)*	7	8
Лещина об. (Corylus avellana L.)	0,8/ 40	0,1/ 10	0,3/ 20	0,4/ 20	0,3/ 30	0,3/ 30	0,3/ 30	0,2/ 20
Рябина об. (Sorbus aucuparia L.)	107/ 80	173/ 90	106/ 100	92/ 100	77/ 80	118/ 100	73/ 100	51/ 70
Черемуха птичья (Padus avium Mill.)	0,1/ 10	0,3/ 20	1,8/ 40	1,1/ 20	0,3/ 10	0,7/ 30	0,1/ 10	-
Жимолость об. (Lonicera xylosteum L.)	0,5/ 30	1,0/ 30	3,7/ 70	0,4/ 10	0,5/ 30	0,9/ 40	2,4/ 50	0,2/ 20
…
Среднее значение	12,2/ 24,4	19,5/ 20,0	12,5/ 32,2	10,5/ 18,9	8,7/ 18,9	13,4/ 24,4	8,7/ 25,6	5,8/ 15,6

Рисунок 8 - Связь густоты подлеска с дозой аммиачной селитры (СПП-2)

Очевидно, что влияние удобрений на формирование подлеска в различных ТЛУ выражено слабо, а значительное варьирование средних величин густоты подлеска свидетельствует о влиянии на признак других факторов: густота или полнота древостоя, изменяемые рубками ухода и в процессе дифференциации и отпада, который в свою очередь, зависит от варианта ухода, вида, дозы и сочетания удобрений, а также структуры насаждения. Связь между густотой подлеска и полнотой древостоя на СПП-7 (А₂) отрицательная (r=-0,988; t_факт>t_табл; P=99%), т.е. при полноте древостоя от 0,7 до 1,0 густота подлеска уменьшается, что связано с недостатком света и увеличением конкуренции в почвенном питании (рисунок 9).



Рисунок 9 - Связь густоты подлеска с полнотой древостоя (СПП-7)

При увеличении полноты от 0,3 до 1,0 в условиях В₂С₂ (СПП-1) изменение густоты подлеска подчиняется полиномиальному распределению, т.е. с повышением полноты древостоя густота подлеска достигает максимума при полноте 0,55, затем снижается (рисунок 10).

Рисунок 10 - Связь густоты подлеска с полнотой древостоя (СПП-1)

5.2 Закономерности развития естественного возобновления

На секциях СПП-2 с NH₄NO₃ отмечается варьирование густоты подроста в опытах по сравнению с контролем, не подчиняющееся известным закономерностям, что не позволяет говорить о наличии связи между густотой подроста и дозой селитры (рисунок 11; t_факт<t_табл).



Рисунок 11 - Связь густоты подроста с дозой аммиачной селитры (СПП-2)

Более четкая связь отмечается на секциях с KNO₃ (r=+0,54, t_факт<t_табл). В целом, на секциях с внесением KNO₃ связь между показателями густоты подлеска и подроста и дозой удобрения более выражена, чем на секциях с иными видами удобрений.

Анализ влияния удобрений на густоту подроста на 10-и СПП не установил достоверной связи между этими статистическими признаками. Влияние рубок ухода на густоту подроста определяли через полноту древостоя. Так, на СПП-1 (В₂С₂) густота подроста снижается при повышении полноты от 0,3 до 1,0 (рисунок 12). Максимальное количество подроста отмечается при полноте 0,3, что связано с наличием среди елового подроста определенного количества особей клена остролистного и дуба черешчатого, относящихся к менее теневыносливым видам (r=-1,24; t_факт>t_табл; P=95%).

Рисунок 12 - Связь густоты подроста с полнотой древостоя (СПП-1)

На секциях СПП-2 густота елового подроста достигает максимума при полноте древостоя 0,7, затем снижается при повышении полноты, т.е. имеет место очень слабая полиномиальная зависимость (рисунок 13).

Рисунок 13 - Связь густоты подроста с полнотой древостоя (СПП-2)

Подобные виды связи с высокой корреляцией отмечаются и на других СПП, что подтверждает достоверность влияния полноты древостоя, регулируемой рубками ухода, на густоту подроста.

6 Динамика формирования лесной подстилки

Известно, что в первые 5 лет после ухода толщина подстилки может уменьшаться на 10-30% (Синькевич, 1984; Штукин, 1997). Однако, литературных данных о дальнейшем изменении мощности лесной подстилки на площадях с уходом недостаточно.

Исследования показали, что на секциях с проведением рубок ухода и внесением NH₄NO₃ наблюдается тенденция к уменьшению мощности лесной подстилки с увеличением дозы NH₄NO₃ (рисунок 14). Для установления влияния каждого из факторов ухода, воздействующих на мощность подстилки, проводили множественный корреляционный анализ. Оказалось, что зависимость между дозой NH₄NO₃ и мощностью подстилки недостоверна, т.к. t_факт<t_табл, что позволяет определить корреляцию только между 2 признаками - мощностью подстилки и интенсивностью рубок ухода.



Рисунок 14 - Связь мощности лесной подстилки с дозой аммиачной селитры (СПП-7, СПП-8)

Расхождение в форме связи между зависимыми признаками на отдельных СПП и ее недостоверность свидетельствует о воздействии на мощность лесной подстилки других факторов, кроме изучаемых.

Влияние рубок ухода на мощность подстилки определяли через густоту древостоя, т.к. именно этот признак зависит от рубок. Увеличение густоты древостоя приводит к накоплению лесной подстилки под древесным пологом (рисунок 15), отчасти из-за уменьшения светового потока к поверхности почвы. Мощность подстилки на СПП варьирует от 1,9 см до 2,6 см. В данном случае r=+0,81, t_факт>t_табл, P=95%. Подобная форма связи отмечена на других СПП, что свидетельствует о значительном влиянии густоты древостоя на мощность подстилки.

Рисунок 15 - Связь мощности лесной подстилки с густотой древостоя (СПП-7, СПП-8)

На мощность лесной подстилки могут оказывать влияние такие факторы, как густота древостоя и подлеска, сомкнутость древесного полога, рельеф, условия увлажнения, видовое разнообразие и активность почвенной мезо- и микрофауны и др. Процессы минерализации и гумификации органического вещества подстилки зависят также от содержания в верхних слоях почвы минеральных веществ, ускоряющих или тормозящих эти процессы, поэтому цикл исследований включал установление различий в химическом составе почвенных генетических горизонтов контроля и вариантов ухода.

Сравнение данных химического анализа контроля и вариантов ухода не выявило существенного различия между ними, эти показатели значимо не отличаются от показателей химического состава аналогичных почв в буферной зоне без воздействия удобрений (таблица 8). То есть, однократное внесение в почву в 60-е годы XX века удобрений не привело к изменению химического состава почвы, они были полностью вовлечены в биокруговорот растениями и почвенной фауной. Это еще раз подтверждает краткосрочное влияние минеральных удобрений на нижние ярусы растительности и подстилку, выявить которое спустя длительный период после комплексного ухода не всегда возможно.

Таблица 9 - Содержание элементов питания в почве

Место взятия образцов (№ СПП / № разреза)	Знак горизонта	Гумус по Тюрину, %	Подвижный фосфор по Кирсанову (мг Р2О5 на 100 г)	Обменный калий по Кирсанову (мг К2О на 100 г)
Почва слабодерновая слабоподзолистая песчаная на ФГП
Буферная зона	А1	1,9	7,0	6,1
	А1А2	0,22	4,8	2,1
	В1	0,35	5,3	1,2
	В2	0,52	8,7	6,2
	С	0,53	16,2	6,5
СПП-7/1 контроль	А1	0,60	5	11
	А1А2	0,35	5	2,5
	В1	0,29	6	1,5
	В2С	0,06	4	2,25
СПП-7/2 N43	А1	0,85	5,0	9,25
	А1А2	0,54	3,75	2,5
	В1	0,50	6,25	0,75
	В2С	0,16	2,5	0,5
СПП-7/3 N158	А1	0,53	2	2,25
	А1А2	0,40	3	2,5
	В1	0,34	5	4,0
	В2	0,03	5	3
	С	0,27	4	1,5

Выводы

1 Однократный комплексный уход в 20-30-летних сосняках вызывает значительное повышение Z_r, которое проявляется в основном на следующий год после ухода и продолжается от 2 до 30 лет, в зависимости от варианта ухода и ТЛУ. После радиальный прирост (Z_r) снижается до уровня контроля. Положительный эффект от ухода также зависит от погодных условий в год его проведения. У древостоев после ухода отмечается более широкая амплитуда колебаний Z_r. При одинаковых видах и дозах удобрений наибольший Z_r отмечается в вариантах с рубками большей интенсивности. Действие комплексного ухода на Z_r сосны более длительно в вариантах без обрезки сучьев.

2 Наибольшие приросты и продолжительность положительной реакции древостоев на уход отмечается в следующих ТЛУ и вариантах ухода: А₂ - слабое низовое прореживание, внесение NH₄NO₃ 50-115 кг /га; В₂ - рубка низовая умеренной степени, внесение NH₄NO₃ 132 кг /га, KNO₃ - д.в. N17K₂О60; рубка умеренная или сильная низовая, обрезка 2 живых нижних мутовок, внесение NH₄NO₃ двукратно (май, июль) - 132 кг д.в./га; В₂С₂ - слабое низовое прореживание, внесение NH₄NO₃ по технической массе 40-140 кг/га, KNO₃ - 150-400 кг/га или по д.в. NH₄NO₃ и KNO₃ от N16K₂O54 до N78K₂O180.

3 С возрастом насаждения (20…70 лет) Z_r на секциях с уходом снижается в 1,5-3,4 раза, в контроле - в 1,4-2,3 раза. В условиях В₂С₂ тенденция снижения Z_r с возрастом менее выражена, т.е. через 40-45 лет после ухода Z_r варьирует в пределах контроля. Влияние однократного комплексного ухода в молодняках существенно влияет на Z_h к 70-летнему возрасту в 50% секций.

5 Выявлено положительное влияние комплексных мероприятий на товарную структуру древостоев, особенно в ТЛУ В₂С₂ и при использовании комплекса из 2-3 простых удобрений: деловой древесины средней категории крупности больше формируется на опытных участках (до 13%), чем в контроле.

6 На развитие подроста и подлеска основное влияние оказывает полнота древесного полога, доля участия в них светолюбивых и теневыносливых видов и межвидовая конкуренция. Влияние внесенных удобрений на густоту подроста и подлеска проявляется косвенно через полноту древостоя. Влияние комплексного ухода на густоту подроста и подлеска спустя 40 лет в большей мере проявляется через рубки ухода.

7 Наблюдается тенденция к уменьшению мощности подстилки на секциях с уходом. Основным фактором изменения мощности лесной подстилки является густота древостоя, снижение которой достигается рубками при комплексном уходе.

8 Однократное внесение удобрений не привело в дальнейшем к изменению химического состава почвы: удобрения были полностью вовлечены в биологический круговорот растениями и почвенной фауной.

Рекомендации производству

Исследования показали целесообразность применения отдельных вариантов комплексного ухода в определенных ТЛУ. Для выращивания дополнительного объема высококачественной древесины с возраста молодняков комплексный уход можно проводить с интервалом 5-20 лет, используя низовой метод рубки умеренной интенсивности или равномерное удаление деревьев разных классов роста с внесением удобрений в оптимальных дозах. Лучшие результаты были получены при внесении NH₄NO₃ для условий А₂ в дозах 50-115 кг д.в./га, для В₂, В₂С₂ - 100-130 кг д.в./га. При регулярном уходе для молодняков до 30 лет в конкретных ТЛУ можно рекомендовать следующие варианты ухода и сроки повторяемости:

в А₂ - слабое низовое прореживание, внесение NH₄NO₃ - 50-115 кг д.в./га. Повторное проведение ухода целесообразно через 20 лет.

в В₂ - рубка низовая умеренной степени, внесение NH₄NO₃ 132 кг д.в./га, KNO₃ - д.в. N17K₂О60 - повторное проведение ухода через 10 лет. Рубка умеренная или сильная низовая, обрезка 2-х живых нижних мутовок, внесение NH₄NO₃ двукратно (май, июль) - 132 кг д.в./га - повторное проведение ухода через 4 года.

в В₂С₂ - слабое низовое прореживание, внесение NH₄NO₃ по технической массе 40-140 кг/га, KNO₃ - 150-400 кг/га или по д.в. NH₄NO₃ и KNO₃ от N16K₂O54 до N78K₂O180. Повторное проведение ухода через 4 года.

При отсутствии удобрений можно применять измельченные порубочные остатки от рубок ухода и главного пользования, распределяя их равномерно по лесосеке для перегнивания. Как правило, с возрастом дополнительный прирост от комплексного ухода сглаживается, поэтому комплексные мероприятия при разовом проведении рекомендуется назначать за 15 лет до главной рубки. Варианты ухода следует корректировать в зависимости от темпов текущего прироста, условий произрастания, рельефа местности, погодных условий, полноты и густоты древесного полога.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1 Балухта, Л.П. Результаты комплексного ухода в насаждениях БЛМ / Л.П. Балухта // Актуал. проблемы лесного комплекса: сб. науч. тр. по итогам междунар. науч.-техн. конф. / Брян. гос. инженер. технол. акад.; под ред. Е.А. Памфилова. - Брянск, 2006. - Вып. 13. - С. 6-9.

2 Балухта, Л.П. Влияние комплексного ухода на мощность лесной подстилки в насаждениях БЛМ / Л.П. Балухта // 10-я Пущинская школа-конф. молодых ученых, посвящ. 50-летию Пущин. науч. центра РАН: сб. тез. - Пущино, 2006. - С. 254.

3 Балухта, Л.П. Комплексный уход и товарная структура сосновых насаждений БЛМ / Л.П. Балухта // 10-я Пущинская школа-конф. молодых ученых, посвящ. 50-летию Пущин. науч. центра РАН: сб. тез. - Пущино, 2006. - С. 254.

4 Балухта, Л.П. Комплексный уход и подлесочная растительность в сосняках свежих / Л.П. Балухта // Лесной вестн. / МГУЛ. - М., 2007. - № 4. - С. 42-44.

5 Балухта, Л.П. Влияние комплексного ухода на мощность лесной подстилки в условиях свежего бора БЛМ / Л.П. Балухта // Рацион. использование и воспр-во лесных ресурсов в системе устойчивого развития. материалы междунар. науч.-практ. конф. / Ин-т леса НАН Беларуси. - Гомель, 2007. - С. 27-31.

6 Балухта, Л.П. Определение радиального прироста на основе компьютерных технологий / Л.П. Балухта // Вестник МАНЭБ. - СПб., 2008. - Т. 13.- № 2. - С. 46-48.

Просим прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 241037, г. Брянск, пр-т Станке Димитрова, д. 3, БГИТА. Диссертационный совет.

Лицензия № ИД-04185 от 06.03.2005 г. Подписано к печати с оригинал-макета 26.10.2009

Формат 60х48/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз.

Брянская государственная инженерно-технологическая академия. 241037, Брянск, пр-т Станке-Димитрова, 3.

Отпечатано в типографии лесохозяйственного факультета.

Телефон деканата: 8(4832)741652

Размещено на Allbest.ru

...