глава 1. состояние вопроса - Сибирский государственный

На правах рукописи
Ибе Алексей Александрович
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ КУЛЬТУР СОСНЫ
ОБЫКНОВЕННОЙ (PINUS SYLVESTRIS L.) В ЮЖНОТАЕЖНОЙ
ПОДЗОНЕ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ
06.03.01. - Лесные культуры, селекция, семеноводство
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата
сельскохозяйственных наук
Красноярск – 2009
Работа выполнена в Институте леса им. В.Н. Сукачева СО РАН
Научный руководитель:
доктор сельскохозяйственных наук
Вараксин Геннадий Сергеевич
Официальные оппоненты:
доктор сельскохозяйственных наук
Братилова Наталья Петровна
кандидат биологических наук
Кузнецова Галина Васильевна
Ведущая организация:
Хакасский государственный
университет им. Н.Ф. Катанова»
Защита состоится 7 мая 2009 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного
совета Д 212.253.05 в ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82.
Факс: (391)266-03-90, E-mail: nvn@sibstu.kts.ru
Сайт: http://www.sibstu.kts.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СибГТУ
Автореферат разослан « 6 » апреля 2009 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
канд. с.-х. наук, доцент
М.В. Репях
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Лесовосстановление – одна из важных экологических проблем нашей страны (Огиевский, 1962, 1966). В Сибири, в результате
длительного интенсивного промышленного освоения и уничтожения лесными пожарами, значительно сократились площади сосновых лесов (Соколов,
Фарбер, 2006). Естественное возобновление на вырубках и гарях нередко
происходит неудовлетворительно или со сменой хвойных на лиственные породы. В связи с этим успешное воспроизводство хвойных насаждений определяется эффективностью создания лесных культур. В подзоне южной тайги
Иркутской области детальных исследований по выращиванию сосновых
культур до настоящего времени не проводилось.
Цель работы и задачи исследований
Цель данной работы заключалась в исследовании эффективных способов выращивания высокопродуктивных искусственных насаждений сосны
обыкновенной (Pinus sylvestris L.) на основе изучения особенностей формирования и состояния опытных и производственных культур в южнотаежной
подзоне Иркутской области. Поставленная цель достигалась решением следующих задач:
– изучить приживаемость и рост опытных сосновых культур в зависимости от сроков их создания, вида и возраста посадочного материала;
– изучить особенности формирования производственных культур, созданных в разных экологических условиях;
– исследовать биологическую продуктивность культур сосны обыкновенной разного возраста;
– разработать рекомендации по выращиванию культур сосны обыкновенной в подзоне южной тайги Иркутской области.
Защищаемые положения.
1. В подзоне южной тайги Иркутской области наибольшее влияние на
приживаемость и рост культур сосны обыкновенной оказывают сроки посадки, экспозиция склона, вид и возраст посадочного материала.
2. В районе исследований сосновые культуры по биологической и стволовой продуктивности превосходят естественные насаждения этого вида.
Научная новизна. Впервые детально исследованы производственные и
опытные культуры сосны обыкновенной в южнотаежной подзоне Иркутской
области. Выявлены оптимальные сроки проведения лесопосадочных работ и
способы обработки почвы, установлены вид и возраст посадочного материала. Впервые в районе исследований установлена биологическая и стволовая
продуктивность сосновых культур разного возраста.
Практическая значимость работы. Разработаны рекомендации и
предложены технологические схемы по выращиванию высокопродуктивных
культур сосны обыкновенной в южнотаежной подзоне Иркутской области
(Вараксин, Ибе, 2009).
Личное участие автора. Все исследования по теме диссертации от сбора экспериментального материала до его анализа осуществлены автором или
при его непосредственном участии.
3
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований
доложены на конференции молодых ученых Института леса СО РАН «Исследования компонентов лесных экосистем Сибири» (Красноярск, 2007), посвященной 50-летию СО РАН; на Убсу-Нурском международном симпозиуме «Экосистемы Центральной Азии: исследования, проблемы охраны и природопользования» (Кызыл, 2008) и на Всероссийской научной конференции
«Лесной и химический комплексы – проблемы и решения» (Красноярск,
2008).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, в том
числе одна по списку ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация представлена на 144
страницах машинописного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов,
списка литературы и 5 приложений. Список литературы включает 261
наименований отечественных и зарубежных авторов. Текст содержит 23 таблицы, 19 рисунков.
Благодарности. Автор благодарит своего научного руководителя доктора сельскохозяйственных наук Вараксина Г.С. за всестороннюю помощь в
работе над диссертацией. Автор выражает также признательность к.с.-х.н.
Полякову В.И., к.б.н. Люминарской М.А, к.б.н. Лобанову А.И. сотрудникам
и аспирантам лаборатории лесных культур Института леса им. В.Н. Сукачева
СО РАН за помощь в сборе и обработке полевого материала.
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
Неравномерное распределение лесных ресурсов на территории Российской Федерации, постоянный рост объемов лесозаготовок в районах Европейского Севера, Сибири и Дальнего Востока ведет к тому, что удельный вес
лесокультурного фонда многолесных районов страны непрерывно увеличивается. Так, к настоящему времени только в Иркутской области общая площадь лесокультурного фонда составляет более 2 млн. га (Ващук, Швиденко,
2006). При искусственном лесовостановлении в южнотаежной подзоне области в качестве главной породы используется сосна обыкновенная.
Исследованию состояния, особенностей роста и развития лесных культур в различных природных зонах, особенно в европейской части страны, посвящены работы таких ученых, как: Л.А. Истомин (1960); П.В. Луговых
(1964); А.М. Ахмеров (1975); Л.Е. Годнев, В.В. Миронов (1975); С.П. Смирнов (1975); Ч.С. Хасанкаев, Ф.В. Аглиуллин (1975); А.И. Маркова, З.Ф. Матюхина, Т.А. Шалыгина, А.Е. Верт (1978); Л.Ф. Ипатов (1980); А.И. Писаренко, М.Д. Мерзленко (1980); А.Р. Родин (1980, 2006); Ф.Р. Соловьева
(1980); О.А. Шапкин (1983); Н.А. Бабич, В.Е. Кизенков, Г.И. Травникова
(1987); Е.Д. Годнев, Ю.В. Миронов (1987); С.А. Родин (2002, 2005) и др.
В Сибири исследованиями агротехники выращивания лесных культур в
разные годы занимались В.В.Огиевский (1962, 1966); В.В. Огиевский, А.А.
Медведева (1969); И.А. Фрейберг, А.М. Бирюкова (1975); Н.В. Ковылин и др.
(1981, 1982, 1984, 2000, 2005); Г.С. Вараксин (1987, 1991, 2000, 2004); С.С.
4
Нипа (1988, 1992); Р.Н. Матвеева, О.Ф. Буторова (1997); Я.Н. Ишутин (2006);
И.Н. Павлов, О.А. Барабанова (2006) и др.
Тем не менее, анализ литературных источников по созданию и выращиванию культур сосны обыкновенной в разных лесорастительных условиях
России подтверждает необходимость изучения особенностей формирования
сосновых культур, их фитомассы с целью совершенствования существующих
и разработке новых эффективных способов их выращивания в южнотаежной
подзоне Иркутской области.
ГЛАВА 2. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ
Территория района исследований относится к Средне-Сибирскому сильно континентальному сектору, Средне-Сибирской плоскогорной лесорастительной области, Приангарскому округу южнотаежных и подтаежных светлохвойных лесов (Смагин, 1985; Коротков, 1994).
Климат района исследования недостаточно теплый, увлажненный, с коротким безморозным периодом (75-85 дней) и продолжительной холодной
зимой. Годовая сумма осадков составляет 354 – 374 мм (Агроклиматические
ресурсы, 1977).
Территория района исследований представляет собой приподнятую равнину (абсолютная высота 350-800 м) – юго-западную часть Среднесибирского плоскогорья, расчлененную Ангарой и ее притоками. Характерной особенностью рельефа всей равнины, оказывающей большое влияние на микроклимат, является наличие так называемых падей. Это – отрицательные и довольно однообразные формы рельефа, напоминающие долины с крутыми
склонами. Глубина падей колеблется от 30 до 300 м (Агроклиматический
справочник, 1959).
Для подзоны южной тайги характерны следующие типы почв: дерновоподзолистые, дерновые лесные (дерново-таежные) и дерново-карбонатные
почвы (Макеев, 1959; Горбачев, 1967, 1980; Горбачев, Сорокин, 1978; Красеха, Корсунова, 1985; Добровольский, 1993). Почвообразующими породами
служат продукты разрушения траппов и осадочных, часто карбонатных пород. Есть небольшие массивы рыхлых четвертичных отложений – лессовидных суглинков, а в приречных участках иногда песков (Горшенин, 1955).
В подзоне южной тайги в основном господствуют лиственничнососновые леса (Средняя Сибирь, 1964; Горбачев, Сорокин, 1978; Добровольский, Урасевская, 2004). Сосновые леса занимают огромные пространства до 50-60 % (Ващук, Швиденко, 2006). В районе исследований также произрастают ель сибирская, пихта сибирская, кедр сибирский, береза и осина. По
данным С.Ф. Курнаева (1973), Л.Н. Ващука, А.З. Швиденко (2006), В. А. Соколова и С.К. Фарбера (2006), можно выделить две основные группы типов
леса: разнотравные и мшистые.
5
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ, ОБЪЕКТЫ И ОБЪЕМ
ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ
Исследования сосновых культур проводились в соответствии с общепринятыми методиками Н.П. Кобранова (1930), В.В. Огиевского, А.А. Хирова (1964), Г.К. Незабудкина и др. (1957), А.А. Молчанова, В.В. Смирнова
(1967), а также в соответствии с методическими указаниями ЛенНИИЛХа
(1978). Изучение биологической продуктивности в культурах сосны обыкновенной разных возрастов выполнялось согласно методам, разработанным
А.И Уткиным (1975), М.Г. Семечкиной (1978) и В.А. Усольцевым, С.В. Залесовым (2003). Состояние сосновых культур на обследуемых пробных площадях оценивалось по ГОСТу 17559-82 и ОСТу 56-99-93, и по критериям качества лесных культур, разработанных А.И. Писаренко и М.Д. Мерзленко
(1980). Типы леса и лесорастительные условия определялись по методическим разработкам В.Н. Сукачева и С.В. Зонна (1961). Живой напочвенный
покров описывался по методике В.Н. Макаревича (1966).
Собранные полевые материалы были обработаны методами математической статистики (Лакин, 1973; Кузьмичев, 1977; Доспехов, 1979). Для выявления закономерностей роста и продуктивности были применены регрессионный, корреляционный и дисперсионный анализы полученных данных. Для
оценки достоверности различий использовались квантиль распределения
Стьюдента и критерий Фишера. Статистическая обработка результатов выполнена с использованием статистических программ (Statistica 6.0), программы Microsoft Excel.
Объектами изучения явились производственные и опытные культуры
сосны обыкновенной. Исследования проводились на 35 пробных площадях в
Капаевском лесничестве Северного лесхоза, Невонском лесничестве Илимского лесхоза и Воробьевском лесничестве Эдучанского лесхоза Иркутской
области, заложенных в разных экологических условиях. В работе приведены
названия лесхозов, существовавших на начало 2007 года.
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ СОЗДАНИЯ ОПЫТНЫХ КУЛЬТУР,
ПРОИЗРАСТАЮЩИХ В РАЗЛИЧНЫХ ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫХ
УСЛОВИЯХ
Изучаемые опытные лесные культуры в районе исследований созданы
под методическим руководством д-ра с.-х. наук Вараксина Г.С.
4.1. Приживаемость сосновых культур в зависимости от вида и возраста посадочного материала.
Изучение состояния опытных культур сосны обыкновенной, созданных
посадочным материалом разного вида и возраста, проводилось в Капаевском
лесничестве Северного лесхоза (опытный участок 1) и в Невонском лесничестве Илимского лесхоза (опытный участок 2) Иркутской области (Вараксин,
Ибе, 2007; Ибе, 2007).
Анализ данных, приведенных в таблице 1, показывает, что в условиях,
где ранее произрастал лиственничник осочково-разнотравный (участок 1),
культуры сосны обыкновенной, созданные саженцами (ПП-1), имеют прижи6
ваемость на 60,3-77,0 % выше, чем культуры, созданные сеянцами (ПП-2-5).
Наибольший отпад (91,4 %) растений отмечается в культурах, заложенных 2летними сеянцами (вар.-3). Столь низкая приживаемость сеянцев обусловлена отрицательным влиянием травянистой растительности. Низкая приживаемость (10,5 %) наблюдается и в культурах, созданных 5-летними сеянцами
(ПП-6).
Таблица 1
Приживаемость и таксационные показатели однолетних культур сосны
обыкновенной в зависимости от вида и возраста посадочного материала
№
ПП
Вид посадочного материала
Возраст посадочного
материала,
лет
1
2
3
4
5
6
саженцы
сеянцы
сеянцы
сеянцы
сеянцы
сеянцы
2+2
1
2
3
4
5
7
8
9
10
11
12
саженцы
сеянцы
сеянцы
сеянцы
сеянцы
сеянцы
2+2
1
2
3
4
5
Приживаемость, %
Высота, см
Опытный участок № 1
91,7
35,5±1,12
31,4
6,4±0,57
8,6
17,7±0,39
22,9
24,8±1,87
14,7
38,7±1,66
10,5
41,9±2,11
Опытный участок № 2
95,0
33,8±1,01
31,4
6,1±0,37
26,7
14,7±0,77
25,0
27,83±2,46
20,5
33,1±0,48
45,8
37,7±2,57
Диаметр у корневой шейки,
мм
12,8±0,31
2,3±0,27
5,8±0,19
7,8±0,36
8,2±0,17
8,1±0,27
11,0±0,38
2,0±0,17
5,1±0,26
6,75±0,76
8,1±0,16
7,5±0,18
В условиях ельника разнотравно-зеленомошного (участок 2) наблюдается несколько иная картина состояния культур сосны обыкновенной (таблица 1). Максимальный отпад растений (69,6-79,5 %) отмечается в культурах,
созданных сеянцами всех возрастов (ПП-8-11). Основные причины низкой
приживаемости сеянцев: сильная конкуренция со стороны травянистой растительности и выжимание сеянцев кристаллами льда из почвы. Так же, как и
на первом участке, в разнотравно-зеленомошном типе леса наиболее высокую приживаемость (95,0 %) имеют культуры, созданные саженцами (ПП-7).
4.2. Состояние культур сосны обыкновенной в зависимости от сроков их создания.
В условиях подзоны южной тайги было проведено исследование состояния опытных культур сосны обыкновенной в зависимости от их сроков посадки. Для сравнения приведены данные о приживаемости опытных культур
основных лесообразующих хвойных пород Сибири: кедра сибирского, пихты
сибирской и ели сибирской. Материалом исследований послужили пробные
площади, заложенные в культурах хвойных пород Капаевского лесничества
Северного лесхоза (участок 1) и Невонского лесничества Илимского лесхоза
(участок 2) (Вараксин, Ибе, 2007, 2008; Ибе, Вараксин, 2008).
7
Установлено, что культуры кедра сибирского на северо-западном склоне
1-го участка, созданные в первой декаде июня, имеют высокую (83,6 %)
приживаемость в первый год, с незначительным ее снижением на второй год
(76,1 %). Более высокая приживаемость наблюдается в культурах кедра, заложенных в это же время на юго-восточном склоне: 89,3 % в первый год после посадки и 85,4 % – во второй год. Значительный отпад растений зарегистрирован в культурах кедра, посаженных в I декаде сентября, на склонах северо-западной и юго-восточной экспозиций.
При сравнении приживаемости культур ели сибирской, пихты сибирской и сосны обыкновенной разных сроков посадки выявлено, что наилучшие результаты отмечаются на северо-западном склоне в культурах, созданных в первой декаде июня, приживаемость которых составляет: в первый год
- 91,1 %, 86,6 % и 71,4 % и во второй год – 75 %, 79,6 % и 49 %, соответственно. На юго-восточном склоне приживаемость культур данных пород несколько ниже: культур ели сибирской в 1-ый год – 82, 1 % и во 2-ой год –
67,6 %, пихты сибирской – 65,9 % и 60,4 %, сосны обыкновенной – 70 % и
45 %, соответственно. Независимо от экспозиции склона, отмечается низкая
приживаемость как еловых и сосновых, так и пихтовых культур при посадке
во второй декаде июля и в первой декаде сентября (14,7-22,6 %).
Анализ полученных таксационных показателей сеянцев сосны обыкновенной выявил особенности роста культур сосны в зависимости от сроков их
посадки. Так, независимо от экспозиции склона, двухлетние сосновые культуры (ПП-13 и ПП-16), созданные в первой декаде июня, по текущему приросту в высоту в 1,7-2,2 раза превосходят 2-х летние культуры сосны летней
и осенней посадок (ПП-14, ПП-15, ПП-17). Сеянцы, произрастающие на ПП13 и ПП-16, быстрее оправились после пересадки их из питомника на лесокультурную площадь. По диаметру культуры на всех пробных площадях различались статистически несущественно (tср=1,2) (таблица 2).
Таблица 2
Таксационные показатели 2-летних сосновых культур на 1-м участке
№ ПП
Срок посадки
13
14
15
I дек. июня
II дек. июля
I дек. сентября
16
17
I дек. июня
II дек. июля
Высота, см
Северо-западный склон
37,3±1,01
35,9±0,52
38,7±0,73
Юго-восточный склон
25,1±0,79
28,9±0,62
Диаметр у корневой
шейки, мм
6,5±0,27
6,8±0,38
6,2±0,11
6,0±0,22
5,8±0,66
На 2-м участке, независимо от экспозиции склона, наблюдается неудовлетворительная приживаемость культур кедра сибирского (7,1-20 %), заложенных в первой половине декады июня. Приживаемость культур ели сибирской и пихты сибирской на втором участке ниже, чем приживаемость культур данных пород на 1-ом участке. Для еловых культур после первого веге8
тационного периода она составляет 63,2 – 82,1 %, после второго – 52,9 - 66,7
%, а для пихтовых культур – 66,7 – 80,0 % и 66,7 – 77,8 %, соответственно.
Высокую приживаемость на 2-м участке имеют культуры сосны обыкновенной, созданные в первой декаде июня (68,1 – 85,7 %) в фазу набухания
почек. К этому времени почва на вырубках хорошо прогревается, а сеянцы
еще не начинают трогаться в рост. Культуры кедра сибирского, ели сибирской, пихты сибирской и сосны обыкновенной, созданные на этом же участке
во второй половине декады июля и в первой декаде сентября, на второй год
имеют низкую (от 0 до 20, 0 %) приживаемость.
Анализ таксационных показателей сосновых культур, созданных в разные сроки на опытном участке 2, позволил выявить, что рост культур на ПП22 в среднем по высоте в 1,8-2,1 раза выше, чем рост культур на ПП-19 и ПП20. Обильная степень задернения на ПП-19 и ПП-20 оказывает негативное
влияние на линейные показатели культур. По диаметру культуры на всех
пробных площадях различались статистически несущественно (tср=1,2) (таблица 3).
Таблица 3
Таксационные показатели 2-летних сосновых культур на 2-м участке
№ ПП
Срок посадки
Высота, см
Диаметр у корневой
шейки, мм
Северный склон
19
I дек. июня
21,9±0,77
5,7±0,26
20
II дек. июля
35,8±0,52
6,7±0,58
Южный склон
22
I дек. июня
19,2±0,11
7,0±0,66
Примечание: замеры на ПП-21, ПП-23 и ПП-24 не проводились вследствие плохой
приживаемости и гибели культур.
ГЛАВА 5. ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ И ОСОБЕННОСТИ
ФОРМИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ КУЛЬТУР, СОЗДАННЫХ
В РАЗНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
На территории Иркутской области создано только за 1989-1995 гг.
171908 га производственных культур из различных древесных пород, в том
числе из сосны обыкновенной, поэтому они представляют огромный интерес
для изучения различных приемов лесовосстановления (Ващук и др., 1997).
На таких объектах наглядны как преимущества, так и недостатки того или
иного типа лесных культур. Анализ производственного опыта позволяет совершенствовать существующие и разработать новые технологические приемы создания лесных культур.
5.1. Анализ состояния лесных культур в фазах приживания и предшествующей смыканию
В комплексе мероприятий, определяющих качество и эффективность
лесных культур, важная роль принадлежит механической обработке почвы
(Пигарев и др., 1979).
Для определения оптимального способа обработки почвы было проведено исследование состояния производственных культур сосны обыкновенной,
9
созданных в Воробьевском лесничестве Эдучанского лесхоза Иркутской области. Пробные площади закладывали в сосновых культурах в фазе приживания (ПП-25-28) и в фазе, предшествующей смыканию (ПП-29 и 30).
Анализ состояния 3-летних культур на дренированных почвах показывает, что более высокие показатели приживаемости имеют культуры сосны
на ПП-27 (95 %) и ПП-28 (88 %), созданные в полосы, в сравнении с приживаемостью культур на ПП-25 (66 %), посаженных в дно борозды. Самая низкая приживаемость (47 %) отмечается в культурах, заложенных на временно
переувлажненных почвах в дно плужных борозд (ПП-26). Основные причины
этого – выжимание растений кристаллами льда из почвы и вымокание. При
этом наибольшую среднюю высоту имеют культуры (ПП-27), произрастающие на полосах, подготовленных клином КРП-2,5 без снятия верхнего гумусового горизонта почвы. Это объясняется тем, что на этих полосах почти
полностью сохранен верхний плодородный слой почвы, что создает более
благоприятные условия для роста и развития деревцев, чем в плужных бороздах. Подтверждением этого вывода являются результаты по средней высоте деревьев сосны 8-летнего возраста, растущих в дне плужных борозд на
дренированных почвах (ПП-29 и 30) (рисунок 5). Наши результаты исследования согласуются с данными Н.В. Ковылина (2005) для Восточной Сибири.
Он установил, что на дренированных почвах в Иркутской области более высокая приживаемость характерна для культур, созданных посадкой при полосной обработке почвы бульдозером, когда с поверхности снимается лишь
верхний дернинный слой, тогда как самая низкая приживаемость характерна
для культур, посаженных в дно плужных борозд.
120,0
высота, см
100,0
y (29)= 1,6681x2 - 3,6757x + 11,612
R2 = 0,996
80,0
60,0
y (30)= 1,2893x2 - 1,2645x + 9,2286
R2 = 0,995
40,0
20,0
0,0
2
3
4
5
6
7
8
9
10
возраст, лет
ПП-29
ПП-30
Рис. 5. Ход рост в высоту сосновых культур на дренированных почвах.
В последние годы наблюдается снижение приростов в высоту культур
на ПП-29 и 30, что обусловлено зарастанием их лиственными породами,
прежде всего осиной и березой, которые снижают доступ деревцам сосны к
такому необходимому фактору как свет. Все это свидетельствует о необхо-
10
димости своевременного проведения рубок осветления для дальнейшего оптимального роста и развития культур на этих пробных площадях.
Рисунок 6 также иллюстрирует отставание в росте в высоту культур, заложенных в дно борозды, от культур, созданных на полосах, в первые три года. Это вызвано, прежде всего, нехваткой в минерализованных почвах питательных веществ, необходимых для интенсивного роста растений сосны в
первые годы жизни на лесокультурной площади, а также застаиванием в бороздах талых вод в весенний период, создавая тем самым неблагоприятные
условия для развития растений.
8,0
Прирост по высоте, см
2
y = -0,3429x + 6,1167x - 6,2571
R2 = 0,9021
20,0
15,0
2
y = -0,3863x + 5,8589x - 5,4268
R2 = 0,9061
10,0
5,0
Прирост по высоте, см
25,0
2
y25= 1,151x - 3,452x + 5,913
2
R = 0,989
28
y26 = 0,612x2 - 1,414x + 4,011
6,0
27
R2 = 0,994
0,0771x
y27 = 4,419e
4,0
2
R = 0,985
26
2
y28 = 1,331x - 3,623x + 6,232
2,0 25
2
R = 0,978
0,0
0,0
1
2
3
4
5
6
7
1
8
3
Календарный возраст культур, лет
Календарный возраст культур, лет
ПП-29
2
ПП-30
ПП-25
ПП-26
ПП-27
ПП-28
Рис. 6. Прирост в высоту культур сосны обыкновенной на дренированных и временно переувлажненных почвах.
Замедление прироста в высоту культур на ПП-27 обусловлено интенсивным зарастанием посадочных мест травянистой растительностью, вследствие отсутствия агротехнических уходов. В осенний период происходит заваливание травой культур на ПП-27, что негативно сказывается на их приросте в высоту.
5.2. Оценка состояния и роста сосновых культур в фазах «чащи» и
«жердняка».
Объектом исследования послужили 5 пробных площадей (ПП), заложенных в 2007 г. в чистых культурах сосны обыкновенной (таблица 4; рисунок 7). Биологический возраст культур – 18, 19, 21, 23, 24 года (Вараксин и
др., 2008).
11
Таблица 4
Таксационные показатели культур сосны обыкновенной
№
ПП
Со- Воз- Диа- Высо- Сумма
став раст, метр, та, м площ.
лет
см
сеч.,
м2/га
10С
23
12,9 10,1
21,3
10С
24
6,2
7,5
24,1
10С
21
6,3
6,0
23,5
10С
19
12,4
6,6
10,5
10С
18
9,7
6,5
8,6
31
32
33
34
35
Запас,
м3 /га
Густота, шт./га
Ср.
Полнота
первона- текущая объем
ствола,
чальная
м3
4000
1628
0,08
0,80
10000
7925
0,02
1,02
10000
7650
0,02
1,06
2000
872
0,04
0,44
4000
1163
0,02
0,36
117
102
85
40
32
В нашем исследовании отрицательное воздействие отразилось на средних диаметрах сосновых культур с густотами стояния 7650 и 7925 шт./га
(ПП-33 и ПП-32). Так, в биологическом возрасте 14 лет, средний диаметр
данных культур составил 3,7±0,1 см, что существенно ниже среднего диаметра в этом же возрасте в культурах с густотой стояния 872, 1163 и 1623
шт./га – 5,8±0,2 см, 5,5±0,1 и 5,0±0,2 см, соответственно. Кроме того, в культурах с густотами стояния 872, 1163 и 1628 шт./га продолжается интенсивный прирост деревьев в толщину (Zd=1,1 см), тогда как в загущенных культурах (ПП-32 и ПП-33), созданных посевом, отмечается замедление радиального прироста деревьев (Zd=0,76 см).
Перечеты на исследуемых пробных площадях произведены по 2 см ступеням толщины. Из рисунка 7 видно, что в древостое на ПП-31 со средним
диаметром 12,9 см встречаются деревья от 4 до 22 см. Изменчивость диаметра (CVd) составляет 35 %, а кривая распределения имеет незначительную
правостороннюю асимметрию (As = 0,14).
70%
40%
Относительное число деревьев
Относительное число деревьев
4
35%
4
2
30%
5
3
25%
20%
15%
10%
1
60%
50%
5
40%
2
30%
1
3
20%
1___ 31
2___ 32
3___ 33
4___ 34
5___ 35
10%
5%
0%
0%
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
0
28
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15
Высота, м
Ступени толщины, см
Рис. 7. Строение культур сосны обыкновенной по диаметру и высоте:
31 – в 23-летних культурах; 32, 33, 34 и 35 – соответственно в 24-, 21-,
19- и 18-летних.
Выровненные функцией В. Вейбулла ряды строения сосны по диаметру
в загущенных смолоду 24 и 21-летних культурах (ПП-32-33) по сравнению с
рядом распределения культур с густотой стояния 1628 шт./га (ПП-31) смеще12
ны влево и между собой практически не различаются (CVd = 40,9-41,3 %).
Диаметр деревьев в составе древостоев варьирует от 2 см до 16 см. В исследованных нами древостоях на ПП-34 и ПП-35 коэффициенты изменчивости
по диаметру составляют 20,1 % и 28,4 %, соответственно. При этом кривая
распределения деревьев по 2 см ступеням толщины в 19-летних сосновых
культурах с густотой стояния 872 шт./га (ПП-34) является более высоковершинной и имеет незначительную левостороннюю асимметрию (As = -0,08). В
этих культурах на долю деревьев с диаметрами 12-14 см приходится 55%
общего числа деревьев на пробной площади. В древостое с густотой стояния
1163 шт./га (ПП-35) и кривой распределения, имеющей левую асимметрию
(As=0,31), диаметр деревьев варьирует от минимального значения (4 см) до
максимального (16 см). Все это свидетельствует об интенсивном росте деревьев по диаметру в культурах с густотами стояния 872 и 1163 шт./га (ПП-34 и
ПП-35).
Полог крон древостоев с густотами стояния 1628, 872 и 1163 шт./га на
ПП-31, ПП-34 и 35 является горизонтально сомкнутым (CVh=10,6-17,3 %). В
составе него доминируют деревья с густыми низко опущенными кронами
(средняя протяженность живой части крон 63-87% (CVкр=5–9 %)). Процент
угнетенных и отстающих в росте деревьев составляет не более 8-13 % (рисунок 7). В 24- и 21-летних посевах сосны (ПП-32 и 33), вследствие их загущенности, продолжается интенсивная дифференциация деревьев по высоте
(CVh=20,3–28,5 %).
ГЛАВА 6. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ КУЛЬТУР
СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ РАЗНОГО ВОЗРАСТА
Значительная часть исследований посвящена изучению биологической
продуктивности естественных и реже искусственных древостоев сосны в Европейской части России и Западной Сибири (Габеев, 1969, 1982; Алексеев и
др., 1982; Уткин, 1970, 1975, 1995; Горбатенко и др., 1971; Семечкина и др.,
1973; Голиков, 1976; Усольцев, 1976, 1985, 1988, 2001, 2007; Семечкина,
1978, 1984; Уткин и др., 1980, 2003; Бабич и др., 1985, 2004; Пшеничникова и
др., 1985; Нагимов и др., 1997; Замолодчиков и др., 1998; Черепнин, 1999).
Данных о биологической продуктивности искусственных сосновых насаждений, особенно в районах интенсивных лесозаготовок для Восточной Сибири,
недостаточно.
Объектами исследований послужили производственные участки культур
сосны обыкновенной в возрасте 18, 19, 21, 23 и 24 лет, произрастающих в
южнотаежной подзоне Иркутской области. Показатели биологической продуктивности древостоев нами оценивались в базе данных, разработанной
В.И. Поляковым и Г.Г. Поляковой (2003) в среде MS Access. Полученные
данные по структуре фитомассы культур сосны обыкновенной приводятся в
таблице 5.
13
Таблица 5
Распределение надземной фитомассы культур сосны в абсолютно сухом
состоянии, т/га
№ ПП
31
32
33
34
35
Возраст,
лет
23
24
21
19
18
Густота,
шт./га
Древесина
Кора
Скелет
кроны
Хвоя
1628
7925
7650
872
1163
42,4
36,6
30,5
14,6
11,6
7,6
6,6
5,5
2,6
2,1
19,7
17,0
14,2
6,8
5,4
14,8
13,8
11,5
5,5
4,4
Отмершие
ветви и
сучья
2,6
2,2
1,9
0,9
0,7
Надземная часть
87,2
76,3
63,6
30,5
24,1
Наиболее продуктивными в нашем исследовании оказались 23-летние
культуры с густотой стояния 1628 шт./га (ПП-31). Их фитомасса надземной
части составила 87,2 т абсолютно сухого органического вещества на 1 га
(таблица 5). Наибольшее хозяйственное значение представляет стволовая
древесина, на ее долю в этих культурах приходится примерно половина всей
надземной фитомассы (48 %). Годичная продукция древесины искусственного насаждения на ПП-31 составляет 4,7 т/га. На стволовую часть модельных
деревьев приходится 56 % прироста надземной фитомассы, из которых 35 %
– древесина и 21 % – кора. В кроне 19 % годичного прироста фитомассы
приходится на скелетные и охвоенные мелкие ветки и 25 % – на хвою. Продуктивность работы хвои деревьев на ПП-31 оценивается в 0,32 т/га стволовой древесины.
В загущенных смолоду 21- и 24-летних молодняках (ПП-33 и ПП-32)
фактор повышенной густоты привел к снижению массы абсолютно сухого
вещества в их общей надземной части: 63,6 и 76,3 т/га, соответственно. Текущий прирост массы древесины этих древостоев остается высоким (3,2 т/га
на ПП-32 и 3,4 т/га на ПП-33) и пока еще превышает средний (на ПП-32 - в
2,1 раза и на ПП-33 - в 2,4 раза). Продуктивность хвои на ПП-32 снизилась до
0,23 т/га, а на ПП-33 – до 0,29 т/га стволовой древесины, таким образом, свидетельствуя об отрицательном воздействии излишней густоты.
На ПП-34 и ПП-35, представляющих собой культуры с очень редкой густотой стояния (872 и 1163 шт./га), надземная фитомасса составила 30,5 и
24,1 т/га, в том числе: стволовая древесина – 14,6 и 11,6; кора – 2,6 и 2,1; ветви – 6,8 и 5,4; хвоя – 5,5 и 4,4 т/га, соответственно (таблица 5). При оценке
продуктивности работы хвои этих молодняков (0,31 т/га на ПП-34 и 0,36 т/га
на ПП-35) видно, что их фотосинтезирующий аппарат, как результат на внутрипологовую освещенность, позволяет деревьям обеспечивать лучшую утилизацию солнечной энергии (Бабич и др., 2004). Тем не менее, вследствие
редкой густоты древостоев на ПП-34 и ПП-35, на крону приходится 60-65 %
общего годичного прироста надземной фитомассы, из которых: 20-23 % –
живые ветки и 40-42 % – хвоя. Таким образом, можно заключить, что густоты стояния (1163 и 872 шт./га) в 18- и 19-летних культурах являются недостаточными для выращивания высокосортной деловой древесины.
14
Исходя из полученных данных о запасах фитомассы изученных древостоев, были оценены запасы углерода (таблица 6), принимая конверсионный
коэффициент для 1 кг сухой массы одревесневших частей и корней 0,5, для 1
кг сухой массы хвои – 0,45 кг углерода, соответственно (Кобак, 1988; Исаев и
др., 1993; Вараксин и др., 2006). Согласно нашим данным (таблица 6), в сосновых культурах наибольшая доля (49-50 %) депонирования углерода приходится на ствол, наименьшая (9 %) – на кору. Доля депонирования углерода
хвоей составляет 19 %. В 23-летнем древостое наблюдается уменьшение доли депонирования углерода хвоей до 18 %. Сходные результаты были получены Г.С. Вараксиным, В.И. Поляковым и М.А. Люминарской (2006) при
изучении искусственных насаждений ели сибирской в южнотаежной подзоне
Красноярского края. Авторы отмечают, что доля депонирования углерода
хвоей уменьшается с увеличением возраста культур. Сравнение данных по
величине депонирования углерода фракциями фитомассы естественных сосняков Сибири (Алексеев и др., 1994) доказывает то, что сосновые культуры
по этому показателю превосходят естественные насаждения этого вида (таблицы 6 и 7).
Таблица 6
Величина депонирования углерода фракциями фитомассы искусственных сосняков в подзоне южной тайги, т/га
№ ПП
31
32
33
34
35
Возраст,
лет
23
24
21
19
18
Класс
бонитета
I
II
III
II
II
Древесина
Кора
21,20
18,32
15,27
7,31
5,79
3,80
3,28
2,74
1,31
1,04
Скелет
кроны
9,86
8,52
7,10
3,40
2,69
Хвоя
7,41
6,91
5,76
2,76
2,18
Надземная
часть
42,27
37,03
30,87
14,79
11,70
Таблица 7
Величина депонирования углерода фракциями фитомассы естественных
сосняков Сибири разного возраста, т/га (Алексеев и др., 1994)
Возраст,
лет
18
19
22
23
25
Класс бонитета
II
I
III
III
II
Древесина
Кора
6,90
12,10
6,25
12,05
15,10
1,8
2,4
1,4
1,6
2,0
Скелет
кроны
1,60
2,20
1,35
2,45
2,55
Хвоя
1,75
2,83
1,21
2,02
2,16
Надземная
часть
12,05
19,53
10,21
18,12
21,81
ГЛАВА 7. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫРАЩИВАНИЮ КУЛЬТУР
СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В ЮЖНОТАЕЖНОЙ ПОДЗОНЕ
ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ
На основании полученных результатов, анализа литературных источников (Руководство по проведению лесовосстановительных работ…,1997;
Практические рекомендации по восстановлению леса…,1986; Вараксин,
2000) и в зависимости от дренажа почв и типа леса нами были разработаны
15
следующие технологические схемы создания лесных культур сосны обыкновенной в подзоне южной тайги:
I. Дренированные почвы
1.1. На вырубках из-под сосняков и лиственничников разнотравнозеленомошных с дерново-подзолистыми суглинистыми почвами следует
применять следующие схемы: 1.1.1. Перед закладкой сосновых культур вырубки расчищаются полосами шириной 2,5 м с расстоянием между их центрами 5 м без дальнейшей обработки почвы. Посадка стандартных 2-3летних сеянцев и 4-летних саженцев по центру полосы осуществляется механическим способом. Схема посадки – 5.00×0.5-0.75 м. Агротехнические уходы проводятся по мере необходимости. 1.1.2. Обработка почвы путем ее
рыхления на глубину до 12 см проводится сразу после подготовки полос шириной 2,5 м с расстоянием между их центрами 5 м, которые нарезаются
бульдозерным ножом. Последующие технологические приемы как в предыдущей схеме.
1.2. На вырубках в сосняках, лиственничниках разнотравных и бруснично-разнотравных с дерново-подзолистыми суглинистыми и супесчаными
почвами рекомендуются следующие схемы создания и выращивания сосновых культур: 1.2.1. Обработка почвы полосами. При подготовке участка проводится частичная раскорчевка пней с последующим их удалением, убираются порубочные остатки, валеж и максимально сохраняется верхний гумусовый слой почвы. На полосах выполняется рыхление почвы на глубину до
15 см. Посадка механизированная осуществляется по центру полосы. Посадочный материал: 2-3 - летние стандартные сеянцы и 4-летние саженцы
(2+2). Ширина полос – 2,5-3,0 м, межполосного пространства – 2,5 м. Шаг
посадки 0,5 м. Густота посадки – 4,0 тыс. шт./га. Агротехнические уходы
проводятся по мере необходимости. 1.2.2. Провешивание рядов культур перед посадкой, без обработки почвы. Посадочный материал – 4 – летние саженцы (2+2). Схема посадки – 4,00×0,75 м. Густота посадки – 4,0 тыс. шт./га.
Способ производства культур – ручной. Агротехнические уходы проводятся
по мере необходимости. 1.2.3. Без подготовки площади. Обработка почвы
под культуры осуществляется площадками размером 1,3×2,5-3 м в количестве 500 шт./га. Посадка 2-3-летних сеянцев сосны в площадки проводится
под лопату. Количество сеянцев в площадке – 6-10 шт. Агротехнические
уходы в первые годы не осуществляются.
II. Временно переувлажненные почвы
2.1. На лесокультурных площадях с подзолистыми суглинистыми и супесчаными влажными почвами, бывшими под сосняками и лиственничниками брусничными рекомендуется несколько вариантов технологических схем:
2.1.1. Расчистка участка выполняется с одновременной нарезкой пластов.
Посадка ручная по центру пласта 2-3-летних сеянцев и 4 –летних саженцев.
(2+2). Схема посадки для сеянцев - 5.00×0.5 и 5×0.75 м – для саженцев. Агротехнические уходы за растениями необходимо проводить на пластах по схеме 1-2-2-1. 2.1.2. На участке проводится нарезка гряд-микроповышений с одновременной расчисткой полос. Посадочный материал – 4-летние саженцы
16
(2+2). Схема посадки – 3.50×1.0 м. Способ производства культур – ручной.
Как и в предыдущем варианте, агротехнические уходы проводятся по мере
необходимости.
ВЫВОДЫ
Исследования, проведенные в культурах сосны обыкновенной, произрастающих в подзоне южной тайги Иркутской области позволяют сделать
следующие выводы:
1. Установлено, что использование крупномерного посадочного материала (4-летних саженцев) на вырубках и гарях разнотравной и крупнотравной
групп типов леса в подзоне южной тайги Иркутской области позволяет увеличить приживаемость и рост создаваемых сосновых культур, сократить расходы на их дополнение, агротехнические уходы.
2. На основных категориях лесокультурного фонда (вырубках и гарях)
подзоны южной тайги Иркутской области лесные культуры сосны обыкновенной целесообразнее создавать в первой декаде июня. Именно в этот период времени происходит набухание почек и начинается активный рост корней
у сеянцев сосны. Осенние посадки имеют показатели приживаемости и роста
значительно ниже, чем в первой декаде июня. Поэтому в рассматриваемом
районе от них лучше отказаться.
3. Выявлено, что в районе исследований, на вырубках и гарях с хорошо
дренированными почвами, необходимо создавать культуры сосны обыкновенной на расчищенных полосах со снятием дернины травянистой растительности с максимальным сохранением верхнего гумусового горизонта почвы. На лесокультурных площадях с временно переувлажненными почвами
сосновые культуры рекомендуется закладывать в микроповышения: пласты,
гребни и отвалы.
4. При проведении своевременных агротехнических, а в дальнейшем и
лесоводственных уходов, наиболее продуктивны культуры с густотой посадки 4 тыс. шт./га. При такой первоначальной густоте посадки создаются благоприятные условия для оптимального почвенного и светового питания, которые позволяют выращиваемым деревьям сосны обыкновенной полностью
реализовать в процессе роста генетически обусловленный потенциал на всех
этапах формирования древостоя. В 23-летнем возрасте культуры с густотой
посадки 4 тыс. шт./га растут по I классу бонитета и имеют высокие таксационные показатели: высоту – 10,1 м, диаметр – 12,3 см и запас – 117 м3/га.
5. Культуры сосны обыкновенной, находящиеся в фазе «жердняка» (II
класс возраста), по запасу и общей продуктивности стволовой древесины, а
также по величине депонирования углерода фракциями надземной фитомассы превосходят естественные сосновые насаждения II класса возраста, произрастающие в Средней Сибири.
6. Разработаны технологические схемы, которые позволяют выращивать
высокопродуктивные искусственные насаждения сосны обыкновенной в короткие сроки в условиях южнотаежной подзоны Иркутской области.
17
По материалам диссертации опубликованы следующие работы:
1. Вараксин, Г.С. Оптимальные сроки посадки культур темнохвойных пород на севере Иркутской области / Г.С. Вараксин, А.А. Ибе // Вестник
КрасГАУ. – 2007. - №5. – С. 80 – 83 (по списку ВАК).
2. Вараксин, Г.С. Влияние вида и возраста посадочного материала на
приживаемость и рост культур сосны обыкновенной в Иркутской области / Г.С. Вараксин, А.А. Ибе // Лесная таксация и лесоустройство. –
2007. - №2(38). - С. 20 – 24.
3. Вараксин, Г.С. Оптимальные сроки посадки культур сосны обыкновенной на севере Иркутской области / Г.С. Вараксин, А.А. Ибе // Лесная
таксация и лесоустройство. – 2008. - №1(39). – С. 153 – 155.
4. Вараксин, Г.С. Состояние культур сосны обыкновенной разных возрастов в Иркутской области / Г.С. Вараксин, А.А. Ибе, В.С. Литвинова,
В.И. Поляков // Экосистемы Центральной Азии: Исследования, проблемы охраны и природопользования: Материалы IX Убсу-Нурском
Международного Симпозиума (16 – 20 сент. 2008 г., Кызыл). – Кызыл:
ГУП «Тываполиграф», 2008. – С. 304 – 307.
5. Ибе, А.А. Влияние сроков посадки на приживаемость лесных культур
хвойных пород в Приангарском округе южнотаежных и подтаежных
светлохвойных лесов / А.А. Ибе, Г.С. Вараксин // Ботанические исследования в Сибири, вып. 16. – Красноярск: Красноярское отделение
Российского ботанического общества РАН, 2008. – С. 31 – 35.
6. Ибе, А.А. Приживаемость и рост молодых культур сосны обыкновенной в Иркутской области / А.А. Ибе // Исследование компонентов лесных экосистем Сибири: матер. конф. молод. уч., 9-10 апреля 2007 г. –
Красноярск: ИЛ СО РАН, 2007. – С. 33 – 35.
7. Лобанов А.И. Библиография по изучению формового разнообразия
лиственницы сибирской в лесных культурах и защитных насаждениях
Сибири / А.И. Лобанов, В.С. Литвинова, А.А. Ибе, А.В. Морозов // Ботанические исследования в Сибири, вып. 14.- Красноярск: Красноярское отделение РБО РАН, 2006. - С. 56 - 66.
8. Вараксин, Г.С. Методы создания культур сосны обыкновенной в южнотаежной подзоне Иркутской области / Г.С. Вараксин, А.А. Ибе. Красноярск: ИЛ СО РАН, 2009. - 18 с.
УОП ИЛ СО РАН заказ № 62, тир. 100 экз.
18