ОСОБЕННОСТИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ, ФОРМИРОВАНИЯ И ВОСПРОИЗВОДСТВА СЛОЖНЫХ ЕЛЬНИКОВ ИЖОРСКОГО (СИЛУРИЙСКОГО) ПЛАТО
Дипломная работа по предмету "лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними"
Заполните форму, чтобы купить данную работу
Вы можете купить готовую студенческую работу "ОСОБЕННОСТИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ, ФОРМИРОВАНИЯ И ВОСПРОИЗВОДСТВА СЛОЖНЫХ ЕЛЬНИКОВ ИЖОРСКОГО (СИЛУРИЙСКОГО) ПЛАТО". Также Вы можете заказать оригинальную работу "ОСОБЕННОСТИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ, ФОРМИРОВАНИЯ И ВОСПРОИЗВОДСТВА СЛОЖНЫХ ЕЛЬНИКОВ ИЖОРСКОГО (СИЛУРИЙСКОГО) ПЛАТО". Данная работа будет написана только для Вас. При написании работы "ОСОБЕННОСТИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ, ФОРМИРОВАНИЯ И ВОСПРОИЗВОДСТВА СЛОЖНЫХ ЕЛЬНИКОВ ИЖОРСКОГО (СИЛУРИЙСКОГО) ПЛАТО" Мы выполним все указанные Вами пожелания.
Чтобы заказать работу "ОСОБЕННОСТИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ, ФОРМИРОВАНИЯ И ВОСПРОИЗВОДСТВА СЛОЖНЫХ ЕЛЬНИКОВ ИЖОРСКОГО (СИЛУРИЙСКОГО) ПЛАТО", заполните форму заказа. В строке "Комментарий" Вы можете указать свой план работы "ОСОБЕННОСТИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ, ФОРМИРОВАНИЯ И ВОСПРОИЗВОДСТВА СЛОЖНЫХ ЕЛЬНИКОВ ИЖОРСКОГО (СИЛУРИЙСКОГО) ПЛАТО". Если Вы не имеете своего плана работы "ОСОБЕННОСТИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ, ФОРМИРОВАНИЯ И ВОСПРОИЗВОДСТВА СЛОЖНЫХ ЕЛЬНИКОВ ИЖОРСКОГО (СИЛУРИЙСКОГО) ПЛАТО", напишите объем, срок и другие пожелания и требования.
Категория: Каталог готовых студенческих работ / Дипломная работа
Количество просмотров: 398
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ С. М. КИРОВА
На правах рукописи
Алятин Михаил Валерьевич
ОСОБЕННОСТИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ, ФОРМИРОВАНИЯ И ВОСПРОИЗВОДСТВА СЛОЖНЫХ ЕЛЬНИКОВ ИЖОРСКОГО (СИЛУРИЙСКОГО) ПЛАТО
06.03.03 – лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними
Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук
Научный руководитель –
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор
Санкт-Петербург - 2006
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Состояние вопроса 8
1.1. Естественно-исторические условия района исследования 8
1.2. Описание, характеристика и типология ельников 13
1.3 Ведение хозяйства в еловых лесах 21
ГЛАВА 2. Программа, методика и объем исследования 35
2.1. Программа исследования… 35
2.2. Методика исследования 38
2.3. Объем исследования 41
ГЛАВА 3. Объекты исследования 43
3.1. Схема подбора объектов исследования… 43
3.2. Описание объектов исследования … 44
3.3. Характеристика объектов исследования 49
ГЛАВА 4. Особенности происхождения, типологии, роста и продуктивности сложных ельников Ижорского (Силурийского) плато
4.1. Особенности происхождения 74
4.2. Лесотипологические особенности 80
4.3. Особенности роста и продуктивности изучаемых ельников, их отличие от преобладающих в южнотаежной подзоне древостоев
ГЛАВА 5. Особенности возобновления и восстановления сложных ельников Ижорского (Силурийского) плато
5.1. Особенности лесовозобновительных процессов под пологом древостоев, на вырубках и пусто-шах
5.2. Эффективность лесовосстановительных мер и состояние лесных культур ели
5.3. Современная практика рубок главного пользования и ухода за лесом в изучаемых ельниках 113
5.4. Рекомендации по регламентации главных рубок, уходу за лесом и лесовосстановительным мерам в сложных ельниках данного ландшафтного района 116
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 118
Библиографический список 120
Приложения 133
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Первостепенное значение для формирования высокопро¬дуктивных устойчивых насаждений имеет успешность естес-твенного возобновления. Вопросы возобновления вырубок и гарей достаточно широко изучены. Однако в научной литературе крайне ограничены сведения о ходе естественного возобновления на старопа-хотных землях.
В то же время начало применения сплошных рубок, как в России, так и в других странах, связано главным образом с расчисткой площадей для сельского хозяйства. В значительной мере такой расчистке Европа обязана сниже¬нием лесистости от 70-80% – в средние века до 30% – в насто¬ящее время.
По данным А.И.Уткина и др. [118], все социальные потрясения типа эпи-демий, войн, неурожаев и т.д. исторически сочетались в Нечерноземье с из-менением землепользования вследствие миграции населения и оставле¬ния освоенных земель. В XX столетии в России неоднократно возникали перио¬ды, сопровождающиеся изменением в структуре землеполь¬зования. Последнее связано с первой мировой и гражданской войнами, коллективизацией, Великой Отечественной войной, послевоенным оттоком сельского населения в города, ликви¬дацией неперспективных деревень и т.д. Почти во всех случаях результат был одинаков – восстановление лесной растительности в местах длительного (до нескольких столетий и дольше) аграрного ис¬пользования земель.
В Нечерноземной зоне даже кратковременная (до 10-20 лет) приостановка в обработке почвы, сенокошении или пастьбе скота заканчивается захватом участков сельхозугодий древесно-кустарниковой растительностью. Особенно стреми¬тельно такой захват протекает на мелкоконтурных, вкраплен¬ных в земли Гослесфонда полях и сенокосах.
Большие площади бывших сельскохозяйственных земель в настоящее время заняты лесом. Возобновление на этих землях хвойных и, в частности, ели является фактором, определяющим проектирование лесоводственных и лесокультурных мероприятий. В целом леса в таежной зоне характеризуются интенсивной сменой хвойных пород мелколиственными. Березняки, осинники и ольшаники широко распространены на территории Нечерноземья, а во многих областях преобладают над хвойными в результате зарастания па¬шен, сенокосов и пастбищ. Это приводит к увеличению площадей мало¬ценных лесов в лесном фонде, так как естественное возобновление ценных пород практи-чески отсутствует [119, 120].
В лесном фонде Волосовского лесхоза имеются сложные ельники, произ-растающие на старопахотных почвах. По своему составу и структуре сла-гающих компонентов они являются уникальными для условий южной тайги. В настоящее время эти ельники активно вовлекаются в эксплуатацию. В процессе ведения лесного хозяйства установлено, что естественное возобновление данных ельников происходит крайне неудовлетворительно. Закономерно возникает вопрос об их происхождении и о том, как удалось сформировать такие высоко-продуктивные насаждения.
В целях правильного ведения лесного хозяйства необходимо всесторонне изучить особенности их происхождения, динамику и лесотипологические особенности, чтобы на основе полученных данных разработать комплекс лесохозяйственных мероприятий, включая уход за лесом и выбор наиболее рационального способа главного пользования.
Выбранная тема вполне актуальна, поскольку особенности роста и развития таких древостоев изучены недостаточно и остро возникает проблема их воспроизводства. Исследования в этом направлении имеют важное научное и практическое значение.
Цель и задачи исследований. Целью исследования является выработка адекватных способов воспроизводства сложных ельников Ижорского плато. В соответствии с поставленной целью исследования предусматривалось решение следующих задач:
1) Изучить особенности роста продуктивности сложных ельников Ижор-ского плато.
2) Проанализировать лесотипологические характеристики данных насаждений, их отличие от преобладающих в южнотаежной подзоне древостоев сходной продуктивности.
3) Выявить особенности происхождения изучаемых древостоев.
4) Изучить особенности лесовозобновительного процесса и успешность лесовосстановительных мер на объектах главных рубок в данных ельниках.
5) Дать практические рекомендации по ведению хозяйства в сложных ельниках данного района.
Научная новизна. Впервые для условий исследуемого района дается сравнительная оценка показателей роста и продуктивности исследуемых ельников, выявляются особенности их происхождения, лесотипологические характеристики, оценивается эффективность современной практики ведения хозяйства в сложных ельниках, предлагаются рекомендации по их воспроизводству.
Практическая значимость. Приводится информация об эффективности современной практики ведения хозяйства в исследуемых ельниках, технологиях главного пользования и ухода за лесом, дается их комплексная лесоводственно-экологическая оценка, корректируются параметры главных рубок и режим ухода за лесом, рекомендуются меры воспроизводства уникальных ельников, выявляются оптимальные варианты хозяйственного воздействия на лес и условия данного воздействия. Подчеркиваются экологические, природоохранные и исторические аспекты проблемы сохранения ценных природных объектов и памятников хозяйственной деятельности в лесу. Результаты исследований могут использоваться на производстве, в научно-исследовательской работе и в практике преподавания лесоводственных дисциплин в вузах.
Результат данной научной работы.
Результаты проекта могут использоваться в области экологии, географии, охраны природы, экосистемного планирования и природо-пользования; при организации экологической сертификации лесов и лесохозяйственной деятельности; в практике преподавания лесоводственных дисциплин в вузах.
Обоснованность и достоверность результатов подтверждаются значительным объемом экспериментального материала, полученного на объектах с 20-летним сроком наблюдений и дополненных материалами наблюдений на постоянных пробных площадях серии 44 и 46 в Елизаветинском лесничестве Гатчинского лесхоза (культуры ели на старопахотных почвах). При этом использованы современные методы сбора и обработки экспериментальных данных, элементы системного подхода к решению конкретных задач исследования. Полученный материал обрабатывался методами математической статистики с помощью приложения Microsoft Excel и пакета прикладных программ Statistika, достоверность различия между показателями определялась на 95-процентном доверительном уровне по критерию Стьюдента.
Предметом защиты являются:
1) выявленные особенности происхождения сложных ельников Ижорского плато;
2) изученные и установленные лесотипологическая принадлежность, закономерности сукцессионной динамики, особенности структуры и продуктивности данных ельников;
3) особенности лесовозобновительного процесса и состояние лесных культур ели на объектах рубок главного пользования и землях, вышедших из под сельскохозяйственного пользования;
4) рекомендации производству по регламентации рубок, мерам со-действия естественному лесовозобновлению и восстановлению коренных сложных ельников на объектах главного пользования.
Апробация диссертационной работы. По теме диссертации опубликовано 4 работы. Основные результаты диссертационной работы были отражены в докладах на научно-технических конференциях:
- Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии, г. Санкт-Петербург, СПб ГЛТА, 2004, 2005 гг.
- «Исследования молодежи – экономике, производству, образованию», г. Сыктывкар, 2004 г.
- «Проблемы и перспективы лесного комплекса», г. Воронеж. 2005 г.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы, включающего 153 наименования, из них 12 на иностранных языках. Общий объем работы – 157 машинописных страницы, включая 30 рисунков, 34 таблицы и 24 приложения.
Автор выражает глубокую признательность своему фактическому руководителю – проф. Е.С. Мельникову, без ценных советов и помощи со стороны которого, а также его настойчивости и всяческой поддержки эта работа вряд ли бы состоялась. Автор благодарит также тех сотрудников ЛТА и СПбНИИЛХа, работников Бегуницкого лесничества Волосовского лесхоза и жителей д. Тешково, которые в разные годы оказали ему реальную помощь и сделали возможным появление этой диссертации: Аникина А.С., Кобрина Н.Ю., Беляеву Н.В., Тимофеева А.И., Леусского Г.Н., Леусскую К.Л., Егорова П.М., Егорова А.М., Соловьева В.А., Алферова О.В., Кукушкина Ю.А., Гордееву Л.А., Петрова А.С. и других.
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
1.1. Естественно-исторические условия района исследования
Ижорское (Силурийское) плато представляет собой относительно возвы-шенную равнину или слабохолмистую местность на юго-западе Ленинградской области. По своему происхождению оно является дном древнего моря, сложенным мощным слоем осадочных пород [66]. С севера Ижорское плато ограничивает глинт, или Балтийско-Ладожский уступ, древний берег Балтийского моря. Сплошной террасой глинт тянется от города Кингисеппа до Волхова. С юго-востока на северо-запад вдоль Ижорского плато течет река Луга. Восточная граница возвышенности проходит примерно по линии Пушкин-Гатчина-Сиверская.
Центральную часть и южные склоны Ижорской возвышенности (Силурийского плато) занимает Волосовский район, наиболее плодородный и заселенный в Ленинградской области. Плотность сельского населения в районе – 11 человек на 1 квадратный километр. Это выше, чем в других районах области. Районный центр – город Волосово – находится на железной дороге Санкт-Петербург – Таллинн, в 86 километрах от Санкт-Петербурга. Высокая часть района в пределах Силурийского плато сложена мощной толщей известняков, в основании которых залегают кембрийские глины. Известняки здесь разбиты трещинами, по которым циркулируют подпочвенные воды, прикрыты маломощным слоем ледниковых наносов и местами близко подходят к поверхности. Мощность известняков в центральной части района пре-вышает 100 метров, по их запасам Волосовский район занимает первое место в области. Ордовикские известняки подстилаются девонскими песчаниками, залегающими на кембрийских отложениях, которые составляют основные осадочные толщи. Для большей части района характерен плоский и слабоволнистый рельеф. Немногочисленные холмистые гряды или отдельные холмы представляют собой главным образом конечные морены или озы. Наибольшей высоты (150-170 метров) над уровнем моря местность достигает у северных окраин района (севернее железной дороги). Южнее железнодорожной линии местность понижается, но поверхность ее приобретает волнистый характер и сливается с Лужской равниной. Плоская поверхность возвышенной части района нарушается карстовыми воронками и более обширными пони-жениями, а изредка невысокими моренными холмами. Карстовые воронки обычно имеют округлую или овальную форму; их диаметр иногда дос-тигает 30-50 метров, а глубина – более 10 метров. Карст поглощает атмосферные осадки, поэтому речная сеть на большей части Ижорской возвышенности развита слабо. Реки района – притоки Луги (Вруда, Лемовжа и другие) – имеют свои истоки южнее железнодорожной линии и текут на юг. Замкнутые низинные котловины представлены верховыми или переходными болотами, но доля их в лесном фонде невелика; в целом преобладают дренированные карбонатные суглинки [26].
В районе встречаются плодородные дерново-карбонатные почвы, они широко освоены и распаханы. Для этих почв характерны прочная структура и высокое содержание гумуса (до 5%, а иногда даже 8%). Почвы плато в основной массе испытали в прошлом сильное воздействие подсечного и пропашного земледелия, скотоводства и сенокошения; значительная их часть относится современными почвоведами к категории выпаханных или обедненных прежней хозяйственной деятельностью. Наряду с типичными дерново-карбонатными почвами на Ижорской возвышенности распространены и дерново-карбонатные оподзоленные почвы.
Район играет видную роль в сельском хозяйстве Ленинградской области. Он занимает первое место среди районов области по размерам посевной площади. Сельскохозяйственные угодья составляют здесь более 30% площади района, а пашня – почти две трети всех сельскохозяйственных земель. Особенно сильно распахана Ижорская возвышенность, где преобладают плодородные дерново-карбонатные почвы. Сельское хозяйство района специализируется на молочном животноводстве и овощеводстве [26].
Среди лесов преобладают еловые и елово-мелколиственные, а также березово-осиновые. Неглубокое залегание известняков отражается на местной флоре, которая более богата по сравнению с южной частью района. Средняя лесистость по району около 58%, но на Ижорской возвышенности остались лишь небольшие участки еловых лесов с примесью вяза, лещины, клена, липы и дуба, осиново-березовых лесов, а также редкие дубовые рощи. Ель, хотя и осталась преобладающей коренной породой, но на вырубках обычно сменяется осиной, серой ольхой и значительно реже – березой. Береза и сосна имеют преобладание лишь на избыточно переувлажненных почвах травяно-таволговых и сфагновых типов леса, хотя в виде единичной примеси эти породы нередко встречаются и в составе практически чистых ельников. Иногда, главным образом на низинах, встречаются суходольные луга и болота, большей частью верховые, на маломощных песках и супесях или на ленточных глинах.
В древности этот ландшафт долго оставался неосвоенным. Обширные лесные пространства, нехватка водоемов, тяжелые почвы делали плато недоступным для населения, занимавшегося охотой, рыболовством или примитивным огневым (подсечным) земледелием. Освоение этой зоны в древности шло очень медленно, заселенные области отделялись друг от друга огромными, практически необитаемыми территориями. До появления славян пашенное земледелие на Ижорском плато было неизвестно и население здесь было разбросано редкими небольшими группами. Использовать плодородные земли Ижорского плато начали лишь земледельцы Древней Руси [53].
Плодородный и богатый край был освоен и заселен в первые века рус-ской истории. Земледельцы и воины, словене новгородские вышли здесь к берегам Балтики, расчистили необозримые лесные пространства, распахали поля, построили деревни, проложили дороги. Основное развитие в этот период определялось уровнем их хозяйства, культуры, общественных отношений. Но нельзя недооценивать и вклад других народов. В IX – первой половине X в. они были не пассивными соучастниками, а активными строителями Верхней Руси. Полнота представлений об истории этого начального периода зависит от изучения памятников, отразивших судьбы чудских племен IX-X вв., их контакты со славянами и варягами. Эти памятники лежат вдоль берегов Луги и к востоку от нее. Продвигаясь из верхнего Полужья на север по Луге и ма-лым рекам, древние земледельцы оставили несколько скоплений памят-ников на берегах Луги и ее притоков. Уже к началу древнерусской эпохи сравнительно плотно были заселены низовья Оредежи. Здесь по берегам реки, вдоль ручьев, у тихих озер и в лесных урочищах есть курганные могильники, сопки. У деревни Надбилье находится мысовое городище, недалеко от него – урочище с названием «Рюриково городище». Курганы и жальники известны близ деревень Затуленье, Пантелеичи, Кашицы, Борщево, Ершово, Пристань, Фралево, Ям-Тесово (древний Тесовский погост). В болотистой лесистой долине к западу от Луги, по берегам ее левого притока – реки Сабы, расположены могильники у деревень Затрубичье, Сяберо, Бердуга, Осьмино. В устье Сабы, недалеко от деревни Большой Сабск на Луге, находится еще одно мысовое городище. Река Луга здесь подходит к южной окраине Ижорского плато. Могильники и городища как бы пунктиром намечают пути древнерусской колонизации, к X в. достигшей самых плодородных районов нынешней Ленинградской области. Здесь, на Ижорском плато, сосредоточено примерно полторы сотни курганных могильников, число насыпей в них превышает 10 тысяч. Они есть едва ли не возле каждой здешней деревни, иногда – на про-сторных полях, иногда – скрытые зелеными рощами. Иные из них уже исчезли, уничтоженные распашкой или строительством [53].
Ижора, водь, корела впервые упоминаются в источниках не ранее XI столетия. Племена финно-угорского происхождения, до наших дней сохранившие свой язык, входили в состав Новгородской земли XII-XV ее. Карелы населяли Русскую Карелию, центром ее была новгородская крепость Корела на месте нынешнего Приозерска. Ижора, родственная карелам, расселилась по рекам Неве и Ижоре. Водь жила на побережье Копорского залива, к востоку от устья Луги. Все эти племена в Новгородском государстве сохраняли известную самостоятельность. Правили ими собственные вожди, а в новгородских войсках были их особые временные ополчения.
Однако первые славянские поселенцы застали здесь другие племена: в русских летописях упоминаются, «чудь», «весь», «меря». По-видимому, это племенные объединения, которые со временем распались, изменили свои границы и названия, слились с другими племенами и общинами.
В течение нескольких столетий славянское население продвигалось из лесостепной зоны Восточной Европы с юга на север. По большим и малым рекам, осваивая необозримые, нередко почти незаселенные лесные пространства, расселялись земледельцы и бортники, свободные славянские общинники «каждый родом своим особе». Процесс этот, который историки называют «славянской колонизацией лесной зоны Восточной Европы», был длительным и сложным [34].
Славяне принесли в лесную зону новую, прогрессивную форму хозяйст-ва – пашенное земледелие. Заимствуя земледельческие орудия, навыки обращения с ними, местное население естественно сближается со славянами. Новые отношения ломают прежнюю родовую замкнутость; славянские и чудские земледельцы все чаще сообща, рука об руку осваивают новые земли, расчищают от леса места для пашен, расселяются вместе или «чересполосно».
В середине IX века на северо-западе Восточной Европы складывается обширное, но на первых порах непрочное объединение славянских и неславянских племен – словен, кривичей, чуди, мери.
Градки славян становятся опорными пунктами дальнейшее земледельче-ской колонизации, экономическими центрами округи с разноэтничным, но все более ославянивающимся населением. Здесь дружины могли остановиться отдых, а в случае нужды – выдержать осаду. Такие местные центры – погосты – на Северо-Западе, по Луге и Мсте, впервые упомянуты в летописи 947 года. Здесь скапливаются собранные дани, а со временем появляются постоянные княжеские гарнизоны.
В более позднее время земли Ижорского плато входили в состав Новго-родского, а с конца XV века – централизованного Русского государства. Расположенные на окраине, они неоднократно служили ареной боев с немецкими и шведскими захватчиками. Не раз эта территория переходила из рук в руки, однако победы, одержанные Петром I в Северной войне 1700-1721 годов, вернули России отторгнутые захватчиками земли и прочно закрепили в них российское господство.
С началом строительства в устье Невы новой столицы начинается новый процесс освоения этих земель. Существенно увеличивается численность на-селения. Многочисленные помещики, получившие государственные земли, перевозили с собой крепостных крестьян из центральной России.
В последующие столетия Ижорское плато, благодаря плодородию своих почв, привлекало много крестьян, и к 30-м годам XX века оно было очень плотно населено [26].
1.2. Описание, характеристика и типология ельников
Ель – одна из главных лесообразующих пород на территории России. Леса с преобладанием ели занимают в нашей стране более 81 млн. га, или 12,2% лесопокрытой площади. В ряду древесных пород по распространению ель стоит на четвертом месте после лиственницы, сосны и березы. В настоящее время в еловых лесах страны ежегодно заготавливается 120-125 млн. м3 древесины, или 30-31% общего объема лесозаготовок. Значение ели в балансе лесовосстановления и лесопотребления в стране трудно переоценить, ее роль в современном производстве постоянно возрастает. Повышенное внимание потребителей к этой породе стимулировало научное изучение природы еловых лесов, поиск наиболее рациональных методов их использования и возобновления [42].
Ель формирует чистые и смешанные по составу насаждения. Благодаря высокой теневыносливости и способности мириться с недостатком почвен-ного питания, она произрастает в разнообразных условиях и образует часто смешанные леса. В составе насаждений ели встречаются в виде примеси, в зависимости от географических районов: сосна, пихта, кедр, лиственница, береза, осина, ольха, бук, дуб, ильм, клен, липа, ясень, граб, тополь, орех, каштан и другие породы [46, 58, 104, 149]. В то же время и сама ель часто сопутствует этим породам, участвуя в составе их фитоценозов. Трудно найти другую породу, которая так часто произрастала бы со столь многочисленными и различными по биологии лесообразователями. Биоэкологические особенности и большая продолжительность жизни позволяют ели успешно внедряться в другие лесные ассоциации и нередко надолго сменять их [31, 68, 98]. Ее справедливо относят к числу природно-прогрессивных и в то же время антропогенно-регрессивных эдификаторов.
Смешанные насаждения с преобладанием ели или с ее участием формируются обычно после сплошной рубки и ветровала разновозрастных ельников, в которых имелся достаточно крупный еловый подрост. Этот подрост при сильной освещенности начинает усиленно расти и, вместе с обильно возобновляющимися лиственными породами (осиной, березой и др.), образует общий полог леса [69, 135]. В дальнейшем ель, благодаря высокой теневыносливости, постепенно вытесняет лиственные породы и ее доля в составе древостоя непрерывно увеличивается. При значительном количестве сохранившегося подроста смешанные насаждения со временем становятся чистыми еловыми, при небольшой его численности – смешанными с преобладанием ели. Когда подрост сохраняется единично, древостои формируются с небольшим участием ели. Ель способна формировать чистые по составу насаждения и в раннем возрасте. Такие факты, хотя сравнительно и редко, отмечаются при поселении ели на гарях [113]. Часто ель в лиственных и хвойных насаждениях формирует 2-й ярус, представляющий собой начальный этап внедрения ели в другие фитоценозы, за которым может последовать посте-пенное вытеснение и даже полная смена основного лесообразователя.
Однако этот процесс не всегда бывает успешным для ели, особенно в со-сновых насаждениях, подвергающихся пожарам [126]. При низовых пожа-рах в сосняках ель с ее тонкой корой обычно полностью погибает, а сосна, имеющая толстую кору, наоборот, большей частью сохраняется и выживает. Таким образом, пожары в решающей мере сдерживают распространение ели в местах обитания сосны и спасают ее от сильного конкурента. Поселение ели под пологом насаждений из мягколиственных пород заканчивается обычно полным вытеснением их. В этих насаждениях пожары редки, поэтому ель сохраняется многие десятилетия, и она как долгожитель после отмирания лиственных пород полностью распространяется по данной территории [19]. Последние исследования показывают, что вытеснение елью лиственных пород происходит далеко не так скоро (в возрасте до 100 лет), как считали старые лесоводы [72], а гораздо позднее и с большими потерями в продуктивности самой ели [100, 103].
Еловые леса в европейской части страны произрастают на самых раз-ных по механическому составу почвах: грубых, скелетных и каменистых; крупно- и мелкозернистых песчаных, супесчаных, разной степени суглинистых и глинистых. Большое разнообразие почв по механическому составу и сложению, на которых произрастает ель, еще не отражает особенностей ее экологии. Это свойство присуще многим древесным породам, в том числе сосне, лиственнице, березе и осине [38, 52]. Однако производительность ее насаждений, а следовательно и требовательность к почве тесно связаны с составом и строением почвы. Наиболее интенсивный рост насаждений наблюдается на супесчаных и суглинистых почвах, подстилаемых на глубине 1-1,5 м суглинками и глинами. Эти почвы характеризуются хорошим водно-воздушным режимом, что важно для влаголюбивой и требовательной к кислородному питанию ели. Оптимальный для ели механический состав почв несколько меняется по лесорастительным зонам, что связано с тепловым режимом территории. На севере, особенно в предтундровой зоне, при недостатке тепла и избытке влаги более производительные еловые леса произрастают на супесчаных и даже на тонкозернистых песчаных почвах, обладающих сравнительно высокой теплоемкостью [2]. В южных районах, где тепло не является ли-митирующим фактором, лучший рост ели наблюдается на суглинках, под-стилаемых глинами, отличающихся от супесей большей влагоемкостью. В центральной части зоны хвойно-широколиственных лесов оптимальный рост ели отмечается на супесях и легких суглинках на глинах, сочетающих в себе лучшие гидротермические условия и аэрацию [51, 133]. Ель обыкновенная растет на почвах с широким диапазоном кислотности при колебании рН от 3,5 до 7,0. В лучших условиях местопроизрастания кислотность верхних слоев почвы в таежной зоне колеблется в пределах 4,6-5,0; в зоне хвойно-широколиственных лесов 4,8-5,3 и Карпатах 5,0-5,5. Хотя строгой зависимости производительности насаждений от кислотности почвы не наблюдается, но лучший рост ели отмечается на слабо- и среднекислых почвах при рН солевой вытяжки 5,0-6,0 [17, 20]. Ель обыкновенная относительно требовательна к минеральному питанию. В среднетаежной зоне средневозрастные древостои ельника черничного с 1 га ежегодно выносят из почвы 36 кг азота и 86 кг зольных элементов, в том числе 38 кг кальция, 17 кг кремния и 15 кг калия. Основное ко-личество элементов почвенного питания потребляется на формирование новой хвои [92, 115, 116, 131]. Молодняки, спелые и перестойные древостои ели потребляют значительно меньше элементов минерального питания, чем средневозрастные и приспевающие насаждения. Данное явление связано главным образом с более низким у этих древостоев те-кущим приростом фитомассы. Величина текущего прироста фитомассы в древостоях – определяющий момент в потреблении насаждениями мине-ральных веществ и азота [70, 71, 141]. В связи с этим годичный вынос эле-ментов почвенного питания еловыми насаждениями колеблется в больших пределах по лесорастительным зонам, а в каждой зоне – в зависимости от плодородия почвы.
Известно, что естественное возобновление ели под пологом насаждений, различающихся составом древесных пород, при одинаковых климатиче-ских и почвенно-гидрологических условиях происходит с различной интенсивностью. В течение 50-100 лет жизни древостоев, при наличии обсеменителей, на 1 м2 почвы опадает до 10 тыс. семян ели. За это же время под пологом древостоев максимальное количество подроста едва достигает 10-15 тыс. растений на 1 га [22, 30, 123]. Часто же к возрасту рубки подроста и вовсе не оказывается. Это указывает на то, что под пологом леса создаются условия, препятствующие процессам естественного возобновления. Учитывая исключительную теневыносливость ели в молодом возрасте, причины отсутствия подроста нужно искать, прежде всего, в условиях, создающихся в экологической нише семян и проростков. Важнейшим среди них могут быть: физическое действие лесной подстилки, химическое воздействие продуктов ее распада, биохимическая активность выделений корней, проникающих в нижнюю часть лесной подстилки, и жизнедеятельность микроорганизмов. Физи-ческое влияние лесной подстилки в елово-широколиственных лесах хо-рошо изучено В. П. Тимофеевым [111], который показал, что проростки ели не могут преодолеть «щит» слипшихся листьев древесных и кустарниковых пород. На влияние продуктов распада лесной подстилки на растения впервые обратил внимание русский ученый Г. Левиз в 1814 г., показавший, что осиновый лист, опадая на землю, истребляет траву. Причиной этого явления он считал «едкое свойство состава осинового листа» [138].
Роль осины в возобновлении ели двоякая. В чистых насаждениях она создает плотный щит из слипшихся листьев и полуразложившейся подстилки и тем самым препятствует прорастанию семян. В смешанных насаждениях опад осины перемешивается со скручивающимися листьями и создает рыхлую подстилку, через которую прорастание семян происходит довольно успешно [104, 108].
Проведенные исследования проливают некоторый свет на вопросы раз-личного возобновления ели обыкновенной под пологом разных по составу древостоев. Выясняется роль свежего опада, полуразложившейся подстилки и поверхностной ризосферной почвы во взаимоотношении ели с другими древесными породами в самой ранней стадии формирования ельников.
Причинами гибели значительного количества семян и всходов ели являются прямые или косвенные воздействия свежего опада, подстилки и ризосферной почвы, о чем свидетельствует лучшая всхожесть и сохранность ели в контрольных вариантах опытов (чистый песок) [55, 63, 97, 145]. Наиболее благоприятными для выращивания сеянцев ели являются полуразложившиеся подстилки сосны и ели. В них наблюдается высокая всхожесть семян, наилучшая сохранность и хороший рост сеянцев. Сосновую и еловую подстилку можно использовать в качестве органического удобрения в лесных питомниках при выращивании еловых сеянцев.
В таежной зоне выполнено большое количество работ по характеристи-ке и распространению типов леса, по разработке теоретических вопросов типологии. В основу большинства работ положен биогеоценотический подход (по В. Н. Сукачеву). Исследования показали, что типологический состав таежных лесов разнообразен. При научных работах на территории европейской тайги выделено разными авторами около 90 типов ельников [67, 76, 106, 109, 110].
Географичность проявляется, в первую очередь, в комплексе типов леса, специфичном для каждой таежной подзоны или другого региона. Для предтундровых лесов характерно наличие и довольно широкое распространение лишайниковых и кустарниковых ельников, а также вороничников. Для северотаежных ельников характерны вороничные типы. Широко распространены кустарничковые типы всех степеней влажности (кустарничково-зеленомошные, кустарничково-сфагновые, воронично-голубичные, воронично-лишайниковые и т. п.). Редко встречаются лишайниковые и можжевельниковые ельники. Среднетаежные ельники характеризуются широким распространением ельников зеленомошной группы. Среди них появляются в заметных количествах кисличники, папоротниково-кисличные, крупнотравные, вейниково-сфагновые, луговиковые, рябинниковые, линнеевые. Южнотаежные ельники отличаются наличием типов леса из группы сложных (липовых, кислично-дубравных и т. п.), более широким распространением кисличников, травяно-черничных, широкотравных типов леса. Здесь отсутствуют лишайниковые и кустарниковые ельники, слабо распространены долгомошники.
Сложная группа типов леса характеризуется хорошим ростом ели, участием в составе сообщества широколиственных пород: они то входят в состав первого яруса, то остаются лишь во втором ярусе или в подлеске. Весьма характерен густой и разнообразный подлесок. Травяной покров развит умеренно, часто с участием представителей, свойственных широколиственным лесам. Моховой ковер большей частью не толстый и не сплошной. Почвы в типах этой группы свежие или даже суховатые, всегда достаточно богатые [111] .
В зависимости от большего или меньшего богатства и ее влажности варьирует степень участия в сообществе других пород, а также степень развития и пестрота состава подлеска и травяного и мохового ковров, а также и ход роста ели. Это дает основу для различения типов, относящихся к этой группе. Однако дело будущего дать их полный перечень.
В зависимости от подзон тайги изменяется и встречаемость типов леса, занимаемые ими площади. Так, по мере продвижения с севера на юг увеличивается встречаемость ельников кисличников, черничников свежих, крупнотравных и уменьшается приручейников, долгомошников, кустарниковых. Среди заболоченных ельников чаще встречаются типы леса евтрофного (проточного) типа заболачивания. В зависимости от природных условий той или иной части тайги различаются характеристика одноименного типа леса, возобновительного процесса, характера антропогенных смен, продуктивности и хода роста древостоев. Все это говорит о необходимости характеризовать тип леса хотя бы по лесорастительным подзонам.
Трудно переоценить значение лесной типологии для изучения природы лесов, для проектирования и проведения лесохозяйственных мероприятий. Каждый тип леса характеризуется своими, присущими только данному типу, лесорастительными условиями. Вследствие этого различна и продуктивность древостоев (рост древесных пород, породный состав, качество древесины).
От типа леса зависят и возобновительный процесс под пологом еловых лесов, а также качественное состояние молодняка, его рост и развитие. С типами леса тесно связаны виды рубок главного пользования [73, 107, 125].
Особенно большое значение имеет тип леса при проектировании лесохо-зяйственных мероприятий в связи с рубкой леса (сохранении подроста, ос-тавлении семенных деревьев, очистке лесосек, мерах содействия, лесных культурах и т. д.). Для успешного использования в практике хозяйственных групп типов леса необходима разработка всех лесохозяйственных мероприятий по этим группам. Для них выбирается главная древесная порода, устанавливается необходимость мелиораций (тепловых, химических, гидротехнических) и их норма. Большую помощь в проектировании лесохозяйственных мероприятий на типологической основе может оказать карта типов леса лесхоза, лесничества. В зависимости от уровня ведения лесного хозяйства в основу ее кладется или тип леса, или группа типов леса. Карта составляется в масштабе плана лесонасаждений. Для этого берется нераскрашенный план и на нем по выделенным в натуре выделам краской наносится тип леса или группа типов. При этом для каждого выдела остается обычная таксационная характеристика, которая приводится на планах лесонасаждений. Коренные типы леса показываются цветом, сосняки светлым оттенком, ельники – тем-ным. Производные типы леса (березняки, осинники) показываются условным значком на фоне коренного типа леса. Это позволяет показать на карте динамику типов леса, временную смену породного состава лесов. Четко выделяются районы концентрации того или иного типа леса или мозаичности участков разных типов леса. Карта позволяет выявить характер и распределение лесомелиоративных фондов и т. п. [126].
Перевод лесохозяйственного производства на типологическую основу позволит более правильно намечать и проводить мероприятия по восстановлению лесов, повышению их продуктивности.
1.3. Ведение хозяйства в еловых лесах
В еловых лесах в зависимости от их целевого назначения, состава и структуры насаждений применяют различные системы рубок главного пользования: выборочные, постепенные и сплошные.
Выборочные рубки в наибольшей мере соответствуют природе теневыносливой ели [72]. Отличительной чертой их является периодическая вырубка определенных категорий деревьев при постоянном сохранении основной части древостоя. Они применяются в лесах особого назначения с целью сохранения и усиления защитных, водоохранных, оздоровительных и эстетических свойств леса, а также в горных лесах с целью предупреждения водной эрозии почв и обеспечения естественного возобновления ели.
Добровольно-выборочные рубки проводятся преимущественно в разновозрастных еловых и елово-лиственных насаждениях [74, 82]. Рубка деревьев ведется равномерно на всей лесосеке, благодаря чему усиливается доступ света, тепла и влаги на всей площади, что благоприятно сказывается на состоянии и росте насаждений и обеспечивает появление самосева и подроста под пологом леса. При этих рубках в первую очередь вырубают усохшие, отмирающие и поврежденные деревья, а также наиболее крупные экземпляры с раз-росшейся кроной. Назначаемые в рубку деревья отмечают в натуре при отводе лесосеки. Разработка лесосеки ведется по пасекам, в середине кото-рых намечается волок. Ширина пасек назначается равной полуторной или двойной высоте древостоя. Валка деревьев ведется вершиной на волок под углом не более 45° к волоку. На трелевке используются трактора с чокерной оснасткой, которые перемещаются только по волоку [12, 29, 40, 78, 122].
Выборочные рубки высокой интенсивности в связи с ветровальностью ели часто приводят к полному распаду древостоев, особенно одновозрастных по структуре и чистых по составу пород. В таких древостоях лесоводственная эффективность достигается лишь при выборке не более 25% запаса. Более устойчивы разновозрастные насаждения с относительно разомкнутым пологом леса, а также смешанные с участием лиственных пород. В этих насаждениях допустимы рубки интенсивностью до 30-35% по запасу. При проведении добровольно-выборочных рубок необходимо учитывать высокую повреждаемость стволов ели (ошмыги коры), сопровождающуюся поражением древесины гнилями [39, 105].
При добровольно-выборочных рубках возобновление ели обычно проходит удовлетворительно. Оно обеспечивается как за счет имеющегося в значительном количестве подроста предварительного возобновления, так и за счет последующего появления самосева. Во многих районах страны, за исключением Крайнего Севера, этому способствует и более обильное плодоношение осветленных выборочной рубкой деревьев. Для усиления процесса естественного возобновления ели в ряде типов леса целесообразно частичное удаление мощного мохового покрова, сохранение примеси лиственных пород, особенно березы, и уничтожение злаковой растительности в окнах и прогалинах [118, 125].
В еловых лесах, особенно с примесью лиственных пород, а также в двухъярусных лиственно-еловых часто применяют постепенные рубки. Цель этих рубок – предотвращение смены главных пород второстепенными одновременно с заготовкой древесины. Обычно они рекомендуются для лесов с ограниченным лесопользованием, отнесенных ко II группе.
При постепенных рубках древостои вырубают полностью в два-три приема в течение 10-20 лет. В нашей стране эти рубки связаны с именем широко известного специалиста по еловым лесам лесничего Д. М. Кравчинского [62, 112]. В настоящее время усовершенствованные постепенные рубки находят широкое применение в еловых лесах Центрального и Северо-Западного экономических районов. При постепенных рубках в елово-лиственных насаждениях в первый (осветлительный) прием вырубают преимущественно крупные деревья лиственных пород и ели, оставляя на 1 га 10-15 лучших по устойчивости и качеству еловых обсеменителей.
Важным моментом этих вырубок является интенсивность выборки запаса в первый прием. Как установлено, выбор интенсивности рубки зависит от многих факторов, наиболее значительными из которых являются состояние молодого поколения ели, доля участия лиственных пород в главном ярусе насаждения, степень развития подлеска и живого напочвенного покрова и др. Интенсивность рубки 30-35% по запасу может дать хорошие результаты только при густом и равномерно размещенном подросте, а также при участии 3-5 единиц лиственных пород в составе древостоя, если подлесочный и травяно-кустарниковый ярусы развиты слабо. В широкотравных типах леса при отсутствии елового подроста рубки такой интенсивности способствуют разрастанию напочвенного покрова и задернению почвы злаками, что затрудняет возобновление ели. Отрицательные результаты интенсивной выборки отмечаются также при постепенных рубках в одновозрастных высокополнотных чистых по составу древостоях, которые часто подвергаются в связи с этим ветровалу и иногда полному распаду. Следовательно, при первом приеме постепенных рубок в еловых лесах целесообразна умеренная интенсив-ность выборки запаса (20-25%). Важными мерами по возобновлению ели при данной системе рубок является частичная минерализация почвы и предотвращение разрастания напочвенного покрова [119].
Второй и третий приемы постепенных рубок проводят через 6-7 лет, при этом в каждый прием вырубают 35-40% запаса. Хорошие результаты дают постепенные рубки в двухъярусных лиственно-еловых насаждениях на дренированных почвах, особенно при густом и относительно молодом еловом ярусе. В таких насаждениях лиственный ярус можно вырубать в два приема, выбирая в первый прием до 40% запаса. На влажных, неглубоких почвах, где возможен ветровал ели, постепенные рубки целесообразно проводить в три приема через 10-летние промежутки, при этом в первый прием следует вырубать не более 25% запаса. Организация лесосечных работ при постепенных рубках в основных чертах сходна с добровольно-выборочными рубками. Отвод лесосек осуществляется с учетом влияния климатических факторов на лесовосстановительные процессы и устойчивость деревьев, оставляемых при первых приемах рубки.
В северных и северо-западных районах европейской части России целесообразно длинную сторону лесосеки располагать с севера на юг, а в южных и юго-западных – с востока на запад [62].
С лесоводственной точки зрения в смешанных елово-лиственных древо-стоях, особенно при групповом (куртинном) размещении древесных пород наиболее эффективны группово-выборочные рубки. Для обеспечения возобновления ели на лесосеке намечаются небольшие по размеру центры осветления, в которых вырубают деревья верхнего полога. Затем, после появления самосева и подроста, эти центры постепенно расширяются, и таким образом за 40-50 лет вырубается старое поколение леса на всей лесосеке. Центры осветления обычно приурочивают к имеющимся группам подроста. В каждый прием группово-постепенной рубки вырубают не более 20% запаса. Удовлетворительные результаты эти рубки дают и в чистых по составу ельниках, особенно в горных лесах.
Сплошные рубки в еловых лесах проводят для заготовки различных сортиментов древесины. В настоящее время они являются основной системой рубок в лесах промышленного назначения. Они более соответствуют природе светолюбивых пород, которые выступают пионерами при заселении открытых площадей и формируют одновозрастные древостои.
Для возобновления теневыносливой и медленно растущей в первые годы жизни ели сплошных рубки в большинстве случаев неблагоприятны. В ре-зультате их проведения резко изменяются лесорастительные условия, осо-бенно световой и тепловой режимы [47, 48, 54, 75], а также гидрологические условия, которые влияют на почвообразовательные процессы. В целом эти изменения решающим образом сказываются на формировании живого напочвенного покрова и процессе возобновления древесных пород, особенно ели.
Учитывая характер изменений лесорастительных условий при сплошных рубках, И.С. Мелехов разработал типологию вырубок для выявления хода лесовозобновления и применения научно обоснованных мер по лесовосстановлению и охране леса от пожаров. Им установлена также связь типов вырубок с типами леса. Исследования в разных районах страны показали, что сплошные рубки во многих типах леса сильно зарастают светолюбивыми травами и мхами, в результате чего сдерживается возобновление хвойных пород [49, 62, 77]. Особенно часто это наблюдается в лучших лесорастительных условиях, где обильно разрастаются луговик, вейник, малина, кипрей и многие виды разнотравья, одни из которых образуют мощную дернину, другие – плотные заросли травостоя. Во влажных и переувлажненных типах леса вырубки часто зарастают длинностебельными (политриховыми) мхами, которые образуют мощные подушки и нередко сплошной зеленый ковер и препятствуют появлению самосева ели.
Наряду с этим сплошные вырубки в еловых лесах часто заселяются светолюбивыми лиственными породами [15, 24, 37, 50, 83, 85, 132]. Береза и осина уже в первые годы после рубки появляются в массовом количестве (до 40-50 тыс. экз. на 1 га) и через несколько лет почти полностью вытесняют травянистую растительность, знаменуя тем самым начало смены пород. Данное явление широко распространено во всех районах естественного ареала ели. В Мурманской, Архангельской, Костромской, Кировской, Горьковской обл. и республике Коми смена ели лиственными породами составляет 88-99% сплошных вырубок, в Ленинградской, Вологодской, Пермской обл. и Карелии – 79-85%. В результате этого в Северо-Западном, Центральном и Волго-Вятском экономических районах площадь лиственных насаждений за последние 50-60 лет увеличилась в 1,5-2,5 раза [42, 84]. Во многих березняках и осинниках под их пологом уже в первые годы появляется самосев ели и его со временем накапливают до 5-7 тыс. экз. на 1 га, что свидетельствует о наличии в данных насаждениях обратного процесса – восстановления ели. Однако этот процесс идет чрезвычайно медленно. Возобновившаяся ель из-за отенения лиственным пологом растет слабо, формирует 2-й ярус и остается в таком положении до отмирания основной части лиственных деревьев господ-ствующего яруса.
В процессе длительной смены еловых насаждений мягколиственными в большинстве случаев снижается продуктивность лесов [120, 126, 128]. В то же время на сплошных вырубках в определенных условиях формируют смешанные насаждения с преобладанием ели, когда при лесозаготовках сохраняется еловый подрост. После рубки леса этот подрост через 2-3 года оправляется, начинает усиленно расти и при достаточной высоте успешно конкурирует в росте с лиственными породами. Позднее, благодаря высокой теневыносливости, ель постепенно вытесняет березу и осину и становится преобладающей породой в составе насаждений [99, 100]. Таким образом, сохранение елового подроста при сплошных рубках – важнейшее мероприятие по восстановлению ели в основных условиях ее обитания. Для формирования смешанных насаждений с преобладанием ели обычно достаточно сохранить 2-3 тыс. экз. подроста на 1 га. Чем больше его сохраняется, тем раньше наблюдается преобладание ели и обеспечивается более высокое качество древостоев. Подрост ели в лесоводственных целях вполне можно использовать на значительных площадях, особенно в таежной зоне, где его достаточно много под пологом спелых разновозрастных древостоев и он представлен преимущественно крупными (более 1-1,5 м) экземплярами, не менее важное и надежное мероприятие по восстановлению ели – освобождение елового яруса в двухъярусных лиственно-еловых насаждениях от затеняющего влияния березы и осины [4, 13, 91, 117]. Положительные результаты использования елового яруса лиственно-еловых насаждений в лесовосстановительных целях достигаются путем применения в них реконструктивных рубок. Еловый ярус полностью освобождается от ли-ственного (верхнего) яруса в один-два приема такой рубки. В таежной зоне лиственный ярус можно вырубать в один прием независимо от его возраста (в пределах от 15-20 до 50-60 лет), а в зоне хвойно-широколиственных лесов – в два приема.
В числе мер содействия возобновления ели на сплошных концентрированных вырубках значительное распространение получило оставление специальных обсеменителей в процессе рубки леса [121, 135]. В таежных лесах, где сплошные рубки проводят на больших площадях, положительный лесоводственный эффект дают обсеменители в виде семенных групп и куртин, контурных кулис, снегозащитных полос. Оставление на глубоких супесчаных почвах ветроустойчивых еловых обсеменителей, хотя и не предотвращает смены пород после рубки леса, вполне обеспечивает возобновление ели и создает необходимую предпосылку для восстановления ее в дальнейшем путем реконструктивных рубок [101]. В иных же случаях, т.е. без обсеменителей, появление самосева ели в этих условиях затруднено. Для повышения ка-чества и сокращения периода возобновления ели в лесоводстве прибегают к искусственному восстановлению этой породы. Культуры ели создают преимущественно на более плодородных почвах, где они по производительности не уступают сосновым насаждениям [147]. Производство их осуществляется обычно посадкой с применением крупномерных (трех-четырехлетних) саженцев по обработанной и необработанной почве. Почву обрабатывают механическим бороздованием или опрыскиванием химикатами, а во влажных и переувлажненных лесорастительных условиях - плужными пластами или полосным фрезерованием. На 1 га создают 3-4 тыс. посадочных мест [59, 88, 89, 90]. В дальнейшем, по мере необходимости, проводят уход для предотвращения зарастания травянистыми растениями и заглушения лиственными породами.
В науке и практике лесного хозяйства имеется положительный опыт так называемых подпологовых культур ели. Такие культуры создаются под пологом приспевающих и спелых еловых и лиственных насаждений, за несколько лет до главной рубки [18, 60, 94, 95]. Цель их – задержать появление поросли мягколиственных пород на вырубках, избежать необходимости многократного лесокультурного ухода за посадками и сократить период выращивания насаждений.
Характер возобновления при главных рубках леса разнообразен, и успешность его зависит от лесорастительных условий, типов леса, способов и технологии рубки. В основном предварительное возобновление ели протекает успешно и вполне удовлетворяет требованиям лесного хозяйства, но иногда требуются меры по его содействию, а в определенных условиях создание лесных культур [27, 28, 114, 147].
Естественное возобновление ели на сплошных вырубках еловых и ело-во-лиственных насаждений часто связано с большими трудностями. Большая часть вырубок возобновляется лиственными породами, главным образом березой и осиной. Для более успешного возобновления ели в комплексе работ по восстановлению леса большое значение имеет сохранение при рубке подроста ценных пород [149].
Ель в лесоводстве считается теневыносливой породой. После рубки в ти-пах леса ельник кисличниковый и черничниковый период возобновления на вырубке составляет у ели 12-20, березы – 4-17, осины – 3-15 лет. Затем восстановление еловых лесосек этими породами прекращается, так как условия среды под пологом вновь возникших лиственно-еловых молодняков становятся для этого неблагоприятными.
Ель возобновляется в один или два этапа [44, 45, 151]. В первом случае вырубка заселяется одновременно елью и лиственными в течение 12-17 лет, во втором – ель после возобновления с лиственными продолжает появляться под пологом последних. Исследованиями установлено, что полог вновь формирующихся лиственных молодняков угнетающе влияет на рост елового самосева с самого начала его появления, хотя достаточно выраженных внешних признаков в первые 3 года не обнаруживается. На четвертый год уменьшается прирост в высоту, хвоя становится бледной и мягкой, становятся более тонкими боковые побеги; на пятый угнетенные экземпляры составляют около 50%, на шестой - значительно больше (хорошо растут лишь особи, расположенные в окнах и просвет полога, через которые проникает свет). В первые 5 лет в условиях полного освещения ель наращивает приствольный базис роста, представляющий совокупность скученно расположенных у основания ствола и расходящихся во все стороны удлиненных ветвей (15-30 штук), которые несут на себе световую хвою и являются ассимиляционным аппаратом [70, 93, 95, 136]. Позже прирост в высоту у елового самосева постепенно увеличивается. Приствольный базис роста формируется в условиях полного освещения. У ели в возрасте 4-5 лет, произрастающей на свету, на приствольный базис роста приходится 50-65% общей длины ветвей, распо-ложенных на всем протяжении ствола, в 10 лет – 40-60%, в 15 – 25-30%. B 4-5-летнем возрасте самосева ветви имеют длину 8-20 см, 10-летнем – 44-75, 15-летнем – 50-60 см, 20-летнем – 70-80 см. Приствольный базис роста начинается на высоте 11-34 см от шейки корня и в условиях полного освещения поднимается вверх по стволу на 20-40 см, занимая 20-30 % его длины. Полог лиственных над елью на формирование базиса влияет отрицательно.
Так, у 5-10-летней ели под пологом березовых и осиновых молодняков полнотой 0,7 и более на долю базиса роста приходятся 20-25 % общей длины ветвей на дереве, причем все они имеют теневую хвою. На свету прирост в высоту у 11-15-летней ели равен 40-70 см, высота к 15 годам – 4,5-6 м. У березы и осины в 10-15 лет прирост в высоту – 50-60 см, высота – 4,5-6 м. Следовательно, у ели с открытой вершиной к 15 годам энергия роста в высоту такая же, как у березы и осины, и она прочно занимает место в пологе, а значит, будет расти без смены пород рубки главного пользования, т. е. до 90-100 лет [10, 11, 21, 32]. Под пологом березы и осины, полнота которого достигает 0,7-0,9, текущий прирост елового самосева в высоту в первые 5 лет равен 4-5 см, в 6-10 – 6-8 см, в 11-15 – 9-20 см. К 15 годам высота ели – 1,1-15 метров. Таким образом, в течение 10-15 лет после выхода еловой лесосеки из-под рубки на ней протекает процесс смены ели березой и осиной, завершающийся к 15 годам; главная причина этого – значительно более медленный рост ели в высоту из-за пониженного освещения, чем у указанных пород. Под их пологом культуры ели в такой же степени отстают в росте от лиственных, как и самосев. Итак, ель естественного происхождения и в культурах в первые 15 лет надо выращивать с открытой вершиной. С 16 лет она интенсивно растет в высоту и к 60-70 годам прочно занимает место в пологе с березой и осиной, не нуждаясь в дополнительном осветлении [57, 61, 63].
В лиственно-еловых молодняках еловый самосев в возрасте 10 лет и бо-лее, осветленный сплошной вырубкой лиственного первого яруса, через 5-10 лет произрастания с открытой вершиной не уступает по энергии роста березе и осине, занимает прочное место в пологе и в осветлении не нуждается. В дальнейшем сформируется еловое насаждение, которое будет расти, и развиваться без смены пород до V класса возраста. Таким образом, анализ хода роста еловых насаждений после рубок ухода убеждает в том, что ель – порода фактически светолюбивая и с самого начала ее надо выращивать с открытой вершиной [79, 103].
Для предотвращения смены пород в первые 15 лет после рубки главного пользования нельзя допускать на еловых вырубках образования лиственного полога над елью, тем более что в возрасте 1-5 лет еловый самосев закладывает приствольный базис роста [80, 148, 151]. При теневом базисе роста ель занимает место под пологом лиственных пород. Следовательно, в 10-летних лиственно-еловых молодняках при полноте второго яруса 0,3 и более требуется осветление с полной вырубкой первого яруса. В борьбе с лиственной порослью и вейником существенный лесоводственный и экономический эффект дает применение арборицидов. В молодняках с полнотой второго яруса менее 0,3 при наличии под пологом ели в количестве 500 шт./га, относительно равномерно размещенной по площади, необходима ручная вырубка лиственных, затеняющих ель сверху. В 11-20-летних лиственно-еловых молодняках нужна прочистка, при полноте второго яруса 0,5 и более – вырубка всего первого яруса или химический уход (арборициды); при полноте второго яруса менее 0,5 и числе ели 500 шт./га и более - прочистка (ручная), т. е. удаление лиственных, затеняющих ель сверху [3, 35, 36, 56]. При наличии второго яруса полнотой 0,3 и более в лиственно-еловых насаждениях полог лиственных следует изреживать до 0,3-0,4 – удалять крупные и фаутные деревья, а также затеняющие ель сверху. В целях создания смешанных древостоев необходимо оставлять на корню березу и здоровую осину – два-три экземпляра средних размеров и тонкомер. Наибольший эффект на вырубках с мягколиственными породами дает выращивание ели с открытой вершиной [14, 96, 124].
Главной проблемой лесного хозяйства и лесоводственной науки в нашей стране является выращивание высокопродуктивных насаждений. Значение этой проблемы с течением времени не только не уменьшается, но, наоборот, заметно возрастает, что обусловливается, с одной стороны, постоянным ростом потребности народного хозяйства в древесине и других полезностях леса и, с другой – наличием значительной потенциальной возможности повышения продуктивности лесов [42, 125].
Продуктивность еловых насаждений во многом определяется возрастной структурой древостоя, его густотой, породным составом и строением. Большое значение для формирования продуктивных насаждений имеет возрастная структура древостоя. Наибольшими запасами древесины обладают одновозрастные насаждения. В среднетаежной подзоне производительность одновозрастных ельников на 30-35% выше по сравнению с разновозрастными. В спелых высокополнотных еловых древостоях черничного типа в условиях Карелии запас древесины достигает 390-400 м3/га, в разновозрастных - не более 300-310 м3 [42]. Это связано с более рациональным использованием солнечной энергии одновозрастными древостоями, у которых самые крупные деревья, пользующиеся полным солнечным светом, имеют возраст до 100-120 лет.
В разновозрастных древостоях верхний полог леса составляют перестойные деревья в возрасте более 200 лет, которые в силу своей старости не способны эффективно использовать солнечную энергию. В связи с этим 1 кг хвои в спелых одновозрастных древостоях ельника черничного производит за год 0,21-0,24 кг стволовой древесины, в разновозрастных 0,16-0,18 кг. Важную роль в формировании высокопродуктивных насаждений играет густота древостоя. С густотой насаждений тесно связаны степень освещенности крон перспективных деревьев, интенсивность прогревания почвы, поступление к напочвенному покрову осадков, площадь питания растений и пр. Исследованиями В. П. Тимофеева [111] в Московской обл. показано, что в редких молодых посадках ель растет более продолжительное время, отличается повы-шенным суточным приростом и имеет более крупную хвою. Аналогичные результаты получены в Литовской ССР Л. А. Кайрюкштисом [43], который наряду с этим установил, что наиболее интенсивный рост ели высотой 2 м обеспечивается при густоте до 4 тыс. деревьев на 1 га, высотой 5 м – при густоте 1,7 тыс. деревьев. В Тульской обл. выявлена сравнительно одинаковая производительность 53-63-летних. культур ели при густоте от 1280 до 7700 деревьев на 1 га [80]. Однако выход крупных сортиментов древесины в редких посадках оказался на 13% больше, чем в густых. Шведскими специалистами на основании исследований 55-летних еловых культур установлено, что с лесоводственной и экономической точек зрения оптимальным размещением ели в лучших почвенных условиях является 1,9*1,9 м [138, 142].
Оптимальная густота не может быть одинаковой для разных по возрасту и высоте древостоев. Как и в загущенных насаждениях, с увеличением высоты деревьев она должна закономерно уменьшаться. В ельниках средней подзоны тайги при высоте древостоя 9-10 метров число деревьев высотой и средней продуктивности колеблется в пределах 1560-1920 на 1 га, при высоте 13 м -1660, и при высоте 17-20 м 900-1100. Большое значение для выращивания высокопродуктивных еловых насаждений имеет повышение уровня почвенного питания деревьев, особенно азотом, содержание которого во многих почвах обычно недостаточно. В числе лесоводственных приемов, направленных на обогащение почвы азотом, эффективно введение почвоулучшающих пород в состав формируемых насаждений. Применительно к еловым насаж-дениям в этом отношении хорошо зарекомендовала себя ольха серая, которая обладает способностью усваивать азот воздуха и переводить его в доступные для растений минеральные формы. К числу пород, обогащающих почву азотом, относится также береза. Таким образом, уменьшая густоту еловых древостоев, можно вводить в их состав ольху серую или березу. Увеличение общей густоты еловых насаждений за счет этих пород не вызывает ухудшения микроклиматических условий произрастания ели, так как создаваемый ими полог леса отличается ажурностью [9, 41, 86, 87]. Кроме того, ольха и береза, как листопадные породы, обеспечивают высокую освещенность ели в наиболее важные для ее роста весенний и раннелетний периоды. Для предупреждения возможности заглушения ели, лиственные породы целесообразно сажать на пень, пока ель не достигнет 1,7-2 м высоты, переводя их, таким обра-зом, в подчиненный ярус.
Возможно, что в других районах страны, в особенности с резко отличающимися почвенно-климатическими условиями, структура оптимальных ельников будет иной, поэтому необходимо дальнейшее изучение этого вопроса.
Весьма большое значение для ускорения роста и повышения продуктивности еловых насаждений имеют различные мелиорации почвы, в том числе гидротехническая [1, 65, 144, 146]. Проведение лесоосушения в заболоченных ельниках повышает производительность во многих районах страны на два-три, иногда на четыре класса бонитета [16]. Так, в Белоруссии осушенные 50-80 лет назад осоко-сфагновые ельники III-IV классов бонитета в настоящее время растут по I-Ia классам. За 70 лет со времени осушения запас древесины в них достигает 500-520 м3/га. Аналогичные результаты осушительной мелиорации получены в лесах прибалтийских республики. В Карелии осушенные 50-60 лет назад ельники V-Va классов бонитета в настоящее время относятся по произ-водительности ко II классу бонитета.
Еловые насаждения хорошо отзываются на введение под их полог расте-ний-сидератов. В Белоруссии посевы люпина в 15-17-летние культуры ели повышают их рост в 1,5 раза. Высокоэффективным мероприятием по повышению прироста в еловых лесах является внесение в почву азотных минеральных удобрений. Имеющийся в нашей стране опыт показывает, что при регулярном удобрении лесов в средней и южной таежной зонах можно добиться ежегодного прироста древесины до 8-10 м3 на 1 га. Особенно отзывчивы на азотные удобрения средневозрастные и приспевающие насаждения [42, 143].
Сложные ельники исследуемого района оказались фактически вне поля зрения лесоводов-исследователей. Первые публикации, посвященные данной тематике, относятся к 2002 году [66, 67]. Результаты этих исследований послужили основой для дальнейших исследований, результаты которых представлены в настоящей диссертации.
ГЛАВА 2. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Программа исследования
Программой исследования предусматривается:
1) выявить особенности происхождения сложных ельников Ижорского плато;
2) установить лесотипологическую принадлежность и дать типологическую характеристику данных ельников;
3) исследовать их сукцессионную динамику, структуру и продуктивность;
4) изучить особенности лесовозобновительных процессов под пологом древостоев, на вырубках и пустошах;
5) оценить эффективность лесовосстановительных мер, состояние лесных к