Профилактика гибели хвойных защитных насаждений в сухостепной зоне поволжья
На правах рукописи
ОБЕЛЬЦЕВ Сергей Владимирович
ПРОФИЛАКТИКА ГИБЕЛИ ХВОЙНЫХ ЗАЩИТНЫХ НАСАЖДЕНИЙ В СУХОСТЕПНОЙ ЗОНЕ ПОВОЛЖЬЯ
Специальность: 06.03.03. – Агролесомелиорация, защитное
лесоразведение, озеленение населенных пунктов, лесные пожары и борьба с ними
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Волгоград 2011
Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации Россельхозакадемии
Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,
Шульга Виктор Дмитриевич
Официальные оппоненты: доктор биологических наук,
Белицкая Мария Николаевна
кандидат сельскохозяйственных наук,
Иозус Александр Петрович
Ведущая организация: Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова»
Защита диссертации состоится «28» декабря 2011 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 006.007.01 при Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу: 400062, г. Волгоград, Университетский пр., 97, а/я 2153, ГНУ ВНИАЛМИ.
Факс 8(8442) 46-25-13
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно–исследовательского института агролесомелиорации и на сайте www.vnialmi.ru.
Автореферат разослан 25 ноября 2011 г.
Учёный секретарь
диссертационного совета … С.В. Колмукиди
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы: Повышение биологической и противопожарной устойчивости хвойных ЗЛН в степи приобрело особую актуальность в последние годы, особенно в 1998 -2011 г.г. В этот период отмечены гибель древостоев вследствие воздействия комплекса факторов: отсутствия должной интенсивности рубок ухода, противопожарного обустройства и эффективных мер профилактики лесных пожаров, распространение очагов первичных и вторичных вредителей леса.
Непреходящее социальное значение созданных хвойных ЗЛН требует разработки адекватных лесоводственных мер.
Цель исследований:
- выявление причин недостаточной биологической и противопожарной устойчивости хвойных ЗЛН и культур;
- выявление причин низкой эффективности принятых лесоводственных мер;
- разработка действенных мер профилактики негативных абиотических и биотических процессов.
Задачи исследований:
- Выявить причины недостаточной биологической и противопожарной устойчивости хвойных древостоев степи.
- Выявить причины низкой эффективности принятых мер ведения лесного хозяйства.
- Разработать физические критерии оценки успешности ведения лесоводственных приемов.
- Обосновать метод, интенсивность и сроки рубок ухода.
- Выявить особенности морфологического типа деревьев в зависимости от классов Крафта, естественных ступеней толщины, расположения в древостое.
- Выявить влияние состава схем смешения и размещения на морфологический тип и устойчивость главных пород в защитных насаждениях.
- Разработать инновационные приемы противопожарной профилактики.
Научная новизна работы:
Впервые для условий степного Поволжья выявлены основные причины низкой эффективности ряда лесоводственных приемов. Разработаны действенные меры профилактики массового усыхания хвойных ЗЛН вследствие биотических и абиотических факторов.
Выявлен эффект светового диффузора, подчеркивающий ведущую роль светового режима и количества ассимиляционной массы в устойчивости хвойных древостоев в степи.
Дана новая методика расчета проектной продуктивности создаваемых лесных насаждений по величине удельной поверхности древесины главной породы и почвы, что объясняет негативный дрейф классов бонитета в древостоях степи и дает
надежный прогноз потенциальной продуктивности создаваемых ЗЛН.
Разработаны действенные меры противопожарной профилактики в хвойных насаждениях, связанные с ведением интенсивных рубок ухода и мульчированием подстилки песком с помощью грунтометов.
Личный вклад. В период с 2008 по 2011 год НИР выполнялись по тематическому плану Всероссийского научно-исследовательского института агролесомелиорации (номер Госрегистрации –01.2.006 11913), автором разработана методика расчета проектной продуктивности создаваемых лесных насаждений по соотношению величины удельной поверхности древесины главной породы, мощности и удельной поверхности почвы под древостоем, выявлен эффект «светового диффузора», разработана программа, определены методы исследований. С 2008 по 2011 г.г. проведен сбор материала и опубликование результатов.
Основные положения, выносимые на защиту:
- гидрофизическое обоснование приемов профилактики массового усыхания хвойных насаждений;
- меры повышения биологической устойчивости хвойных ЗЛН;
- выявление определяющей роли рубок ухода и светового режима в устойчивости хвойных древостоев;
- методика расчета проектной продуктивности создаваемых хвойных древостоев;
- действенные меры противопожарной профилактики.
Теоретическая и практическая значимость состоит в разработке и внедрении в производство действенных мер профилактики массового усыхания хвойных ЗЛН в степи. Выявлена ведущая роль светового режима, массы ассимиляционного аппарата в устойчивости и долговечности хвойных насаждений. Разработаны инновационные приемы профилактики лесных пожаров.
Обоснованность и достоверность выводов и предложений подтверждается многочисленными экспериментальными материалами, полученными во время полевых и камеральных работ, а также статистической обработкой данных НИР.
Апробация работы.
Основные результаты исследований были представлены на научно-практических конференциях и семинарах: «Инновационные технологии в обучении и производстве» Камышин, 2008, «Актуальные проблемы лесоуправления и кадрового обеспечения лесного сектора экономики стран Центральной Азии», Алматы, 2008, « Аридное землепользование – способы и технологии интенсификации», Соленое займище, 2008, «Современное состояние водных ресурсов Нижней Волги и проблемы их управления», Астрахань, 2009, «перспективы развития агролесомелиорации и защитного лесоразведения в адаптивно-ландшафтных системах земледелия», Волгоград, 2011.
Приемы обоснования новых подходов в ведении лесного хозяйства в искусственных насаждениях представлены в «Научном обосновании и рекомен-
дациях по повышению биологической устойчивости естественных – искусственных дубрав Волго-Ахтубинской поймы», Волгоград, 2009.
Публикации: По материалам диссертации опубликовано12 научных статей, в том числе одна, входящая в перечень ВАК РФ, и одна монография. Объем работ, опубликованных в научных изданиях составляет – 30,0 п.л., в том числе личное участие соискателя – 9,8 п.л., что составляет 33%.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 189 стр. Состоит из введения, шести глав, выводов, предложений производству. Список использованной литературы состоит из 275 названий, в том числе 1 на иностранных языках.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1.Аналитический обзор. В главе рассмотрены причины усыхания хвойных древостоев на песках, принятая методология адаптации главных пород в мелиоративных насаждениях, влияние ряда гидрофизических факторов, таких как комплексный оценочный показатель, объясняющий существенные гидрофизические, таксационные и физиологические различия хвойных древесных пород в различных типах древостоев. Рассмотрена роль динамики влажности древесины и метаболической влаги в жизни главных древесных пород в степи – по А.В. Гурскому (1957), В. Желявски (1980), В.О. Казаряну (1990) и В.Д. Шульге (2002, 2011).
2.Программа и методика исследований.
Объем выполненных работ: количество взятых образцов для определения полной влагоемкости древесины ствола (80 шт.) и корня (20 шт.), хвои разных возрастов 200 навесок. Для измерения влажности заболони, ядра, корня, хвои отобрано более 1200 образцов. Также было заложено около 50 пробных площадей. Для выявления функциональной влажности ядра и заболони обработано 320 образцов. Расчет функциональной влажности древесины корня и ассимиляционного аппарата проводился по 320 образцам. Определение плотности древесины ствола – 20 измерений, древесины корня – 60.
Программой НИР предусматривалось выявление роли схем смешения и размещения, густоты лесных ЗЛН на состояние главных хвойных лесообразующих пород и разработка альтернативных приемов ведения лесного хозяйства в степных борах, а также разработка действенных приемов противопожарной профилактики.
Анализ состояния хвойных насаждений проведен с помощью закладки постоянных и временных пробных площадей, отборе и анализе хода роста модельных деревьев в зависимости от густоты древостоев, интенсивности рубок ухода, схем смешения и размещения. В этих целях отобрано 110 модельных деревьев.
Функциональную влажность определяли высушиванием до постоянного веса при температуре 103-1050 C термовесовым методом по ГОСТу 164731-73.
В работе также использовались исследования В.Д. Шульги (2002) в которых он выявил строгое однообразие морфологического типа средних деревьев
шести главных пород в нормальных древостоях каждого класса бонитета. Эффективность проведения лесоводственных приемов при формировании заведомо устойчивых древостоев, а также оценка влагосодержания в древесине стволов средних деревьев проводилась расчетным путем – по определению комплексного оценочного показателя (КОП) средних деревьев сравниваемых древостоев по формуле(1):
(1/см), (1)
где h – высота дерева, см; D – диаметр дерева на высоте 1,3 м, см; G1,3 – площадь поперечного сечения на высоте 1,3 м, 1/см.
3. Природные условия региона.
Исследовательские работы выполнялись в степных ландшафтах Волгоградской области. Особенностью климата является континентальность и засушливость, усиливающаяся с северо-запада на юго-восток. Среднегодовое количество осадков от 280-300 мм в южных районах области, до 400-500 мм в северных. Среднегодовая температура в среднем 7,8-9,9°С.
Общая лесная площадь Волгоградской области на 01.01.2005 г. составляет 591,7 тыс. га, в т. ч. покрытая лесом 498,4 тыс. га.
Все леса области отнесены к лесам I группы, в которых разрешается производить только санитарные, лесовосстановительные работы и рубки ухода. Основными лесообразующими породами являются: дуб, сосна, тополь, вяз, ясень, ивы, ольха, береза, клен, робиния.
4. Разработка альтернативных приемов ведения лесного хозяйства в степных борах Поволжья.
Подтверждена наиболее часто встречающаяся ошибка в оценке интенсивности лесоводственных уходов – во главу угла все еще ставится традиционный кубометрический подход, а вопросы повышения устойчивости и долговечности не рассматриваются. Так Н. С. Минин (2003), признав высокий положительный эффект высокоинтенсивной (47% от числа деревьев) рубки в 20-летних культурах сосны обыкновенной, не заметил, что лучшие деревья в 40 лет (800 шт./га) имеют практически один морфологический тип – одинаково этиолированы и потому равно неустойчивы на всех вариантах уходов. Рекомендуемая им густота (1,5 тыс. деревьев на 1 га 20-40 лет) втрое больше таковой заведомо устойчивых древостоев. Одним из критериев оценки интенсивности лесоводственных уходов является не то, сколько деревьев вырубили, а сколько оставили. Важно знать насколько морфологический тип среднего дерева (КОП) соответствует ожидаемому результату.
При сложившемся лесоводстве преследуются цели только общей продуктивности лесов. Поэтому выбирается только та часть древостоя, которая облигатно отомрет и будет потеряна для переработки в товар. Сравнение КОПа выбираемой части с таковым основной части древостоя показывает, что разница между ними составляет 2- 4 раза. Это и объясняет низкую эффективность принятых лесоводственных приемов – в основной части древостоев, КОП в свою очередь в 2- 10 раз выше, чем в климаксовых ординарных.
Из приведенного следует, что определяющей причиной гибели хвойных насаждений аридной зоны является неправильное проведение лесоводственных мер или их отсутствие.
В таблице 1 показана возрастная динамика изменения коэффициента напряжения роста (рассчитан нами по данным В. Н. Рубцова, 1975) в хвойных молодняках в зависимости от густоты посадки.
Таблица 1 – Зависимость напряженности роста сосны от возраста и густоты молодняков
| Возраст, лет | Коэффициент напряжения роста (см/см ) при густоте (тыс. шт./га) | |||||
| 5 | 10 | 15 | 20 | 30 | 40 | |
| 6 | 8 | 10 | 14 | 15 | 17 | 23 |
| 10 | 21 | 28 | 36 | 40 | 50 | 60 |
| 15 | 13 | 20 | 27 | 32 | 38 | 45 |
| 18 | 13 | 20 | 27 | 40 | 40 | 46 |
Увеличение густоты в 8 раз (с 5 до 40 тыс. шт./га) увеличивает КОП в 3 раза (с 8 до 23 см/см2 в возрасте 6 лет и с 21 до 60 см/см в возрасте 10 лет). По всем группам густоты древостоев в период с 6 до 10 лет коэффициент стройности (коэффициент напряжения роста) увеличивается также в 3 раза, а в последующие 5 лет достигнув критического возраста – снижается в 1,5 раза, оставаясь на предельно высоком уровне – практически на порядок выше, чем в молодняках в парковых древостоях, бывших лесосеменных плантациях и опушках всех древостоев, при шахматном размещении посадочного материала в полосах и кулисах. Таким образом, под «критическим возрастом» мы понимаем возраст, наступивший сразу после полного смыкания крон, возраст дифференциации главной породы по форме, коэффициенту напряжения роста и состоянию (отпад увеличивает площадь питания и снижает напряженность роста и массу хвои главной породы). В любой год после 10-летнего возраста может произойти массовое усыхание сосны. Необходимым условием последнего является засуха, не заставляющая себя долго ждать в аридной зоне, где 3 года из 10 облигатно острозасушливые. Приведенные выше данные позволяют точно установить срок проведения интенсивных рубок в молодняках по принципу: «в 6 лет рано, в 10 – поздно, в 7-9 лет - необходимо».
Это указывает на крайнюю необходимость своевременного изреживания древостоев для формирования мощного ассимиляционного аппарата сосны и обеспечения крупных запасов катаболической влаги. Этот феномен полностью игнорируется в степном лесоводстве, что имеет следствием массовое усыхание и распад древостоев в возрасте взросления.
В условиях Камышинского лесничества было выявлено, что полное отсутствие лесоводственных уходов – причина угнетения роста и ухудшения состояния хвойных ЗЛН на песках.
Введение схематических рубок (удален каждый седьмой ряд) оказалось как высокоэффективным противопожарным средством (выгорел только один блок лесных насаждений – другие остались неповрежденными), так и средством улучшения светового и водного режима в новой опушке (табл. 2).
Таблица 2 – Зависимость среднего годового прироста по радиусу (мм) от размещения и размеров деревьев и классов Крафта в 40-летних ЗЛН
| Периоды | Верхнелиповское лесничество, квартал 134, выд.8 | |||||
| Опушечные ряды | Внутренние ряды | |||||
| I-II | III | IV-V | I-II | III | IV-V | |
| 2007-1992 | 2,7 | 2 | 1,3 | 0,97 | 1,0 | 2,16 |
| 1991-1987 | 3,16 | 2,62 | 2,74 | 1,12 | 0,62 | - |
| 1986-1982 | 5,22 | 3,46 | 5,7 | 2,04 | 0,88 | - |
| до 1981 | 4,5 | 4,88 | - | 5,16 | 2,9 | - |
| КОП, см/см2 | 3,3 | 3,4 | 6,5 | 3,4 | 5,9 | 14,1 |
| Чухонастовка, квартал 15, выд.13, 20 | ||||||
| Периоды | Опушечные ряды | Внутренние ряды | ||||
| I-II | III | IV-V | I-II | III | IV-V | |
| 2007-1992 | 2,5 | 1,46 | - | 1,77 | 1,13 | 1,12 |
| 1991-1987 | 4,36 | 3,08 | - | 3 | 2,86 | 2,6 |
| 1986-1982 | 4,76 | 1,86 | - | 3,7 | 3,57 | 1,86 |
| до 1981 | 3,7 | 4,46 | - | 2,87 | - | - |
| КОП, см/см2 | 2,5 | 2,6 | 5,2 | 3,1 | 9,3 | 10,2 |
Причем крупные деревья (I-II класс Крафта) в опушках и внутренних рядах в 40-летних ЗЛН обладают одинаковым сбежистым морфологическим типом (КОП 3.3 и 3,4 см/см2), в то время как средние (III класса Крафта) и мелкие (IV-V класса Крафта) значительно (в 1,7-2,0 раза) более этиолированы.
В более молодых (22 года) лесных ЗЛН различия морфологического типа более значительны (табл. 3).
Таблица 3 – Зависимость среднего годового прироста по радиусу (мм) от размещения и размеров деревьев и классов Крафта в 22-летних ЗЛН
| Периоды | Верхнелиповское лесничество, с/з Терновский | |||||
| I-II | III | IV-V | I-II | III | IV-V | |
| 2007-1992 | 2 | 1,94 | 1,0 | 1,9 | 1,7 | 0,9 |
| 1991-1987 | 3 | 3 | 1,4 | 2,1 | 2,1 | 1,8 |
| 1986-1982 | 5,0 | 4,0 | 2,0 | 2,2 | 2,0 | 1,3 |
| до 1981 | - | - | - | - | - | - |
| КОП, см/см2 | 5,8 | 8,9 | 17,7 | 8,5 | 12,0 | 22,0 |
КОП увеличивается от крупных деревьев к мелким в 2,6-3,0 раза независимо от месторасположения в древостое (опушка, внутренние ряды).
В 80-летних ЗЛН на землях Минобороны прослеживается та же тенденция (табл. 4). Для сохранения старовозрастных ЗЛН необходимо прекратить выпас скота под их пологом и воссоздать опушку из кустарника для улучшения микроклимата и улучшения высоты снега.
Наиболее значимым результатом полевых исследований хвойных ЗЛН лево- и правобережья Волги в сухой степи (Камышинское и Старополтавское лесничества) явилось выявление положительной роли светового режима в устойчивости сосны обыкновенной.
Таблица 4 – Зависимость среднего годового прироста по радиусу (мм) от размещения и размеров деревьев и классов Крафта в 80-летних ЗЛН
| Периоды | ЗЛН на землях Министерства обороны | |||||
| Опушечные ряды | Внутренние ряды | |||||
| I-II | III | IV-V | I-II | III | IV-V | |
| 2007-1992 | 3,21 | 2,8 | 1,5 | 1,34 | 0,92 | 0,9 |
| 1991-1987 | 2,9 | 2,72 | 1,48 | 1,16 | 0,7 | 0,96 |
| 1986-1982 | 2,86 | 2,62 | 1,48 | 1,3 | 0,88 | 0,6 |
| до 1981 | 3,0 | 2,27 | 1,65 | 2,24 | 2,0 | 1,8 |
| КОП, см/см2 | 0,8 | 1,3 | 2,3 | 1,3 | 1,5 | 2,6 |
Оказалось, что вышедшие из-за недостатка света из рядов лесных насаждений в междурядья деревья сосны вернулись в свои ряды через 10-15 лет и восстановили крону и прирост. Феномен отмечен как на песках, подстилаемых мелом (Камышинское лесничество), так и супесями (Старополтавское лесничество). Причины возврата – фокусировка солнечных лучей образовавшимся «окном» на вывалившейся кроне. Эффект напоминает камеру Обскура или световой диффузор (рис. 1).
Рисунок 1 – Гелиотропическая реакция (эффект светового диффузора) сосны обыкновенной на образовавшееся «окно» в верхнем пологе в результате вывала деревьев из загущенных рядов в поисках света.
Креневая древесина и синеватое сухое ядро свидетельствует о сложности дальнейшей жизни таких деревьев в условиях отсутствия рубок ухода с одной стороны, но с другой – это яркое определяющее свидетельство приоритета светового режима как фактора, обеспечивающего поставку катаболической влаги в наиболее тяжелые периоды жизни хвойного леса.
По приросту в высоту больших различий между контрольными деревьями и восстановившимися после вывала (поиска света) нет. Напротив, текущий прирост по диаметру четко показал, что вывал сосны из рядов культур произошел в возрасте около 10-11 лет. После этого в течение 3-5 лет прирост по диаметру у таких деревьев был меньше в 1,1-3,7 раза. Затем до 18 летнего возраста эти различия сгладились, а в последние 10 лет наблюдается тренд к улучшению роста по диаметру (рис.2 и 3).
Рис. 2. Особенности хода роста по высоте деревьев сосны с эффектом «светового диффузора»
Рис. 3. Особенности хода роста по диаметру деревьев сосны с эффектом «светового диффузора»
Как уже говорилось ранее по приросту в высоту больших различий между контрольными деревьями и восстановившимися после вывала нет (табл. 5). Напротив, текущий прирост по диаметру (рис. 3.) четко показывает, что вывал сосны из рядов насаждений произошел в 1990 году в возрасте около 10-11 лет. После этого в течение 3-5 лет прирост по диаметру у таких деревьев был меньше в 1,1-3,7 раза. Затем до 18 летнего возраста эти различия сгладились, а в последние 10 лет наблюдается тренд к улучшению роста по диаметру.
Таблица 5 – Влияние эффекта «светового диффузора» на средний прирост по высоте и диаметру сосны обыкновенной в возрасте 31 года
| Вариант опыта | Средний прирост по высоте, см | ||||
| 1996-2009 | 1991-1995 | 1988-1990 | 1981-1987 | h (1981-2009) | |
| Контроль | 31,4 | 23,8 | 30,7 | 53,5 | 36,8 |
| Потеря и восстановление ранга | 29,6 | 29,2 | 33,0 | 51,7 | 37,0 |
| Средний прирост по диаметру, см | D (1981-2009) | ||||
| Контроль | 1,7 | 2,9 | 2,6 | 2,1 | 59.6 |
| Потеря и восстановление ранга | 2,05 | 1,6 | 3,7 | 3,3 | 67,4 |
Исходя из законов тепломассообмена, сумма испаряющей поверхности должна соответствовать сумме поверхности, доставляющей влагу – иначе система не работает. В качестве поверхности, доставляющей влагу, примем почву под лесной растительностью, а испаряющей поверхностью примем стволовую древесину.
Зная мощность почвы под лесом рассчитаем объем почвы в древостоях с I по IV бонитет. Он составит соответственно 13; 8; 5 и 3 тыс. м3/га, а общая поверхность почвы как произведение удельной поверхности почвы (37 м2/г) на ее вес составит соответственно 72,2; 44,4; 27,8 и 16,6 км2/га.
Объем стволовой древесины в 100-летних нормальных древостоях сосны обыкновенной по Тюрину (1945) по указанным классам бонитета равен 625; 494; 380 и 293 м3/га при весе 312; 247; 190 и 146 т/га. Общая поверхность древесины в таком случае составит соответственно 5,6; 4,5; 3,4 и 2,6 км2/га.
В итоге отношение общей поверхности почвы к общей поверхности древесины в борах с первого по 4-й класс бонитета составит соответственно 12,7; 9,9; 8,1; 6,3 раза. В первом приближении можно считать, что общая поверхность почв на порядок больше общей поверхности стволовой древесины, что и объясняет в целом удовлетворительный водный режим и устойчивость главной породы в обычные годы.
В то же время прогрессивное снижение величины данного соотношения по мере ухудшения качества условий роста с первого по четвертый класс бонитета объясняет и разную устойчивость и продуктивность боров. Значение имеет не только меньшая мощность почв, но и меньшая их общая площадь, приходящаяся на единицу объема древесины. Это свидетельствует о большем количестве рисков, возникающих при хозяйственной и экономической деятельности в низкопродуктивных лесах.
Появилась возможность прогноза продуктивности древостоев всех главных лесообразующих пород по удельной поверхности и мощности корнеобитаемого слоя почвогрунта (табл.6)
Таблица 6 – Прогноз продуктивности лесных культур сосны обыкновенной
| Классы бонитета | ||||
| I | II | III | IV | |
| Мощность почвы, см | 130 | 80 | 50 | 30 |
| Объем почвы, тыс. м3/га | 13 | 8 | 5 | 3 |
| Удельная поверхность, м2/га | 37 | 37 | 37 | 37 |
| Общая поверхность корнеобитаемого слоя почвы, км2/га | 72,2 | 44,4 | 27,8 | 16,6 |
| Объем стволовой древесины в 100-летних нормальных древостоях, м3/га | 625 | 494 | 380 | 293 |
| Удельная поверхность древесины сосны, м2/га | 181 | 181 | 181 | 181 |
| Вес древесины, т/га | 312 | 247 | 190 | 146 |
| Общая поверхность древесины, км2/га | 5,6 | 4,5 | 3,4 | 2,6 |
| Отношение общей поверхности почвы к общей поверхности древесины | 12,7 | 9,9 | 8,1 | 6,3 |
Данный феномен объясняет и такое явление, как известный дрейф классов бонитета насаждений с возрастом. Зная общую поверхность корнеобитаемого слоя почвы можно уверенно прогнозировать возможную продуктивность лесов. В старовозрастных лесах последняя будет строго соответствовать гидрофизическим характеристикам почвы. В молодняках корневые системы не полностью осваивают всю мощность почвы. Поэтому и класс бонитета может быть выше за счет агротехнических ухищрений.
5. Влияние схем смешения, размещения и густоты культур на состояние хвойных главных пород в степи и лесостепи
Идеальный состав данных крайне перегущенных одновозрастных насаждений (лиственница и липа) при отсутствии лесоводственных уходов не способен обеспечить продолжительную жизнь древостоя (таб. 7).
Таблица 7 - Влияние отсутствия лесоводственных уходов на ход роста 70-75-летних смешанных (6Ли3Ли1Б) культур лиственницы и ели (10Е), (Новосильская АГЛОС, октябрь, 2009)
| Порода | Модели | S(З/Я) | Прирост (мм, %) по десятилетиям | Год начала угнетенного роста | ||||||
| 2009- 2000 | 1999- 1990 | 1989- 1980 | 1979- 1970 | 1969- 1960 | 1959- 1950 | 1949- 1940 | ||||
| Лиственница | 119 | 15,784,3 | 4,0 10 | 6,2 15 | 11,0 25 | 10,5 25 | 18,0 43 | 24,0 57 | 42,0 100 | 1964 |
| 153 | 83,1 16,9 | 4,5 9 | 10,0 24 | 10,8 26 | 8,0 17 | 8,0 17 | 22,0 44 | 48,0 100 | 1954 | |
| Ель | 124 | - | 14,0 20 | 20,0 29 | 29,0 41 | 35,0 50 | 50,0 71 | 70,0 100 | - | 1966 |
| 132 | - | 11,0 23 | 10,5 22 | 8,0 17 | 8,0 17 | 20,5 43 | 31,5 66 | 48,0 100 | 1965 | |
Крайне необходимо переформирование ЗЛН в лиственнично-липовое. Запрет рубок ухода абсолютно вреден. Реализация древесины лиственницы и липы позволила бы решить проблему занятости местного населения.
Отмечена крайне негативная роль березы повислой в искусственных лесных биоценозах АГЛОС. Диаметр и протяженность крон березы в 4-5 раз больше, чем у лиственницы и липы. Занимая 10% состава, она полностью заглушает рост главных и полезных сопутствующих пород. Береза подлежит немедленной вырубке по экологическим и общелесоводственным соображениям. Невыполнение данного предложения вызовет, как и отсутствие проходных рубок, распад одновозрастных ЗЛН.
6. Инновационные способы противопожарной устойчивости хвойных ЗЛН в степи
В средние и лучшие по климатическим показателям годы (за период 1993-2009 гг.) среднее число пожаров в лесничествах Волгоградской области с наличием хвойных ЗЛН составило 160 случаев при гибели 314 га покрытой лесом площади. В засушливые 6 лет (1995, 1998, 2001, 2002, 2006, 2007, 2009) соответствующие показатели составили 276 случаев и 3183 га (табл. 8).
Заметим важную особенность пожарной обстановки – засушливые годы увеличивают число пожаров в 1,7, а площадь гарей – в 10,1 раза по сравнению с обычными. Таким образом, административные (ограничение доступа в лес населения) и ряд организационно-технических (агитационная работа, традиционные меры профилактики) оказываются значительно менее эффективными, чем меры способствующие сокращению площади гарей (ведение противопожарных и схематических рубок, деление массивов хвойных насаждений противопожарными заслонами на блоки, ведение интенсивных рубок ухода…).
Работа грунтометов АЛФ-10 под пологом хвойных молодняков оказалась высокоэффективной. Уже в первый год мощность подстилки уменьшилась до 1-1,5 см. Она полностью была упакована песком и совершенно не представляла собой материала для огня.
Эти приемы (поднятие кроны, мульчирование подстилки) привносят качественно новое противопожарное состояние в хвойные насаждения. Они исключают низовые и верховые пожары и позволяют создать необходимый противопожарный заслон. Продолжительность действия этих приемов, как показывает наш опыт, значительно превзойдет 10-12 лет, прошедших после первых апробаций. Это период формирования нового трута из свежего опада. Во всяком случае, в 2010 году в новом опаде трут еще не сформировался под пологом хвойных ЗЛН, замульчированных песком в 1997-98 гг.
Данные таблицы 9 убедительно свидетельствуют о глубоких различиях в величине теплофизических показателей свежесрубленной древесины хвойных и лиственных пород. Теплоемкость 1м3 заболони сосны обыкновенной и крымской составляет соответственно 4776 и 4375, а для дуба и робинии – соответственно 5567 и 6262 кДж/кг0С. Важным следствием является и значительно меньшая теплоемкость стволов хвойных и лиственных пород во второй половине вегетации. Она в 1,6-1,7 раза ниже, чем в ее начале. Это объясняет более тяжелые последствия лесных пожаров на лесные биоценозы во второй половине лета и осенью.
Таблица 8. Зависимость площади пожаров от погодно-климатических условий
| Наименование лесничества | Площадь хвойных ЗЛН, га | Площадь гарей, га | |||||
| Лучшие годы по климатическим показателям (1993, 1994, 1996, 1997, 1999, 2000, 2003- 2005, 2008) | Среднее в год | Остро засушливые годы (1995, 1998, 2001, 2002, 2006, 2007, 2009) | Среднее в год | ||||
| 1993-2009 | Среднее за год | ||||||
| Алексеевское | 3611 | 39,6 га (69) | 3,96 (7) | 273,8 га (93) | 39,1 (13) | 313,4 (162) | 18,4 (10) |
| Арчединское | 5403 | 139,14 (115) | 13,9 (11) | 8703,8 (96) | 1243,4(14) | 8842,9 (211) | 520,2 (12) |
| Быковское | 3060 | 98,3 (32) | 9,8 (3) | 379 (63) | 54,1 (9) | 477,3 (95) | 28,1 (6) |
| Волгоградское | 2583 | 348,4 (134) | 34,8 (13) | 377,9 (113) | 54 (16) | 726,3 (247) | 42,7 (14) |
| Даниловское | 4130 | 426 (52) | 42,6 (5) | 2228 (82) | 318,3 (12) | 2654 (134) | 156,1 (8) |
| Котовское | 4924 | 50,5 (61) | 5,0 (6) | 220,7 (60) | 31,5 (7) | 108,7 (121) | 6,4 (6) |
| Жирновское | 2223 | 1 (59) | 0,1 (6) | 58,2 (60) | 8,3 (7) | 59,2 (119) | 3,5 (7) |
| Иловлинское | 859 | 72,5 (126) | 7,2 (13) | 321,9 (184) | 46 (26) | 394,4 (310) | 23,2 (18,2) |
| Калачевское | 2768 | 68,2 (84) | 6,8 (8) | 3452,9 (92) | 493,3 (13) | 3521,1 (176) | 207,1 (10) |
| Камышинское | 1813 | 192,8 (165) | 19,2 (16) | 1098,8 (140) | 157 (20) | 1291,6 (305) | 80 (18) |
| Михайловское | 4322 | 475,5 (227) | 47,5 (23) | 1120,2 (236) | 160 (34) | 1595,7 (463) | 93,9 (27) |
| Нижнечирское | 2731 | 223,9 (63) | 22,4 (6) | 878,6 (71) | 125,5 (10) | 1102,5 (134) | 64,8 (8) |
| Новоаннинское | 4145 | 227 (21) | 22,7 (2) | 50 (27) | 7,1 (4) | 277 (48) | 16,3 (3) |
| Ольховское | 2862 | 94,2 (51) | 9,4 (5) | 488,5 (51) | 69,8 (7) | 582,7 (102) | 34,3 (6) |
| Подтелковское | 11963 | 45,3 (52) | 4,5 (5) | 356,7 (111) | 50,9 (16) | 402 (163) | 23,6 (10) |
| Руднянское | 3212 | 134,4 (72) | 13,4 (7) | 2 (71) | 0,28 (10) | 136,4 (143) | 8,0 (8) |
| Светлоярское | 814 | 18 (42) | 1,8 (4) | 355 (89) | 50,7 (13) | 373 (131) | 21,9 (8) |
| Серафимовическое | 3814 | 109,5 (113) | 10,9 (11) | 641,1 (188) | 91,6 (27) | 750,6 (301) | 44,1 (18) |
| Старополтавское | 3494 | 312,5 (22) | 31,2 (2) | 933,2 (48) | 133,3 (8) | 301 (70) | 17,7 (4) |
| Урюпинское | 8104 | 60,6 (45) | 6,1 (4) | 339 (55) | 48,4 (8) | 399,6 (100) | 23,5 (6) |
| Всего | 76835 | 3137,34 (1605) | 15,6 (7,8) | () 22279,3 (1930) | 159,1 (13,7) | () 25420 (3542) | 72 (10) |
Внедрение результатов диссертационной работы, связанных с жесткой регламентацией густоты древостоев, интенсивности рубок, размера площади питания и инновационных приемов противопожарного обустройства исключит ежегодное списание многих тысяч гектаров хвойных ЗЛН и лесных культур в степи, погибающих вследствие пожаров, засух и отсутствия должных лесоводственных уходов.
Таблица 9. - Зависимость теплоемкости (кДж/кгС0) свежесрубленной древесины от вида главных лесообразующих пород в старовозрастных лесах I класса бонитета в зависимости от содержания влаги (числитель – ПВ, знамен.– 0,5 ПВ)
| Показатель | Порода | |||||
| Робиния | Дуб | Сосна обыкнов. | Сосна крым. | |||
| Заболонь (1м3) | ||||||
| Плотность | 0,810 | 0,690 | 0,510 | 0,534 | ||
| Теплоемкость древесины | 1313 | 1119 | 827 | 866 | ||
| Теплоемкость воды | 4849 2441 | 4448 2224 | 3949 1964 | 3509 1766 | ||
| 6162 3754 | 5567 3342 | 4776 2791 | 4375 2632 | |||
| Ядро (1м3) | ||||||
| Плотность | 0,820 | 0,700 | 0,595 | 0,589 | ||
| Теплоемкость древесины | 1329 | 1135 | 965 | 955 | ||
| Теплоемкость воды | 2883 1442 | 3018 1524 | 2117 1046 | 3896 1948 | ||
| 4213 2771 | 4153 2638 | 3082 2011 | 4850 2903 | |||
| Обезличенная стволовая древесина (1м3) | ||||||
| Доля участия в древесине ствола (числ. – заболонь, знамен. – ядро) | 24 76 | 27 73 | 25 75 | 67 33 | ||
| Средневзвешенная удельная теплоемкость с учетом площади заболони и ядра | 4688 3011 | 4535 2843 | 3505 2206 | 4532 2721 | ||
| Теплоемкость ствола при равном соотношении заболони и ядра | 5187 3263 | 4860 3001 | 3929 2401 | 4613 2767 | ||
Принимая во внимание, что себестоимость создания 1 га сосновых насаждений составляет 10 тыс. руб., экономический эффект результатов НИР только от профилактики гибели ЗЛН при пожарах в обычные годы составит 150 тыс. руб., а в засушливые – 1590 тыс. руб. в расчете на территории Волгоградской области.
ВЫВОДЫ
1. Главной определяющей причиной гибели хвойных насаждений на степных аренах является постоянная перегущенность и чрезмерная этиолированность древостоев при крайне недостаточно развитом ассимиляционном аппарате. Это следствие отсутствия должной интенсивности рубок ухода.
Преждевременная гибель искусственных насаждений в степи и лесостепи не связана со старением главных хвойных лесообразующих пород, а определяется недостатками в ведении лесоводственных приемов.
Густота ординарных насаждений в 4-5 раз больше густоты заведомо устойчивых (климаксовых) древостоев и соответствует (или в 1,2 -1,3 раза больше) густоте нормальных хвойных насаждений.
2. Определяющими причинами гибели, как правило, этиолированных хвойных насаждений являются также засухи, пожары, очаги первичных и вторичных вредителей и болезней.
В засуху нарушается водообеспеченность деревьев вследствие недостатка влаги в почве и древесине, а также затруднений в получении метаболической влаги. Известная автономность этого процесса продлевает жизнь кроны при состоявшейся гибели ствола и раскрывает противоречия в оценке роли стволовых вредителей и болезней в процессе гибели главной породы. Об этом также свидетельствует отсутствие осмола на вырубках.
3. Определяющая роль светового режима в жизни хвойных насаждений подтверждена выявленным нами эффектом светового диффузора и улучшением прироста сосны в высоту и по диаметру после того как крона возвращается в световое окно после вывала части древостоев из рядов.
Ведение схематических рубок позволяет улучшить световой режим и прирост главной породы во вновь образованных опушках ЗЛН и предотвращает распространение низовых пожаров после создания в образовавшихся широких междурядьях минерализованных полос.
4. Повышению биологической устойчивости искусственных сосняков способствует их реконструкция путем своевременного и качественного проведения интенсивных выборочных рубок, размещения насаждений кулисами и микроблоками.
Наиболее действенным средством оздоровления и предупреждения усыхания сосны является своевременное интенсивное (более 50 – 60% по числу стволов) изреживание перманентно загущенных хвойных молодняков.
Вид рубки – схематический (через ряд), с дополнительным удалением 15- 25 % деревьев в оставшихся опорных рядах. Количество приемов рубки определяется экономическими возможностями лесовладельца. Метод рубки – низовой, интенсивный, безжердняковый.
Блоковый принцип формирования насаждений сохраняется и при рубках в средневозрастных древостоях. При рубках избегают возможности удаления жизнеспособных деревьев из опушечных, более устойчивых рядов.
В загущенных спелых и приспевающих древостоях независимо от состояния проводится интенсивная (40-50% по числу деревьев) рубка по низовому методу. Оставляются деревья с хорошо развитой кроной (лучшие деревья – деревья будущего) в количестве 400-500 шт/га. Одновременно удаляются больные и сильно ослабленные деревья, т. е. санитарные рубки совмещаются с изреживанием для предупреждения формирования очагов вредных организмов. Адаптация таких древостоев к зональным условиям, с известной долей вероятности, позволит в итоге получить климаксовые насаждения (насаждения находящиеся в устойчивом равновесии с условиями окружающей среды).
5. Морфологический тип деревьев в лучших древостоях ряда областей России свидетельствует об отборе плюсовых деревьев во всех возрастных группах по площади питания и не обусловлено с генетическими особенностями. Тот же эффект может быть получен интенсивными рубками ухода.
Отношение общей поверхности почвы к таковой древесине в борах с первого по четвертый класс бонитета составляет 12,7; 9,9; 8,1 6,3 раза. Это объясняет, в целом, удовлетворительный водный режим и устойчивость сосны обыкновенной в обычные годы. Появилась возможность прогноза на стадии проекта потенциальной продуктивности ЗЛН по удельной поверхности и мощности корнеобитаемого слоя.
6. Запоздания с лесоводственными уходами, прорубка противопожарных и технологических разрывов во взрослых древостоях резко изменяет микроклимат под пологом и могут негативно повлиять на состояние главной породы. Поэтому создание блоков и другие элементы противопожарного и технологического обустройства необходимо закладывать еще в проекты создания ЗЛН.
Повышение биологической устойчивости хвойных древостоев нельзя рассматривать в отрыве от их противопожарной устойчивости, так как пожар сводит на нет все усилия лесоводов и обесценивает труд поколений.
Абсолютным по эффективности приемом противопожарной профилактики на срок 10-12 лет является утилизация подстилки под пологом ЗЛН с помощью мульчирования ее слоем песка (грунтометы АЛФ-10 и ГТ-3).
На каменистых почвах, исключающих работу грунтометов под пологом хвойных ЗЛН первое место в системе мер профилактики занимают противопожарные и схематические рубки и производство минерализованных полос вокруг блоков и кулис хвойных насаждений.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ
- В проекты создания ЗЛН в степи необходимо включать ведение интенсивных рубок ухода, направленных на формирование мощного ассимиляционного аппарата – залога высокой устойчивости сосны в засуху. Размер крон в каждом возрастном периоде не должен быть меньше 0,4 – 0,5 от средней высоты древостоя. Это соответствует густоте 450-500 шт/га в возрасте взросления.
- ЗЛН должны создаваться чистыми по составу, редкими, но сомкнутыми. Алгоритмом воспитания заведомо устойчивых насаждений является величина комплексного оценочного показателя равная: 3-4 см/см2 в возрасте до 20 лет; 2-3 см/ см2 в возрасте от 20 до 70 лет и 1-2 см/ см2 в возрасте старше 70 лет.
- Оптимизация площади питания достигается еще в молодняках ведением схематических рубок и формированием кулис и массивов хвойных ЗЛН в виде блоков и микроблоков.
- Низко опущенные и хорошо развитые кроны сохранят лесную обстановку, обеспечат возможность использования запасов почвенной и метаболической влаги, а расширенные вдвое - втрое междурядья будут служить противопожарными заслонами.
- Мульчирование подстилки грунтометом (АЛФ-10, ГТ-3) под пологом хвойных древостоев один раз в 10-15 лет позволит исключить лесные пожары в хвойных ЗЛН, сохранить мелиоративный опыт облесения песков, социальную и природоохранную роль древостоев.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Статьи в изданиях по перечню ВАК Минобрнауки России
1. Шульга Д.В., Обельцев С.В., Густова А.И. и др. Гидрофизические особенности древесины защитных лесонасаждений аридного региона / Плодородие.-2008.-№ 3.- С. 45-47.
Статьи в других изданиях
2. Шульга В.Д., Обельцев С.В.. Создание заведомо устойчивых древостоев в степи // Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы лесоуправления и кадрового обеспечения лесного сектора экономики стран Центральной Азии»: сб. научн. тр. – Алматы, 2008. – С. 182-185.
3. Густова А. И., Обельцев С. В., Терехина Д. К.. Гидрофизическое обоснование подбора древесных и кустарниковых пород в сухой степи / Защитное лесоразведение, мелиорация земель и проблемы земледелия в Российской Федерации: сб. науч. тр. / ВНИАЛМИ. – Волгоград, 2008. – С. 118-120.
4. Шульга В. Д., Обельцев С.В., Густова А.И., Терехина Д.К.. Обоснование облигатности интенсивных лесоводственных уходов для рекреационных древостоев аридной зоны // Материалы V всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве»: сб. науч. тр. / Камышин, 2008. С. 279-281.
5. Шульга В.Д., Обельцев С.В., Густова А.И. и др. Научное обоснование и рекомендации по повышению биологической устойчивости естественных и искусственных дубрав Волго-Ахтубинской поймы // Рекомендации. Волгоград., 2009 -79 с.
6. Шульга В.Д., Густова А.И., Терехина Д.К., Обельцев С.В.. Обоснование приемов создания защитных лесных насаждений в степи // Современные энерго- и ресурсосберегающие, экологически устойчивые технологии и системы сельскохозяйственного производства: сб. науч. тр./ Рязань, 2009. – С. 85-91.
7. Шульга В.Д., Густова А.И., Обельцев С.В.. Значение величины редоксипотенциала и водородного показателя древесины в жизни защитных лесных насаждений степи // Международная научно-практическая конференция «Аридное землепользование – способы и технологии интенсификации»: сб. науч. тр. / Соленое займище, 2009. – С.45-47.
8. Шульга Д.В., Шульга В.Д., Обельцев С.В.. Влияние зарегулирования стока на состояние дубрав Волго-Ахтубинской поймы // Научно-практическая конференция «современное состояние водных ресурсов Нижней Волги и проблемы их управления»: сб. науч. тр. / Астрахань, 2009. С. – 153-158.
9. Шульга В.Д., Шульга Д.В., Обельцев С.В.. Особенности степного лесоводства / Волгоград, издательство ВолГУ, 2010, - 366 с.
10. Обельцев С.В., Шульга В.Д. и др. Современное состояние дубрав Волго-Ахтубинской поймы и эффективность лесохозяйственных мер // Лесное хозяйство - 2011- № - 4 -. С. 11-15
11. Обельцев С.В.. Некоторые критические особенности роста хвойных культур на степных аренах / Волгоград ВНИАЛМИ, 2011
12. Обельцев С.В., Мельников Е.Н., Густова А. И., Терехина Д. К.. Теплофизические свойства главных древесных пород защитных лесонасаждений степной зоны // Материалы VII всероссийской научно-практической конф. сб. науч. тр. – Камышин: изд. Волгоград, 2011. – С. 159-161.
Объем – 38035 знаков (1п.л.)
