Оценка и качество древесины лиственницы в культурах исландии
На правах рукописи
СИГУРДССОН Полл
Лесоводственная оценка и качество древесины
лиственницы в культурах Исландии
06.03.01 – Лесные культуры, селекция, семеноводство
06.03.02 – Лесоведение, лесоводство, лесоустройство
и лесная таксация
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Архангельск – 2013
Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический)
федеральный университет имени М.В. Ломоносова»
Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук, профессор
БАБИЧ Николай Алексеевич
доктор технических наук, профессор
МЕЛЕХОВ Владимир Иванович
Официальные оппоненты: ЧЕРНОВ Николай Николаевич
доктор сельскохозяйственных наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет», профессор кафедры лесных культур и биофизики;
МЕЛЬНИК Пётр Григорьевич
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса», доцент кафедры лесоводства и подсочки леса.
Ведущая организация: ФБУ «Северный научно-исследовательский
институт лесного хозяйства»
Защита состоится 3 декабря 2013 года в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.03 на базе ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» по адресу: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, главный корпус, ауд. 1220.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) Федеральный университет имени М.В. Ломоносова».
Автореферат разослан «_____» ______________ 2013 года.
Учёный секретарь
диссертационного совета Клевцов Денис Николаевич
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность. Ведение и развитие лесного хозяйства в Исландии тесно связано с использованием инорайонного семенного материала при создании лесных культур. К настоящему времени имеется определённый опыт по использованию семян разного географического происхождения. Лиственница в данных условиях является интродуцентом. Ежегодно в Исландии высаживается более 1 миллиона сеянцев лиственницы, и она занимает первое место по созданию культур на востоке и севере страны, что делает её хозяйственное значение для этих районов весьма значительным.
На практике успешность интродукции той или иной породы лучше всего подтверждается изучением опыта, полученного при создании коммерческих и полукоммерческих плантаций. Объектом исследований выбраны культуры Халлормсстадской лесной станции на востоке Исландии.
Одним из факторов определяющих качество товарной структуры круглых сортиментов является отклонение от правильной формы ствола, которая может быть охарактеризована как порок формы ствола – кривизна. В работе особое внимание уделено изучению качества формы ствола. Представления о качественных показателях древесины лиственницы в Исландии отсутствуют или являются весьма фрагментарными и поэтому проведение исследований в этом направлении являются актуальным и способствует развитию лесохозяйственного дела в Исландии.
Цель исследований – дать лесоводственную оценку насаждений лиственницы в культурах Исландии на основе товарно-качественных характеристик древесины.
Задачи исследования:
– Изучить состояние вопроса по опыту разведения лиственницы за пределами её естественного ареала, в том числе в Исландии;
– Выбрать район исследования и заложить временные пробные площади с целью изучения таксационных характеристик, особенностей качества формы ствола дерева, качественных показателей древесины лиственницы;
– Выявить закономерности качественных характеристик древесины и качества формы ствола лиственницы в зависимости от происхождения семян, категории площади, проводившихся лесохозяйственных мероприятий;
– Дать обоснование выбора района происхождения и применения семян для культивирования в условиях района Фльёутсдал, восточной Исландии.
Научная новизна. Проведено комплексное исследование качественных показателей формы ствола и древесины 25…75-летних древостоев лиственницы на востоке Исландии. Установлена корреляционная зависимость между качеством формы ствола дерева и его диаметром. Рассчитана и дана оценка изменчивости ширины годичных слоёв (ИШГС) древесины лиственницы.
Практическая значимость. Классификационные признаки товарно-качественной модели формы ствола лиственницы для насаждения могут быть использованы при определении целей выращивания древостоя и оптимизации отбора деревьев при рубках ухода.
Степень достоверности результатов и обоснованность выводов определяются использованием обширного полевого и экспериментального материала, методов статистического анализа, системным подходом при анализе материалов исследований и интерпретации полученных результатов.
Личный вклад автора. Изучено состояние вопроса, сформулированы цель и задачи исследований, составлена программа работ, выбраны методики исследования, выполнен весь объём полевых работ, экспериментальных и инструментальных исследований, математико-статистическая обработка и анализ полученных результатов.
Апробация работы и научные публикации. Результаты исследований докладывались и обсуждались на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава Северного (Арктического) федерального университета (2011-2012); на 8 Международной конференции рабочей группы ИЮФРО S2.02.07 – Селекция лиственницы и генетические ресурсы: LARIX 2012: Larch in a warm climate – Исландия, 11-13 сентября 2012. Опубликовано 6 работ, в том числе одна в рецензируемом журнале по перечню ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация представлена на 129 страницах машинописного текста, состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 246 наименований, содержит 12 таблиц и 26 рисунков.
I. Естественно-географическая характеристика района ИССЛЕДОВАНИЙ
Объекты исследования находятся на территории Халлормсстадской лесной станции на востоке Исландии. Исландия – остров размером 103 км2, расположен в Северном Атлантическом океане между 63°23' и 66°33' северной широты и 13°31' и 24°30' западной долготы. Леса Халлормсстадской лесной станции занимают 1850 га, в долине Фльёутсдал, 60 км от открытого моря, на восточном берегу озера Лагарфльёут. Чередуются холмы с пологими склонами, обращёнными к северо-западу.
Климат Исландии субарктический, океанический, смягченный окружением океана и воздействием Гольфстримского морского течения. Зима мягкая, сырая, с частыми оттепелями; лето прохладное, пасмурное. Прибрежные воды острова не замерзают. Годовая амплитуда среднемесячной температуры воздуха в среднем составляет 12°C.
Для Исландии климат района Фльёутсдал весьма благоприятный для роста лесных насаждений. Ввиду удалённости от океана и небольшой высоты над уровнем моря, зима более устойчивая, климат более сухой и лето теплее, чем в других регионах страны. Среднегодовая температура в Халлормсстадской лесной станции составляет +4,2°C, средняя температура самого холодного месяца (февраль) -1,0°C, средняя температура июля +11,3°C. Средняя сумма годовых осадков 712 мм, в том числе за июнь-август 98 мм. Во всех районах происхождения семян, из которых выращены культуры, средняя температура июля на несколько градусов выше, а января ниже, чем в районе наших исследований.
Почвы Исландии относятся к почвам вулканического происхождения, так называемым андосолам. Отличительными свойствами Исландских почв является высокая динамика накопления органического вещества, высокая пористость, высокая влагоёмкость, хорошая влагопроводность, большая ёмкость катионного обмена, отсутствие сплоченности и хорошее плодородие (Arnalds, skarsson, 2009; и др.).
Грунты района Халлормсстадской лесной станции подстилаются плотной горной породой (базальтом). Материнская порода покрыта почвенным слоем разной толщины до 2 м, состоящего из эолового базальтового лёсса. Перемежаются они слоями вулканического пепла, различного химического состава (Blndal, 1995; Sigurardttir, 2000). Наличие продуктов вулканической деятельности является существенно влияющим фактором в образовании и развитии почв. Так как они равномерно встречаются в почвах Халлормсстадской лесной станции, можно предположить, что почвы по своему химическому составу относительно однородны.
Растительностью покрыто 23% площади страны, в том числе 1,5% покрыто лесной растительностью. Единственной коренной лесообразующей породой является берёза пушистая (Betula pubescens Ehrh.), с которой рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.) растёт примесью. Берёза считается малоценной в хозяйственном отношении, её древесина низкотоварная. Высота редко достигает 10 м; 80% площади берёзовых зарослей высотой ниже 2 м (Bragason, 1995; Eggertsson, 2006).
Организованное введение интродуцированных пород относится к 1899 г. Площадь искусственно разведённых лесов на настоящий момент (2013 г.) оценивается в 40.000 га, в том числе старше 15 лет – 15.000 га (Eggertsson, 2006; Traustason, Snorrason, 2008).
Широкомасштабным стало использование лиственницы в лесокультурном деле с 50-х гг. XX-века. Опробованы разные виды и провениенции (географическое происхождение), преимущественно использовались семена лиственницы сибирской из богатых лиственницей районов южной Сибири, в основном Алтая и Хакасии. Также использовались семена лиственницы Сукачёва из Поморья и Урала. Позже стало возможным получение семян из лесосеменных плантации в Скандинавии, которые в свою очередь, чаще всего созданы на основе семян из Линдуловской рощи (Blndal, Gunnarsson, 1999; Eysteinsson, 2008). В 80-х гг. в Исландии в основном отказались от разведения лиственницы сибирской, а с начала 90-х гг. полностью перешли на использования семенного материала с ЛСП.
Лиственница Сукачёва является самой культивируемой интродуцированной породой в лесном хозяйстве Исландии. В основном она используется для лесоразведения на сравнительно бедных почвах, бывших пастбищах и деградированных землях (Blndal, Gunnarsson, 1999; Eysteinsson, 2004).
II. Эколого-биологическая характеристика рода
larix (Mill.)
В разделе представлен анализ литературы по биологическим и экологическим особенностям лиственницы, видовому составу породы, ареале, требованиям к климатическим и почвенным условиям, а также болезням и вредителям лиственницы, её продуктивности. Особое внимание уделено вопросам формового разнообразия, семеношения лиственницы; характеристики и свойствам её древесины, а также качеству формы ствола и методики его определения.
У лиственницы выделяются формы по характеру роста. Сделаны попытки связывать морфологические признаки с хозяйственно-ценными параметрами деревьев, хотя связи чаще всего недостоверны или очень слабые (Popov et al., 2002; Karlman, 2010; Елисеев, 2001).
Семенные годы у лиственницы в европейской части России по разным авторам повторяются через 2…5 лет и более (Булыгин, 1991; Карасева, 1990; Куприянов, 1968; Кашин, Козобродов, 1994); в условиях Исландии – через 4...6 лет, но со всхожестью менее 20% (Benedikz, 1990). Причины низкой всхожести семян объясняют нарушением формирования пыльцы из-за влажности и весенних заморозков, последствием которого является партеноспермя (Дылис, 1981; Кашин, Козобродов 1994; Касимов, Касимов, 2008).
Древесина лиственницы обладает ценными физико-механическими свойствами. По объёмной плотности, прочности и твёрдости она значительно превосходит древесину сосны и ели (Дылис, 1981; и др.). Для неё характерна плохая форма ствола и тенденция к покоробленности, трещинам и деформации при сушке (Larch wood …, 2007; Forbedrede …, 1997; Larsson-Stern, 2003; Martinsson, 1994). Среди таёжных древесных пород её древесина выделяется биостойкостью (Яблоков, 1934; Дылис 1981; и др.), и ранним началом формирования ядровой древесины (Eggertsson, 2006; Eggertsson, Saladis, 2007; Martinsson, 1994; и др.).
Содержание поздней древесины традиционно рассматривается как важнейший фактор, влияющий на плотность древесины (Полубояринов, 1976). Отмечено, что процент содержания поздней древесины находится в тесной корреляционной связи с шириной годичного слоя (Уголев, 2001; и др.).
Одним из показателей определяющих товарность древесины является качество формы ствола. Под термином «качество формы ствола» в настоящей работе понимается его кривизна – отклонение формы ствола от образующей правильного конуса. Наличие кривизны затрудняет использование круглых лесоматериалов по назначению; снижает выход пилопродукции, препятствует получению длинных лесоматериалов. Хотя короткие участки ствола с кривизной – явление, которое с возрастом может сглаживаться, их след всегда остаётся в виде спиральной сердцевины внутри ствола, что отрицательно сказывается при обработке древесины, создавая внутреннее напряжение (Kiellander, 1965; Karlman, 1998). Общепринято представление о том, что качество формы ствола деревьев в значительной мере является генетически подконтрольным (Larch wood …, 2007; Mihai, Teodosiu, 2009; Pques, 1992; Pauwels et al., 2007; Karlman, 1998). Встречаемость пороков формы ствола в насаждениях лиственницы затронута многими авторами; в частности в географических культурах в Швеции L. Karlman (1998), в насаждениях возраста до 20 лет в условиях Исландии B. Thrsson, B. Sklason (2011); A.B. Birgisdttir, (2005), Th. Jhannsdttir (2012); в насаждениях 20…50 лет A. Snorrason (1986).
III. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования проводили в культурах лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.), Сукачёва (L. sukaczewii Dyl.) и европейской (L. decidua Mill.) в возрасте 25…75 лет, путём их предварительных рекогносцировочных обследований с последующей закладкой пробных площадей.
Методологической основой наших исследований являются труды российских (Н.А. Пономарёв, 1934; Н.В. Дылис, 1947; В.П. Тимофеев, 1961; В.И. Калинин, 1965; В.И. Кашин, А.С. Козобродов, 1994; Е.Н. Наквасина, А.И. Барабин, П.Р. Тихонов, А.А. Елисеев, 2008), зарубежных (O. Martinsson, J. Lesinski, 2007) в том числе исландских (H. Ragnarsson, S. Steindrsson, 1963; A. Snorrason, 1987; L. Heidarsson, 2002; A.B. Birgisdttir, 2005; Th. Eysteinsson, 2008) авторов, нормативные документы и рекомендации.
Пробные площади закладывались с учётом ОСТ 56-69-83 и рекомендаций Н.Н. Соколова (1978). При перечёте отмечали балл семеношения по В.Г. Капперу, видимые пороки ствола (качество формы ствола): многоствольность, заметную искривлённость ствола, признаки сучка от отмершей вершинки. При этом с помощью измерительной рейки отмечали на каком метре высоты находится первый порок, и на какой высоте остальные (до высоты 5 метров). Измеряли протяжённость живой части кроны, диаметр на высоте груди, диаметр нижней части кроны, высоту штамба; также поперечник кроны в двух взаимоперпендикулярных направлениях как длины горизонтальных проекций последних ветвей кроны. Кроме того, отмечали тип ветвления, густоту кроны, конституцию по толщине ветвей первого порядка, угол отхода ветвей от ствола. Средний диаметр определялся статистически, а средняя высота – графически; тип леса – с учётом рекомендаций H. Ragnarsson, S. Steindrsson (1963), S. Steindrsson, (1977). Бонитет насаждения определяли по L. Heidarsson (2002).
Определение показателей макроструктуры древесины выполняли по кернам. Для изучения строения древесины, применялась система, состоящая из оптико-дигитального устройства для изучения строения древесины, и компьютерной программы «Иzмеритель» (Мелехов и др., 2006; Антонов и др., 2007). Условная плотность определена способом максимальной влажности, в соответствии рекомендациями О. И. Полубояринова (1976).
При обработке данных наблюдений по искривлениям в стволах все деревья были сгруппированы в 5 условных классов по качеству формы ствола, исходя из того, сколько метров без дефектов. I. класс – отсутствие кривизны на всех 5 метрах от корня; II. класс – на протяжении 4 метров длины из 5 отсутствует кривизна; III. класс – на протяжении 3 метров длины из 5 отсутствует кривизна; IV. класс – на протяжении 2 метров длины из 5 отсутствует кривизна; V. класс – на протяжении менее чем 2 метров из 5 отсутствует кривизна.
Всего обследовано 31 участок с лиственничным древостоем, с выполнением на них лесоводственно-таксационных исследований. Измерены диаметр и дана оценка по качеству формы ствола 4126 деревьям, измерены высота и отмечена принадлежность к разным типам формового разнообразия у 484 модельных деревьев. Обследованы керны древесины с 257 деревьев.
Собранные материалы обработаны статистическими методами, для оценки достоверности различий применялся квантиль распределения Стьюдента (t) (М.Л. Дворецкий, 1971; Г.Ф. Лакин, 1980; И.И. Гусев, 1986, 2002). Обработка данных и результатов проведена с помощью программ Microsoft Excel и Open Office.
IV. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
Изученные культуры разного возраста, созданных посадкой сеянцев из семян разного географического происхождения. В разделе приведены таксационные данные по участкам (таблица 1). Все насаждения созданы вручную, при первоначальной густоте 3000…6000 шт./га. Участки с П/П 3 и 4 были пройдены рубками ухода в 2009 г. Участок с П/П 10 и 10А был пройден рубкой ухода зимой между полевыми сезонами, поэтому нам удалось делать перечёт и до и после рубки. Все участки, кроме П/П 21, чистые древостои лиственницы, с примесью берёзы пушистой не более 5%. Семенной материал, из которого созданы участки с провениенциями с южной Сибири, Урала, Поморья и Центральной Европы (Швейцарии) собран с естественных древостоев. Семена из которых создан участок П/П 21 собраны с посадок непосредственно в Халлормсстадской лесной станции. Семенной материал происхождением со Скандинавии; Мустила, Иматра (Финляндия), Йёнсберг (Норвегия) и Эсттег (Швеция) – собран в ЛСП.
Таблица 1 – Фрагмент характеристики исследуемых участков.
| № П/П | Текущая густота древостоя, шт./га | Средние | P абс., м2/га | Возраст, лет | Класс бонитета | ||
| H, м | Д1,3, см | по М.М. Орлову | по L. Heidarsson | ||||
| Регион происхождения: Исландия ex. Архангельск | |||||||
| 21 | 500 | 13,8 | 22,9 | 20,6 | 50 | III | L21 |
| ЛСП ex.
Архангельск, Линдуловская | |||||||
| 26 | 3100 | 4,7 | 7,8 | 14,8 | 25 | IV | L17 |
| ЛСП ex. Линдуловская | |||||||
| 13 | 1700 | 7,6 | 11,5 | 17,7 | 25 | III | L25 |
| 28 | 2700 | 7,3 | 11,1 | 26,1 | 25 | III | L25 |
| 22 | 1300 | 9,6 | 12,8 | 16,7 | 29 | III | L25 |
| 24 | 4200 | 9,5 | 11,4 | 42,9 | 29 | III | L25 |
| 5 | 800 | 11,9 | 19,1 | 22,9 | 46 | III | L21 |
| 18 | 500 | 16,4 | 23,8 | 22,2 | 55 | III | L21 |
| 2 | 600 | 15,0 | 24,5 | 28,3 | 56 | III | L21 |
| Поморье | |||||||
| 9 | 1600 | 11,7 | 16,2 | 33,0 | 45 | III | L21 |
| 12 | 1800 | 13,2 | 15,9 | 35,7 | 45 | III | L21 |
| 31 | 1600 | 11,6 | 14,3 | 25,7 | 45 | III | L21 |
| 32 | 1800 | 12,6 | 15,0 | 31,8 | 45 | III | L21 |
| 8 | 700 | 10,9 | 17,7 | 17,2 | 46 | IV | L17 |
| 10 | 1800 | 12,5 | 17,9 | 45,3 | 46 | III | L21 |
| 10А | 700 | 12,8 | 20,0 | 22,0 | 46 | III | L21 |
| 14 | 800 | 10,8 | 16,9 | 17,9 | 46 | IV | L17 |
| 16 | 700 | 13,1 | 19,5 | 20,9 | 49 | III | L21 |
| 7 | 1400 | 12,0 | 16,0 | 28,1 | 51 | IV | L17 |
| 15 | 500 | 15,0 | 24,1 | 22,8 | 51 | III | L21 |
| 29 | 400 | 18,6 | 31,5 | 31,2 | 74 | III | L21 |
| 30 | 400 | 19,5 | 31,0 | 30,2 | 75 | III | L21 |
| Урал | |||||||
| 3 | 900 | 11,9 | 17,8 | 22,4 | 50 | IV | L17 |
| 20 | 500 | 13,2 | 21,2 | 17,6 | 53 | III | L21 |
| Южная Сибирь | |||||||
| 6 | 700 | 11,8 | 19,0 | 19,8 | 51 | IV | L17 |
| 17 | 500 | 15,7 | 22,7 | 20,2 | 53 | III | L21 |
| 19 | 600 | 12,9 | 21,1 | 21,0 | 53 | IV | L21 |
| 1 | 400 | 16,1 | 23,9 | 17,9 | 55 | III | L21 |
| 25 | 600 | 16,4 | 23,8 | 26,7 | 55 | III | L25 |
| 11 | 800 | 14,5 | 21,7 | 29,6 | 58 | III | L21 |
| Центральная Европа | |||||||
| 4 | 600 | 12,4 | 21,4 | 21,6 | 49 | III | L21 |
V. ЛЕСОВОДСТВЕННАЯ ОЦЕНКА КУЛЬТУР ЛИСТВЕННИЦЫ
В разделе приведены результаты исследований лесоводственной характеристики насаждений.
Связь между принадлежности дерева к той или иной морфе и хозяйственно-значимыми признаками выявить не удалось, за исключением того, что между конституцией ветвей первого порядка и диаметром, диаметром кроны а также соотношением диаметра к высоте, имеется умеренная корреляционная связь (r = 0,476; r = 0,463 и r = 0,542 соответственно.)
У провениенции лиственницы европейской более острый угол отхода ветвей деревьев (80% деревьев имеют угол отхода 60°...75°), когда у остальных провениенций большинство имеют угол отхода, близкий к прямому.
Результаты наших исследований показывают, что протяжённость живой кроны значительно варьирует в пределах каждого из исследованных участков; коэффициент изменчивости протяжённости живой кроны в древостоях с густотой до 1800 шт./га равен 14…32%, что согласно М.Л. Дворецкому (1971) является значительной и большой изменчивостью. Коэффициент изменчивости протяжённости зоны мёртвых сучьев и бессучковой зоны значительно выше. В среднем в насаждениях 45…58 лет, густотой 400…850 шт./га протяжённость живой кроны составляет 7,7±2,23 м (57±12,4%); зоны мёртвых сучьев 3,6±1,83 м (27±14,1%) и бессучковой зоны 2,1±1,34 м (15±9,5%).
Доля деревьев с шишками текущего года (2011 г.) по участкам составляла 3…59%. В молодых участках (25 лет) доля составляла менее 10% (П/П 13 и 28), также была низка в густых участках (1400…1800 шт./га) – 7…24%, в остальных участках (45…58 лет, густотой 400…900 шт./га), в провениенции с Алтая, Урала и Северо-запада России процент составлял 24…53%, несколько ниже у провениенции с Хакасии (6 и 14%), Центральной Европы – 20%. Между таксационным диаметром ствола и баллом семеношения слабая и умеренная корреляционная связь (r = 0,160…0,555). Корреляционной связи между классом качества формы ствола дерева и баллом семеношения не выявлено (r = -0,039…0,231). В 21 из 31 пробной площади подрост лиственницы отсутствует и присутствует в виде куртин лишь в участках старше 50 лет, не превышая 400 шт./га. Таким образом, можно отметить, что семеношение лиственницы в условиях Исландии наблюдается, что позволяет говорить об адаптации к условиям района наших исследований лиственниц со средней Европы, Северо-запада России, Урала и Южной Сибири.
Почти все лиственничные насаждения в Халлормсстадской лесной станции являются чистыми. Образование шишек происходит регулярно, но только в отдельные годы семена обладают достаточной всхожестью, о чём свидетельствует куртинный характер распределения подроста.
Следует отметить, что закономерности протяжения сучковых зон относительно района происхождения семян, класса бонитета, типа напочвенного покрова не выявлено. То же самое можно и сказать о связях между протяжённостью сучковых зон и углом отхода ветвей дерева, конституции (толщиной) его ветвей первого порядка и густоты кроны. Главным фактором, влияющим на степень очищения ствола от сучьев, является динамика густоты древостоя, определяемая рубками ухода.
Рисунок 1 и 2 – Сравнение хода роста с таблицами хода В.И. Калинина (1965).
Конечным итогом выращивания лиственницы является получение коммерческого запаса древесины. При сравнении роста насаждений в районе наших исследований с таблицами хода роста лиственничных древостоев в Архангельской области В.И. Калинина (1965), (рисунок 1 и 2) отмечено, что по высоте древостои района наших исследований расположены между III и V. бонитетами, а по диаметру значительно превосходят I. бонитет. Не выявлено зависимости роста древостоев от механического состава почвы, или типом растительного покрова. Это сходится с результатами A. Snorrason (1987), согласно которым для роста лиственницы в условиях Исландии не имеет значения, находится ли посадка на пустом месте или среди берёзового леса.
VI. КАЧЕСТВО ТОВАРНОЙ ДРЕВЕСИНЫ ЛИСТВЕННИЦЫ В РАЙОНЕ ХАЛЛОРМССТАДСКОЙ ЛЕСНОЙ СТАНЦИИ
Качество древесины – один из оценочных показателей лесоводственной характеристики. Одним из факторов определяющих качество товарной структуры сортиментов является отклонение от правильной формы ствола, в частности кривизна. Основная цель создания насаждений лиственницы в Исландии - производство деловой, высококачественной древесины. Отмечено, что в насаждениях Исландии кривизна у стволов лиственницы носит массовый характер, и встречаемость этого порока варьирует от насаждения к насаждению (Snorrason, 1987; Eysteinsson, 2008; и др.). Качество формы ствола прежде всего определяется наличием кривизны. По нашим наблюдениям односторонняя кривизна чаще всего встречается на относительно коротких участках ствола длиной до 2 м. Иногда один короткий участок с кривизной переходит в другой.
Таблица 2. – Распределение (%) деревьев по классам качества формы ствола.
| № П/П | Провениенция | Регион происхождения | А, лет | Текущая густота, шт./га | Доля деревьев по классам качества формы ствола, при остатке 300 шт./га, % | Средний класс качества формы ствола | ||||
| I | II | III | IV | V | ||||||
| Насаждения с густотой 400…600 шт./га | ||||||||||
| 21 | Халлормсстад (Исландия) | ex. Архангельск | 50 | 500 | 14 | 23 | 32 | 31 | 0 | II,8 |
| 18 | Мустила ЛСП (Финляндия) | ex. Линдулов-ская роща | 55 | 500 | 55 | 40 | 5 | 0 | 0 | I,5 |
| 2 | 55 | 600 | 73 | 27 | 0 | 0 | 0 | I,3 | ||
| 15 | Северо-Запад Архангельской обл. | Поморье | 51 | 500 | 30 | 6 | 22 | 39 | 3 | II,8 |
| 20 | Карпинск (Свердловская обл.) | Урал | 53 | 500 | 15 | 20 | 56 | 8 | 0 | II,6 |
| 1 | Шебалинский р-н (Респ. Алтай) | Южная Сибирь | 54 | 400 | 28 | 8 | 22 | 41 | 0 | II,8 |
| 17 | 53 | 500 | 27 | 30 | 43 | 0 | 0 | II,2 | ||
| 25 | 55 | 600 | 37 | 20 | 44 | 0 | 0 | II,1 | ||
| 19 | Аскизский р-н (Респ. Хакасия) | 53 | 550 | 22 | 20 | 24 | 24 | 9 | II,8 | |
| 6 | 50 | 650 | 30 | 26 | 41 | 3 | 0 | II,2 | ||
| 4 | Граубюнден (Швейцария) | Центральная Европа | 48 | 550 | 19 | 11 | 28 | 42 | 0 | II,9 |
| Насаждения с густотой 700…850 шт./га | ||||||||||
| 5 | Мустила ЛСП (Финляндия) | ex. Линдуловская роща | 45 | 800 | 64 | 29 | 7 | 0 | 0 | I,4 |
| 8 | Архангельская обл. | Поморье | 45 | 700 | 59 | 26 | 16 | 0 | 0 | I,6 |
| 10А | 45 | 700 | 38 | 24 | 38 | 0 | 0 | II,0 | ||
| 14 | 46 | 850 | 6 | 0 | 56 | 38 | 0 | III,3 | ||
| 16 | Шенкурский р-н (Архангельская обл.) | 49 | 700 | 15 | 15* | 70 | 0 | 0 | II,6 | |
| 3 | Свердловская обл. | Урал | 49 | 850 | 18 | 25 | 57 | 0 | 0 | II,4 |
| 11 | Респ. Хакасия | Южная Сибирь | 57 | 800 | 28 | 24 | 44 | 4 | 0 | II,2 |
| Насаждения с густотой более 1200 шт./га | ||||||||||
| 13 | Иматра ЛСП (Финляндия) | ex. Линдуловская роща | 24 | 1700 | 37 | 14 | 49 | 0 | 0 | II,1 |
| 28 | 25 | 2700 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0 | I,0 | ||
| 22 | Йёнсберг ЛСП (Норвегия) | 29 | 1250 | 8 | 25 | 66 | 0 | 0 | II,6 | |
| 24 | 29 | 4200 | 76 | 24 | 0 | 0 | 0 | I,2 | ||
| 26 | Эсттег ЛСП (Швеция) | ex. Линдулов-ская роща / Архангельск | 25 | 3300 | 90 | 10 | 0 | 0 | 0 | I,1 |
| 7 | Онежский р-н (Архангельская обл.) | Поморье | 50 | 1400 | 52 | 48 | 0 | 0 | 0 | I,5 |
| 31 | Архангельская обл. | 45 | 1600 | 73 | 27 | 0 | 0 | 0 | I,3 | |
| 32 | 45 | 1500 | 93 | 7 | 0 | 0 | 0 | I,1 | ||
| 9 | 44 | 1600 | 62 | 38 | 0 | 0 | 0 | I,4 | ||
| 12 | 44 | 1800 | 98 | 2 | 0 | 0 | 0 | I,0 | ||
| 10 | 45 | 1800 | 67 | 33 | 0 | 0 | 0 | I,3 | ||
Между качеством формы ствола дерева и его диаметром наблюдается слабая корреляция; для участков старше 40 лет и с густотой менее 1600 шт./га она в пределах r = 0,1...0,4, что характеризуется как слабая и умеренная корреляция (Дворецкий, 1971), с тенденцией, что в более старых древостоях корреляция сильнее. В более молодых и густых насаждениях корреляция в пределах r = -0,2…0,3. Последнее можем объяснить тем, что более тонкие деревья имеют меньшие отклонения от нормальной формы ствола, чем деревья высших ярусов, у которых рост продолжается дольше осенью (до заморозков). Это позволяет отметить, что традиционное выполнение рубок ухода не гарантирует улучшения качества формы стволов в среднем по участку. Кроме того существует предположение, что деревья с наименьшей кривизной ствола часто произрастают в группах, что в свою очередь оказывает влияние на результат рубок ухода. Следовательно, некорректно сравнить долю классов качества формы ствола без учёта густоты древостоя.
После последнего прореживания в возрасте 50…70 лет, как правило, оставляются 300…500 стволов на га до главной рубки. Таким образом, нами предпринят способ расчёта, в котором учитываются только 300 самых прямоствольных деревьев на га, с последующим определением среднего класса рассматриваемого качества формы ствола в насаждении (таблица 2).
Как следует из таблицы 2, насаждения лиственницы происхождением из Линдуловской рощи, и в целом провениенции с северо-запада России по качеству формы ствола превосходят провениенции с Алтая, Урала и средней Европы. Отличными являются П/П 21, 15, 14 и 16, которые показывают относительно низкий средний класс качества ствола.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что качество формы ствола лиственницы в условиях Исландии в определённой степени обуславливается географическим происхождением семян. Другие факторы, такие как режим густоты насаждения на протяжении выращивания, начальная густота, рельеф и почва также оказывают влияние на структуру насаждения по качеству формы ствола и требуют дальнейшего изучения. Очевидно, что влияние микро- и мезоклимата на качество формы ствола является существенным.
Проведён анализ показателей макроструктуры древесины. Средняя ширина годичных слоёв варьирует от 2,25 до 3,70 мм, что хорошо согласовывается с результатами ранее проведённых исследований в культурах лиственницы в условиях северной Европы (The potential of larch..., 2007; Karlman et al., 2005; и др.). То же самое касается среднего количества годичных слоёв в одном сантиметре. Наиболее широкие слои в пробных площадях № 13 и 22, (3,70 мм и 3,17 мм соответственно) что можно объяснять их молодым возрастом и низкой полнотой. Для остальных пробных площадей средняя ширина в пределах 2,25…2,90 мм (таблица 3).
По нашим данным (таблица 3) средняя доля содержания поздней древесины находится в пределах 26,8…37,7%, что в целом соответствует данным других авторов для лиственницы в подобных условиях. Связь между шириной годичного слоя и содержанием поздней древесины в нём на уровне годичных слоёв в одном дереве характеризуется умеренной и значительной корреляцией, в отдельных пробных площадях средневзвешенная корреляция в пределах r = -0,404…-0,666; т.е. с большей шириной годичного слоя уменьшается процентная доля поздней древесины. Связь этих показателей на уровне деревьев и на уровне пробных площадей не достоверна.
Таблица 3 – Показатели макроструктуры древесины.
| № П/П | Провениенция | Колич-ество стволов на га, шт./га | Воз-раст, лет | Средние | Средняя ширина годичного слоя, мм | Количество годичных колец в 1 см | Доля поздней древесины, % | Средняя ИШГС, C% | |
| H, м | Д1,3, см | ||||||||
| Регион происхождения: ЛСП ex. Линдуловская | |||||||||
| 13 | Иматра ЛСП (Финляндия) | 1700 | 26 | 7,6 | 11,5 | 3,70±0,34 | 2,7±0,24 | 31,2±4,3 | 25,3 |
| 22 | Йёнсберг ЛСП (Норвегия) | 1300 | 31 | 9,6 | 12,8 | 3,17±0,42 | 3,2±0,46 | 26,8±4,3 | 35,9 |
| 24 | 4200 | 31 | 9,5 | 11,4 | 2,85±0,58 | 3,7±0,86 | 31,2±4,8 | 37,4 | |
| 5 | Мустила ЛСП (Финляндия) | 800 | 50 | 11,9 | 19,1 | 2,65±0,41 | 3,9±0,68 | 37,7±4,1 | 33,8 |
| Поморье | |||||||||
| 12 | Архангель-ская обл. | 1800 | 49 | 13,2 | 15,9 | 2,25±0,43 | 4,6±0,95 | 32,1±6,1 | 35,6 |
| 8 | 700 | 50 | 10,9 | 17,7 | 2,74±0,47 | 3,8±0,61 | 36,8±5,4 | 41,6 | |
| 14 | 800 | 50 | 10,8 | 16,9 | 2,58±0,45 | 4,0±0,66 | 32,2±5,8 | 42,5 | |
| 10 | 1800 | 50 | 12,5 | 17,9 | 2,90±0,56 | 3,6±0,63 | 31,8±6,1 | 40,2 | |
| 16 | Шенкурский р-н (Арханг-ельская обл.) | 700 | 53 | 13,1 | 19,5 | 2,52±0,52 | 4,1±0,92 | 36,7±5,8 | 40,3 |
| 15 | Северо-Запад Архангель-ской обл. | 500 | 55 | 15,0 | 24,1 | 2,40±0,30 | 4,2±0,51 | 35,0±4,2 | 46,7 |
| 29 | Архангель-ская обл. | 400 | 74 | 18,6 | 31,5 | 2,32±0,29 | 4,4±0,58 | 30,8±4,0 | 52,8 |
| Урал | |||||||||
| 20 | Карпинск (Свердлов-ская обл.) | 500 | 57 | 13,2 | 21,2 | 2,49±0,41 | 4,1±0,74 | 35,9±5,9 | 43,3 |
| Южная Сибирь | |||||||||
| 1 | Шебалин-ский р-н (Респ. Алтай) | 400 | 58 | 16,1 | 23,9 | 2,42±0,27 | 4,2±0,44 | 29,5±4,2 | 51,0 |
| Центральная Европа | |||||||||
| 4 | Граубюнден (Швейцария) | 600 | 49 | 12,4 | 21,4 | 2,80±0,70 | 3,8±1,08 | 31,8±5,5 | 30,4 |
По пробным площадям средняя изменчивость доли поздней древесины по годичным слоям находится в пределах 36…52%. Процент поздней древесины в отдельных годичных слоях находится в диапазоне от 10…15% до 70%. Возможно, что столь широкий разброс объясняется так называемыми нарушениями нормальной анатомии годичных слоёв (добавочные, или ложные кольца; внутригодичные флуктуации плотности; морозобойные кольца; светлые кольца; отсутствие прироста древесины - выпадающие кольца; и чрезвычайно узкие кольца). В отличие от утверждений, что переход между ранней и поздней древесины является резким (Уголев, 2001; Tsoumis, 1991), в нашей работе в некоторых случаях такое не наблюдалось. Природа этого явления трудно объяснима и требует дальнейших исследований.
Среднюю ширину годичных слоёв и стандартное отклонение принято вычислять на уровне всей пробной площади, однако это не позволяет выявить разброс ширины годичных слоёв подеревно. Для расчёта коэффициента изменчивости ширины годичных слоёв (ИШГС) пользуемся способом, предложенным D. Pauwels et al. (2007), где ИШГС вычислена по весу каждого годичного слоя по площади, занимаемой им в радиальном разрезе хлыста на высоте 1,3 м (таблица 3). Для насаждения в целом вычисляли среднее значение ИШГС для всех модельных деревьев. ИШГС значительно отличается от насаждения к насаждению, от 25,3% до 52,8%. У отдельных деревьев встречаются значения ИШГС от 14,3% до 62,7%. Заметим, что с возрастом древостоя ИШГС имеет тенденцию увеличиваться. По T. H. Hansen (1998) у лиственницы на севере Норвегии значительный разброс ширины годичных слоёв в зависимости от того, прохладное лето или тёплое; в прохладные годы ширины годичных слоёв оказалась меньше на 50% по сравнению со средней шириной. Анализ средней изменчивости ширины годичных слоёв за 5, 7 и 10 лет показал, что наименьшая изменчивость наблюдается у древостоев П/П 4 и 13 (23%, 24%, 25% и 25%, 25%, 26% соответственно). В других пробных площадей средняя 5-летняя ИШГС в пределах 29…40%, 7-летняя – 30…43% и 10-летняя – 33…46%. Таким образом, полагаем, что у лиственницы европейской (П/П 4) влияние тепла слабее отражается в разнице ширины годичных слоёв, чем у лиственницы Сукачёва и сибирской. Результаты не позволяют подтверждать гипотезу о такой разнице между лиственницами Сукачёва и сибирской. Возможно присутствие лиственницы европейской в семенном материале с ЛСП Иматра (П/П 13).
Средневзвешенная плотность древесины по пробным площадям находится в пределах 374…436 кг/м3, что соответствует данным других авторов по лиственницы в культурах на севере Европы. Значения плотности древесины приведены в таблице 4. С возрастом деревьев плотность древесины увеличивается. Группируя пробные площади по возрасту древостоев, и рассматривая изменение плотности по радиусу ствола, установлено, что плотность уменьшается по направлению к сердцевине (рисунок 3).
Таблица 4 – Условная плотность древесины.
| № П/П | Регион происхождения | Воз-раст, лет | Средние | Условная плотность усл, г/см3 | |||||
| Д1,3, см | содержание поздней древесины, % | в середине заболони | в зоне ядровой древесины | в среднем по радиусу | |||||
| 2…3 см от границы с заболонью | в середине между границей с заболонью и сердцевиной | 1…2 см от сердцевины | |||||||
| 13 | ЛСП ex. Линдулов-ская роща | 26 | 11,5 | 31,2±4,3 | 325±57,1 | (-) | (-) | 289±99,1 | 378±45,0 |
| 22 | 31 | 12,8 | 26,8±4,3 | 479±106,0 | (-) | (-) | 398±96,7 | 436±54,8 | |
| 24 | 31 | 11,4 | 31,2±4,8 | 456±104,6 | (-) | (-) | 351±86,5 | 396±38,6 | |
| 5 | 50 | 19,1 | 37,7±4,1 | 433±73,4 | 410±74,4 | 409±46,3 | 369±43,8 | 415±28,3 | |
| 14 | Поморье | 50 | 16,9 | 32,2±5,8 | 420±103,1 | 358±26,0 | (-) | 423±105,7 | 411±26,9 |
| 10 | 50 | 17,9 | 31,8±6,1 | 396±68,9 | 360±49,6 | 361±32,1 | 346±43,6 | 374±25,1 | |
| 29 | 74 | 31,5 | 30,8±4,0 | 444±108,9 | 429±83,3 | 374±88,4 | 360±89,4 | 431±38,4 | |
| 1 | Южная Сибирь | 58 | 23,9 | 29,5±4,2 | 506±117,4 | 424±74,5 | 398±71,1 | 405±85,6 | 436±38,5 |
Рисунок 3 – Изменение условной плотности в поперечном направлении ствола дерева. Ряд 1 – усреднённые данные по древостоям в возрасте 74 года; ряд 2 – по древостоям в возрасте 50…58 лет; ряд 3 - по древостою в возрасте 26…31 года. А – в середине заболони; Б – 2…3 см от границы заболони с зоной ядровой древесины; В – в середине между В и Г; Г – 1…2 см от сердцевины.
Известно, что с увеличением доли поздней древесины лиственницы увеличивается плотность древесины и другие физические характеристики древесины (Martinsson, Lesinski, 2007; Неверов, 2012; и др.). Между плотностью древесины и содержанием поздней древесины у деревьев в возрасте 74 года наблюдается значительная связь (r = 0,656); в древостоях в возрасте 50…58 лет слабая (r = 0,265). В пробных площадях в возрасте 26…31 года связи не установлено. Между средней шириной годичных слоёв и плотностью древесины наблюдается умеренная и слабая связь (r = -0,271…-0,388 для всех возрастов).
В результате проведённых исследований, анализа влияния района происхождения семенного материала на характеристики древесины лиственницы в исследованных объектах можно отметить, что хорошее качество формы ствола, в наибольшей степени соответствует древостоям, выращенных из семян, происхождением из северо-западного ареала распространения лиственницы Сукачёва; по показателям макроструктуры древесины и плотности не выявлено различий по географическому происхождению культур, за исключением того, что показатели ИШГС меньше у лиственницы европейской по сравнению с лиственницей Сукачёва и сибирской.
VI. ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Научно обосновано и подтверждено, что в почвенно-климатических условиях Исландии возможно создание культур лиственницы с высокими лесоводственными показателями и высококачественной древесиной.
2. Установлено, что для некоторых провениенций характерным признаком является искривлённость ствола, что снижает товарную ценность древостоя. Лучшей товарной структурой по качеству формы ствола обладают древостои, созданные из семян происхождением из северо-западного ареала лиственницы Сукачёва и производного от них семенного материала.
3. Установлено, что корреляционная связь между качеством формы ствола дерева и его диаметром слабая и умеренная (r = -0,2…0,4).
4. Предложено классифицировать лиственничные древостои Исландии по признакам отклонения формы ствола, для чего разработаны оценочные показатели и определены классы качества формы ствола дерева по признакам пороков формы ствола.
5. В формовом разнообразии между провениенциями различия не установлены, за исключением угла отхода ветвей от ствола; лиственница европейская отличается более острым углом отхода ветвей. Связь между хозяйственно-ценными характеристиками дерева и его принадлежности к той или иной форме, или же между формами, не достоверна. Конституция ветвей первого порядка положительно коррелирует с диаметром кроны дерева (r = 0,463), и с соотношением диаметра дерева к высоте (r = 0,542).
6. Средняя ширина годичных слоёв ствола варьирует от 2,25 до 3,70 мм, что хорошо соотносится с результатами других исследований в культурах лиственницы в условиях северной Европы. Наиболее широкие слои в молодых и негустых древостоях, что свидетельствует о ранней кульминации прироста по диаметру у лиственницы.
7. Средняя доля содержания поздней древесины находится в пределах 26,8…37,7%, что в целом соответствует данным других авторов для лиственницы в подобных условиях. С увеличением ширины годичного слоя уменьшается процентная доля поздней древесины. Связь между шириной годичного слоя и содержанием поздней древесины в годичном слое достоверна, и характеризуется умеренной и значительной корреляцией (r = -0,404…-0,666).
8. Наблюдается широкий разброс содержания поздней древесины в отдельных годичных слоях (10… 70%), что возможно объясняется нарушениями нормальной анатомии годичных слоёв. В некоторых случаях наблюдался нечёткий переход от ранней к поздней древесине.
9. Средневзвешенная плотность древесины по пробным площадям находится в пределах 374…436 кг/м3, и увеличивается с возрастом дерева.
10. Для восполнения местного (Исландского) лесосеменного фонда лиственницы надлежащего генетического качества рекомендуется создавать насаждения лиственницы из семенного материала, полученного из северо-западных провениенций лиственницы Сукачёва.
11. При проведении первого приёма рубок ухода лиственничного насаждения рекомендуется определить структуру насаждения по качеству формы стволов, и соответственно составлять план рубки ухода, обращая внимание на распределение деревьев по классам качества формы ствола. Это позволяет добиться наибольшего дохода от затраченных средств на выращивание древостоя.
Список опубликованных работ
1. Сигурдссон, П. Кривизна стволов лиственницы в лесных насаждениях Исландии / П. Сигурдссон // ИВУЗ «Лесной журнал». – 2013. – №5. – С. 202–207.
2. Сигурдссон, П. Лесное хозяйство Исландии / П. Сигурдссон // Экологические проблемы Арктики и северных территорий. Межвузовский сборник трудов. – отв. ред. П.А. Феклистов. Архангельск: Изд-во С(А)ФУ, 2011. – Вып.14. – С. 38–40.
3. Сигурдссон, П. Исландские источники в трудах М.В. Ломоносова / П. Сигурдссон // М.В. Ломоносов – великий сын России : материалы Международной научной конференции, посвящённой 300-летию со дня рождения М.В. Ломоносова. – ред. кол.: В.А. Колосов, А.Г. Деменев, М.И. Козлов. – Архангельск: КИРА, 2011. – С.140–141. – Библиогр.: с. 141.
4. Sigursson, P. hrif uppgrslu lifun og vxt birkis / P. Sigursson, H. skarsson // rsrit Skgrktar rkisins 2011. – 2012. – P. 52–55.
5. Сигурдссон, П. История и опыт интродукции лиственницы в Исландии / П. Сигурдссон // Ростки науки: Сборник научных трудов студентов, аспирантов и молодых учёных, посвященный 70-летию факультета агрономии и лесного хозяйства. – Вологда-Молочное: ИЦ ВГМХА, 2013. – С. 48–50.
6. Ушакова, С.Н. Lupinus polyphyllus как инвазионный вид в лесных питомниках / С.Н. Ушакова, О.П. Полойник, П. Сигурдссон // Материалы докладов II Всероссийской (XVII) молодежной научной конференции «Молодежь и наука на Севере» (в 2-х томах). Том II. (Сыктывкар, республика Коми, Россия, 22-26 апреля 2013 г.). – Сыктывкар, 2013. – С. 156–157.
Просим Ваши отзывы на автореферат диссертации с заверенными подписями в 2-х экземплярах присылать по адресу: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова. Учёному секретарю диссертационного совета Д 212.008.03.
