ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Сосновые насаждения на Урале занимают 24% покрытой лесом площади. Отличные эксплуатационные характеристики сосновой древесины, транспортная доступность высокопродуктивных сосняков привели к значительному истощению ресурсов этой породы в лесах III группы. Так, по данным H.A. Луганского, СВ. Залесова и В.А. Щавровского (1995) средний запас спелых и перестойных сосняков III группы в Свердловской области снизился с 187 м3/га в 1961 г. до 137 м3/га в 1988 г., т.е. на 27%. В то время как в спелых и перестойные древостоях I и II групп сконцентрирован большой запас древесины, пригодной к использованию. Однако, леса I группы, в первую очередь, предназначены, выполнят не эксплуатационную, а защитную, водоохранную, санитарно-гигиеническую и оздоровительную роль. Поэтому все лесохозяйственные мероприятия, проводимые в лесах этой группы, должны быть направлены на усиление природоохранных функций, а также на своевременное и рациональное использование запасов перестойных и спелых древостоев. Именно эти задачи и решает рубка обновления. Как вид рубок ухода рубка обновления появилась сравнительно недавно и материала, оценивающего ее лесоводственную эффективность в сосновых насаждениях Среднего Урала, накоплено недостаточно. В то же время в связи со сложившимися экономическими условиями в стране, когда лесхозы вынуждены сами изыскивать средства для финансирования лесохозяйственных работ, необходимо проводить комплексную оценку рубки обновления с учетом не только лесоводственной, но и экономической эффективности ее проведения. Следовательно, изучение данных вопросов весьма актуально.
Цели и задачи исследования. Основная цель работы - изучение лесово-дственно-экономической эффективности рубки обновления в сосняках Среднего Урала и разработка предложений по ее оптимизации.
В связи с поставленной целью в задачи исследований входило:
1. Изучение санитарного состояния спелых и перестойных сосняков I группы лесов в окрестностях г. Екатеринбурга.
2. Анализ результатов аналогичных рубке обновления производственных рубок А.Г. Первухина. •
3. Проведение экспериментальной рубки обновления на стационарах.
4. Изучение структуры фитомассы, вырубаемой при рубке обновления части древостоя.
5. Изучение влияния рубки обновления на нижние ярусы растительности лесных насаждений.
6. Экономическая оценка различных способов рубки обновления и восстановления леса с целью выбора наиболее оптимального варианта.
7. Предложения по проведению рубки обновления в спелых и перестойных сосняках I группы лесов на Среднем Урале.
Научная новизна. Впервые изучена на Среднем Урале лесоводственная и экономическая эффективность различных способов рубки обновления в сосняках. Получены комплексные результаты по влиянию различных способов рубки обновления на динамику подлеска, подроста и живого напочвенного покрова. Произведено разделение видов живого напочвенного покрова по ценотипам и хозяйственному назначению. Дан анализ структуры надземной фитомассы деревьев, изымаемых в результате проведении рубки обновления. Оценена экономическая эффективность различных способов рубки обновления.
Защищаемые положения. В работе исследованы и обоснованы следующие положения, представленные к защите:
1. Рубка обновления в сосновых лесах I группы в лесоводственном и экономическом отношениях высокоэффективна.
2. Наиболее приемлемыми являются выборочный и площадковый способы рубки.
3. После рубки обновления формируются устойчивые в экосистем-ном отношении лесные насаждения.
Практическая значимость. Полученные материалы могут быть использованы в качестве рекомендаций по проведению рубки обновления. Заложенные научно-производственные стационары служат для обучения студентов, продолжения дальнейших научных исследований и обмена опытом.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на VII международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития» (Москва, 2004); научно-технической конференции «Устойчивому развитию АПК - научные основы» (Ижевск, 2004), научно-технических конференциях студентов и аспирантов УГЛТУ (Екатеринбург, 2003, 2004).
Обоснованность и достоверность исследований подтверждается значительным экспериментальным материалом, использованием современных методов его обработки и анализа.
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 7 печатных материалах.
Личный вклад автора состоит в разработке методики исследований по программным вопросам, организации опытно-производственных объектов и проведении рубки обновления, закладке пробных площадей, в получении экспериментальных материалов, их камеральной обработке и обобщении.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, общих выводов и предложений производству, библиографического списка из 202 наименований. Работа изложена на 215 страницах, иллюстрирована 15 рисунками, содержит 59 таблиц.
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОЙ ПРОБЛЕМЫ
Пригородные леса крупных промышленных центров испытывают высокие технические и рекреационные нагрузки, длительное воздействие которых приводит к изменению средообразующих функций фитоценозов. В результате этого в лесных насаждениях снижается флористическое богатство, что влечет за собой существенное смещение ярусов растительности, начиная с полога древостоя (Нефедова и др., 1980; Пряхин, Николаенко, 1981; Таран, 1985). В экстремальных ситуациях из состава насаждений в первую очередь выпадают виды растений, чувствительные к ухудшению условий среды, затем разрушается древесный ярус и в конечном итоге сохраняется лишь покров из кустарников и трав (Смит, 1985). Иными словами, при непрерывном и достаточно напряженном рекреационном использовании насаждений снижается производительность древостоев, увеличивается число поврежденных и сухих деревьев, а в конечном итоге на обширных участках лес может превращаться в лесолуг. Дальнейшее нарастание рекреационной нагрузки приводит к тому, что от древостоя остаются лишь отдельные куртины, а луга между ними отличаются от пастбищно-сенокосных угодий малой продуктивностью и высокой мозаичностью, вызванной неравномерным вытаптыванием (Казанская, Ланина, 1975; Казанская и др., 1977; Чижова, 1977; Молчанов, 1978; Касимов, Мартынюк, 1990).
Травяно-кустарниковый покров наиболее вытоптанных участков весьма специфичен по облику и составу. Такие виды, как мятлик, подорожник, манжетка, одуванчик являются космополитами средних широт и их распространение в фитоценозах различных типов определяется не столько местными почвенно-климатическими условиями, сколько интенсивностью вытаптывания (Чижова, 1977; Кузьмина, 1982). Вместе с тем при дальнейшем нарастании нагрузки даже этот чрезвычайно устойчивый покров начинает разрушаться. Почва, лишенная лесной подстилки и дернины, теряет свою структуру и подвергается водной и ветровой эрозии.
При слабых и средних рекреационных нагрузках изменения в лесных насаждениях протекают медленно, затягиваясь на годы и десятилетия. Насаждения постепенно утрачивают первоначальную структуру всех компонентов. На устойчивость насаждений в значительной мере влияет оптимальное соотношение возрастных групп деревьев. Особенно важно для устойчивости насаждений пополнение популяций молодыми особями. Однако в урбанизированных лесных насаждениях этот процесс, как правило, нарушается (Александров, 2002).
В лесных массивах, примыкающих непосредственно к городу, естественное возобновление основных лесообразователей отсутствует, в результате этого формируются леса паркового типа, требующие особых лесохозяйст-венных мероприятий для их сохранения и поддержания (Перевозникова, Зубарева, 1999).
Негативное воздействие рекреационных нагрузок на насаждения вызывает необходимость разработки системы лесохозяйственных мероприятий, направленных на замедление или предотвращение их дигрессии. В нормативных документах и материалах научных исследований приводятся примеры таких систем, составленных с учетом региональных особенностей и функционального зонирования территории (Тюльканов, 1975; Рекомендации ..., 1988; Пронин, 1990; Строительство и реконструкция ..., 1990; Рекомендации ..., 1998; Основы ..., 1999; и др.). Наиболее детальная классификация предлагается в Рекомендациях ...(1988) и включает три группы мероприятий: лесо-водственные, биотехнические и мероприятия по благоустройству территории. Каждая из этих групп, в свою очередь, включает по десять видов мероприятий. Не умаляя значения благоустройства территории, а также биологических мероприятий по охране фауны следует отметить, что особое место в предлагаемой системе мероприятий принадлежит рубкам ухода.
Развитие рубок ухода в Свердловской области протекало неравномерно. Их возникновение в качестве целевого хозяйственного мероприятия относится здесь еще к дореволюционному периоду. Однако это были эпизоди-
ческие попытки, которые носили скорее любительский, чем производственный характер. И лишь в 1947 году, когда леса перешли в ведение областного управления лесного хозяйства, положение в них с рубками ухода стало упорядочиваться (Синелыциков, 1966). Таким образом, для большинства предприятий лесного хозяйства области история рубок ухода охватывает 50 - 60 лет. Так если в 1954 г. площадь рубок ухода составляла 9,9 тыс. га, в 1964 г. -27,8 тыс. га, то к 1989 году общая площадь ежегодного ухода увеличилась до 64,8 тыс. га (Синелыциков, 1966; Луганский, Залесов, 1990).
Рубки ухода за лесом являются одним из важнейших лесохозяйствен-ных мероприятий, направленных на выращивание устойчивых ценных высокопродуктивных насаждений, сохранение и усиление их защитных функций, и дополнительное получение древесины. Они осуществляются путем периодического удаления из насаждения нежелательных деревьев и кустарников и создания благоприятных условий для роста оставляемых лучших деревьев. В эксплуатационных лесах эти рубки охватывают % периода лесовыращивания, а в лесах тех категорий защитности, где главное пользование запрещено, продолжаются до момента распада древостоя или его замены.
Анализу лесоводственной и экономической эффективности рубок ухода в лесах различных формаций и целевого назначения посвящено значительное количество научных работ (Савина, 1956; Георгиевский, 1957; Тимофеев, 1957; Эйтинген, 1962; Морозов, 1962; Изюмский, 1968, 1969, 1970; Давыдов, 1971; Полянский, Сеннов, 1975; Сеннов, 1977, 1984, 1987а, 19876, 1999; Савина, Журавлева, 1978; Буш, Иевинь, 1984; Залесов, 1984, 1986, 1988; Мелехов, 1989; Залесов, Луганский, 1989; Тихонов, Зябченко, 1990; Те-ринов, Куликов, 1991; Чибисов, 1992, Луганский и др., 1993; Залесов и др., 1993а,б; Тарасевич, 2000 и др.). Большинство авторов отмечают те положительные изменения в качественных и количественных показателях древостоя, которые происходят после проведения рубок ухода. Рубки ухода влияют на состав, густоту, строение древостоя, улучшают его товарную структуру, устойчивость к неблагоприятным факторам среды. В насаждениях, где не про-
водят уход, происходит естественное изреживание или естественный отпад. С момента образования леса до его спелости в отпад переходит до 30% и более древесины. Систематические рубки позволяют за период роста древостоя получать дополнительно древесины до 30%: в хвойных лесах до 180 м3, в лиственных - до 100 м3 с I га (Атрохин, Кузнецов, 1989). Систематическими рубками ухода продуктивность насаждения увеличивается, по данным A.B. Давыдова (1971), на 40-50% за счет промежуточного пользования и 5-10% за счет повышения прироста. По данным С.Н. Сеннова (19876) рубки ухода позволяют увеличить промышленную ценность насаждений не менее чем в 2 раза, а общий экономический результат хозяйства в 1,2-1,5 раза выше по сравнению с этим показателем в хозяйстве без ухода.
Однако надо помнить о том, что рубки ухода, наряду с благоприятными моментами, обуславливают в древостое моменты неблагоприятные. Так, разрежение деревьев, увеличивая площадь питания, улучшает снабжение их питательными веществами и ускоряет рост, но в тоже время замедляет процесс отмирания сучьев, ведет к их утолщению, может понизить полнодревес-ность стволов, усиливает развитие живого напочвенного покрова и т.д. Разреживание полога повышает степень освещенности крон, увеличивает приток осадков к почве, но оно же усиливает скорость ветра внутри древостоя, летом повышает, а зимой понижает температуру, усиливает испарение воды живым напочвенным покровом, непосредственное испарение с поверхности почвы, повышает транспирацию деревьев и др. Однако на фоне исключительно высокой лесоводственной эффективности рубок ухода имеющие место при их проведении отрицательные тенденции несущественны (Георгиевский, 1957).
Рубки ухода эффективны по своим последствиям, если они начаты своевременно, проводятся регулярно, имеют целевую ориентацию, выполняются в рамках оптимизированных организационно-технических параметров на основе учета зонально-типологических и морфолого-биологических закономерностей роста и развития насаждений (Луганский и др., 2001).
10
В лесохозяйственных частях зеленых зон, в лесах зон воздействия промышленных выбросов, в защитных полосах вдоль железных и автомобильных дорог, в лесах выполняющих преимущественно водоохранные функции, в почвозащитных, водорегулирующих и других лесах, где на первый план выдвигается задача по обеспечению устойчивости и усилению экологической роли насаждений, проведение рубок ухода должно быть направлено на формирование преимущественно разновозрастных, а также смешанных по составу и сложных по форме (многоярусных) древостоев (Залесов, Луганский, 2002). Все лесохозяйственные мероприятия, проводимые в этих лесах, должны быть направлены на усиление природоохранных функций, а также на своевременное и рациональное использование запасов перестойных и спелых древостоев. Именно эти задачи и решает рубка обновления.
Рубка обновления насаждения - рубка ухода, проводимая в приспевающих, спелых и перестойных насаждениях с целью их обновления путем создания благоприятных условий для роста молодых перспективных деревьев, имеющихся в насаждении, появляющихся в связи с проведением рубок ухода и содействием возобновлению леса (ОСТ-56-108-98).
Рубка обновления проводится в тех категориях защитности лесов I группы, в которых рубки главного пользования запрещены, а лесные насаждения по составу или строению не соответствуют целевым задачам ведения лесного хозяйства, а также, если они по состоянию жизнедеятельности или по возрастной структуре начинают устраивать защитные средообразующие и социальные функции, и нуждаются в омоложении.
Главная цель рубки обновления - обеспечить повышение продуктивности молодых поколений древостоя, способных полноценно заменить вырубаемое старшее, а также создание благоприятных условий среды для выживания уже имеющегося подроста главных пород или для их искусственного восстановления.
Рубка обновления, как вид рубок ухода сформировалась и вошла в нормативные документы сравнительно недавно, поэтому экспериментальные
11
данные об их лесоводственной эффективности за длительный период на Урале отсутствуют. Разработан лишь ряд рекомендаций по их организации и проведению (Санников и др., 1999; Куликов и др., 1998, 1999). Так С.Н. Санников и др. (1999) предлагают выделение в системе рубок обновления особого варианта рубок - "рубки возобновления" в одновозрастных спелых и перестойных древостоях, подлежащих коренному омоложению с целью повышения устойчивости и защитных функций. Для сосновых лесов I группы Свердловской области при отсутствии подроста предлагается проведение регулярно-выборочной котловинной рубки (вариант рубки возобновления), при котором за один прием в выделе систематически-выборочно с шахматным примыканием котловин, вырубается древостой мелкими делянками правильной геометрической формой на площади не более 25% от общей площади выдела. В качестве мероприятия по лесовосстановлению предлагается содействие последующему естественному возобновлению или создание лесных культур.
Основываясь на выше приведенных рекомендациях, на Урале были предприняты первые попытки провести рубку обновления и оценить их лесо-водственную эффективность. Так, например, В.В. Александров (2002) рассматривал каймовый способ проведения рубки обновления, а A.A. Терин (2004) - равномерный, мелкоплощадковый и каймовый способы.
В результате, согласно данным М.С. Залесовой, A.A. Терина, СВ. За-лесова (2004), в условиях высокотрофных типов леса Сухоложского лесхоза равномерное разреживание материнского древостоя приводит к разрастанию травянистой растительности, что, в конечном счете, затрудняет или исключает естественное возобновление сосной. Аналогичный результат достигается и при проведении рубки обновления мелкоплощадным способом, т.к. на вырубаемых участках площадью 0,36 га скапливается застойный перегретый воздух, быстро разрастаются злаки, малина и корнеотпрысковая осина.
Замена спелых и перестойных древостоев разновозрастными молодня-ками может быть обеспечена проведением рубки обновления каймовым способом. Спустя три года после проведения данных рубок в условиях сосняка
12
разнотравного по данным В.В. Александрова (2002) количество благонадежного соснового подроста составило 7,41 тыс. экз./га, при этом на долю крупного приходилось 4,13 тыс. экз./га (55,7%) и среднего 2,55 тыс. экз./га (34,4%). A.A. Терин (2004) утверждает, что спустя три года после рубки обновления каймовым способом подрост оправился и на вырубленной полосе (кайме) сформировался молодняк составом 7,9С1,9Б0,2Ос. При общей густоте подроста 8,0 тыс. экз./га, на долю сосны приходится 6,3 тыс. экз./га, из которых 4,9 тыс. экз./га Ихмеют высоту более 1,5 м.
Но эти данные являются единственными полученными для сосняков Среднего Урала и конечно их недостаточно. Принимая во внимание отсутствие в научной литературе достаточно обоснованных данных о лесоводствен-но-экономической эффективности различных способов рубки обновления мы и определили направление наших исследований.
Выводы:
1. Исследования, выполненные в нашей стране, наглядно свидетельствуют о том, что, выполняя рекреационные функции, лесные насаждения подвергаются интенсивному антропогенному воздействию. Особенно интенсивно негативные последствия проявляются в пригородных лесах, лесах природных и национальных парков, где степень воздействия на лесные насаждения нередко значительно превышает пороговые уровни их устойчивости.
2. Формируемые рекреационные леса паркового типа нуждаются в омоложении.
3. Решение проблемы повышения экологической роли и рекреационной устойчивости насаждений, а также омоложения спелых и перестойных древостоев, может быть достигнуто только при условии разработки и реализации научно-обоснованных систем лесоводственных мероприятий, учитывающих специфику конкретных лесорастительных условий.
4. Из общей совокупности предлагаемых в нормативной и научной литературе мероприятий для сосновых насаждений Среднего Урала, наибо-
13
лее эффективными следует считать рубки ухода. Особая роль в этом плане принадлежит рубке обновления.
5. Рубка обновления рекомендуется проводить различными способами: площадковым, выборочным, каймовым. Работ по сравнительному анализу лесоводственной и экономической эффективности различных способов рубки обновления в научной литературе не обнаружено.
14
ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Географическое положение
По характеру рельефа и другим природным особенностям Урал делится (с севера на юг) на Полярный, Приполярный, Северный, Средний и Южный (БСЭ, 19776).
Средний Урал является наиболее пониженной частью Урала и расположен между 56 и 59° с.ш. (БСЭ, 1977а). Он включает в себя осевую полосу Урала, холмисто-увалистые западные (Предуралье) и грядово-увалистые восточные (Зауралье) предгорья (Чикишев, 1963). Примерные границы Среднего Урала проходят на севере у подножия Лялинского Камня, на юге -через г. Нижний Уфалей, на западе - по линии Талмеево (р. Юрюзань) -Красноуфимск - Верхнечусовские Городки - д. Тихая (р. Косьва) и на востоке - по линии Тюбук - Каменск-Уральский - Егоршино - Алапаевск -Верхотурье. Итак, Средний Урал охватывает территорию Пермской, Свердловской, Челябинской областей и республики Башкортостан. На Свердловскую область приходится около Уз площади (Луганский, Лысов, 1991).
Средний Урал является своеобразным регионом страны. Территория его характеризуется большим разнообразием лесорастительных условий. Лесорастительное районирование Среднего Урала в пределах Свердловской области представлено на рис 2.1.
Основной объем экспериментальных исследований выполнен на территории Свердловского сельского лесхоза - филиала федерального государственного учреждения «Свердлсельлес» и Уральского учебно-опытного лесхоза УГЛТУ. Согласно схеме лесорастительного районирования Свердловской области (Колесников и др., 1973), территория района исследований относится к южнотаежному округу Зауральской холмисто-предгорной провинции Западно-Сибирской равнинной лесорастительной области.
15
3 ^-
Рис. 2.1. Лесорастительное районирование Среднего Урала (в пределах Свердловской области; по Б.П. Колесникову и др., 1973)
лесные области: В - Восточно-Европейская равнинная, У - Уральская горно-
лесная, С - Западно-Сибирская равнинная;
провинции: I - Северо-уральская среднегорная, II - Средне-уральская
низкогорная, III - Предуральская предгорная, IV — Уфимское плато, V -
Юрюзано-Сылвенской депрессии, VI - Зауральская холмисто-предгорная,
VII - Зауральская равнинная;
подзоны: а - северотаежная, б - среднетаежная, в - южнотаежная, г -
широколиственно-хвойных лесов, д - сосново-березовых лесов, е -
лесостепная;
границы: 1 - административных областей, 2 - лесорастительных областей, 3 -
провинций, 4 - подзон, 5 - лесхозов.
16
2.2. Климат
Климатические условия Уральского региона в целом отличаются разнообразием местных его вариантов. На формирование режима погоды оказывают влияние географические условия, процессы циркуляции воздушных масс, поступление солнечной радиации и характер подстилающей поверхности.
Район исследований расположен на значительном расстоянии от морей и океанов. Основные черты климата района исследования обусловливаются двумя факторами: малыми абсолютными высотами предгорий и их расположением на подветренном макросклоне Уральского водораздельного хребта, в барьерной тени от его горной полосы. Первый фактор определяет более благоприятные показатели температурного режима (особенно в летние месяцы), а второй - значительное уменьшение осадков по сравнению с массой таковых на западной макросклоне Урала, а значит и меньшее увлажнение. Последнее проявляется в остепнении сосновых лесов на склонах южных экспозиций. Одним из признаков близости лесостепной зоны может служить четко выраженная дифференциация растительного покрова на склонах разных экспозиции и крутизны (Александров, 2002).
В целом климат района исследований континентальный с преобладанием западных и юго-западных ветров. Средняя скорость ветра за год - 3,6 м/с. Температурный режим довольно суров в зимнее время (зима длится от 4 до 6 месяцев), умерен летом и характеризуется постепенным снижением температуры к северу. Наиболее холодными месяцами в году являются январь и декабрь. Наиболее теплый месяц - июль. Годовой ход температуры обнаруживает типичное для континентального климата превышение температуры весны над температурами осени: апрель теплее октября, май - сентября. Для весны характерно быстрое повышение средних суточных температур. Средние месячные температуры воздуха от марта к апрелю повышаются на 10 и более градусов. Характеристика средних месячных температур января и июля приводится в табл. 2.1.
17 |
