Формирование еловых насаждений на лесных землях под влиянием сельскохозяйственного пользования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.03.03, кандидат сельскохозяйственных наук Никитин, Владимир Фёдорович

• Никитин, Владимир Фёдорович
• кандидат сельскохозяйственных наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат сельскохозяйственных наук Никитин, Владимир Фёдорович

Введение

Глава 1. История, значение и перспективы применения ^ сельскохозяйственного пользования при лесовозобновлении

1.1. Истоки подсечно-огневого земледелия

1.2. Ретроспективный анализ совместного ведения лесного и ^ сельского хозяйства

1.3. Значение и перспективы сельскохозяйственного ^ 4 пользования при возобновлении леса

Глава 2. Программа, методика и объекты и объем выполненных работ.

2.1. Программа и методика исследований

2.2. Объем выполненных работ

2.3. Характеристика объектов исследований

Глава 3. Природные условия и лесной фонд региона исследований

3.1. Рельеф и почвы

3.2. Климат и лесорастительные районы

3.3. Лесной фонд, история освоения и современное состояние

Глава 4. Сравнительная оценка эффективности искусственных насаждений ели, созданных с применением 53 ф сельскохозяйственного пользования

4.1. Влияние агротехнических воздействий на изменение свойств ^ лесных дерново-подзолистых почв

4.2. Особенности роста и дифференциации деревьев ели в ^ агролесокультурах

4.3. Продуктивность и устойчивость агролесокультур

Глава 5. Естественное возобновление и формирование молодняков в ^ кулисах

5.1. Влияние растительных остатков на почвенное плодородие

5.2. Формирование живого напочвенного покрова

5.3. Формирование молодняков естественного происхождения в ^^ кулисах

Глава 6. Зависимость качества древесины ели от технологии ^ лесовосстановления

6.1. Особенности макроструктуры древесины ели

6.2. Физико-механические свойства древесины ели 129 Выводы и практические рекомендации 133 Список использованной литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование еловых насаждений на лесных землях под влиянием сельскохозяйственного пользования»

Актуальность темы. Современное значение леса, подчёркивал И.С. Мелехов [110], становится всё более многогранным и его использование должно быть многосторонним, комплексным и непрерывным. Это означает необходимость своевременного восстановления всех полезностей леса и их дальнейшего приумножения. Решение этих задач возможно за счёт естественного и искусственного возобновления в зависимости от соответствия их месту и времени. Соотношение способов создания леса зависит от природных и экономических условий, успешности естественного возобновления, уровня лесокультурного производства. В зоне смешанных лесов европейской части России, куда входит регион наших исследований, доля искусственного возобновления в выращивании леса составляет 75%. Изучением лесоводственной эффективности технологий создания лесных культур, влияния их на формирование и продуктивность насаждений занимались многие учёные и практики (В.В. Огиевский, В.В. Миронов, А.Р. Родин, Г.И. Редько, А.И. Писаренко, М.Д. Мерзленко, С.А. Родин и др.). Несмотря на обширные научные сведения и богатый опыт выращивания искусственных насаждений в этом регионе до сих пор недостаточно обоснованны технологии создания культур ели с предварительным и промежуточным сельскохозяйственным пользованием и практически не выявлены их возможности в формировании высокопродуктивных, устойчивых насаждений. Следовательно, тема диссертационной работы весьма актуальна.

Цели и задачи исследований. Основная цель исследований заключалась в научном обосновании выращивания искусственных еловых насаждений с предварительным и промежуточным сельскохозяйственным пользованием, а также в разработке рекомендаций по комплексному использованию лесных земель. Её реализация осуществлена посредством:

• обобщения отечественного и зарубежного опыта сельскохозяйственного пользования при выращивании леса;

• изучения лесоводственно-экологической основы современных технологий выращивания культур ели с предварительным и промежуточным сельскохозяйственным пользованием;

• определения влияния сельскохозяйственного пользования на формирование и устойчивость ельников;

• выявления особенностей дифференциации деревьев в молодняках, составе древостоя его продуктивности в зависимости от технологий выращивания;

• изучения лесовозобновительного процесса, характера разложения пней и порубочных остатков в кулисах, оставляемых под естественное заращивание.

Научная новизна. Изучены и систематизированы исторические аспекты сельскохозяйственного пользования на лесных землях, определены его значение и перспективы применения для выращивания высокопродуктивных насаждений. Установлены особенности влияния сельскохозяйственного пользования на лесорастительные условия и формирование искусственных ельников, в частности на почвенное плодородие, рост и дифференциацию деревьев ели, состав, продуктивность и устойчивость. Выявлен характер возобновления и формирования естественных молодняков в кулисах. Изучена динамика разложения пней и порубочных остатков и их влияние на почвенное плодородие при разных способах размещения. Определена зависимость анатомического строения, и качества древесины ели от технологии выращивания и особенностей формирования насаждений.

На защиту выносится научное обоснование формирования высокопродуктивных еловых насаждений на лесных землях под влиянием сельскохозяйственного пользования в зоне смешанных лесов.

Практическая значимость выполненных исследований. На основании результатов исследований сделаны выводы и предложены рекомендации по применению сельскохозяйственного пользования на лесокультурных площадях в регионах с развитым промышленным потенциалом и высокой плотностью населения. Рекомендации позволяют значительно улучшить показатели искусственных насаждений по приживаемости, энергии роста в начальных фазах, составу, строению, устойчивости, продуктивности и декоративности. Реализация научных разработок предусматривает комплексное использование лесных земель применением предварительного и промежуточного сельскохозяйственного пользования.

Обоснованность и достоверность результатов исследований, выводов подтверждается: большим объемом экспериментального материала, собранного с использованием научно-обоснованных методик; продолжительностью исследований более 12 лет; математической обработкой данных с использованием компьютерной техники, современных методов математического анализа и стандартных пакетов программ.

Личный вклад автора заключается в разработке программы, выборе методик изучения почвенных условий, лесоводственно-экологических показателей искусственных насаждений ели, динамики разложения пней и порубочных остатков на лесокультурных площадях, анатомических признаков и качества древесины. Все материалы, использованные в диссертации, получены лично автором или при его участии. Им сделан анализ, обобщение собранного материала и его изложение, сформулированы выводы и даны рекомендации производству.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались: на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Московского государственного университета леса (Москва, 1996- 2006 г.), на чтениях посвященных 95-летию со дня рождения академика РАСХН И.С. Мелехова (Москва, 2000), международной конференции молодых ученых «Леса Евразии в третьем тысячелетии» (Москва, 2001), на Всероссийской научно-практической конференции «Вопросы практической экологии» (Пенза, 2002), на 7-ой Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века»

Пущино, 2003), на Ш-й Международной конференции молодых ученых «Леса Евразии - Белые ночи» (Москва, 2003), на международной научной конференции по проблемам лесоведения и лесоводства, посвященной 100-летию со дня рождения академика РАСХН И.С. Мелехова (Москва, 2005).

Внедрение и публикации результатов исследований. Результаты исследований прошли производственную проверку в Сергиево-Посадском опытном лесхозе ВНИЛМ. По материалам опубликовано 10 научных работ.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из шести глав, выводов, списка цитируемой литературы и приложения, изложена на 152 страницах машинописного текста, включает 23 таблицы и 17 рисунков. Список литературы содержит 301 библиографическую ссылку, в том числе 15 на иностранном языке.

Работа выполнена на кафедре лесоводства и подсочки леса в Государственном учреждении высшего и профессионального образования «Московский государственный университет леса» (ГОУ ВПО МГУЛ)

Заключение диссертации по теме «Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними», Никитин, Владимир Фёдорович

выводы

На основании анализа литературы и проведённых исследований с целью изучения истории, значения и перспектив применения сельскохозяйственного пользования при лесовозобновлении в регионе исследований, можно сделать следующие основные выводы.

1. Подсечно-огневое земледелие на лесных землях велось на протяжении более 40 тысяч лет и имело положительное и отрицательное значение. Занятие человека подсечно-огневым земледелием было одним из решающих факторов лесоистребления, оно способствовало обмелению и исчезновению рек, ухудшению плодородия лесных почв, породного состава и продуктивности лесов. Велико и положительное значение подсечно-огневого земледелия в формировании знаний о природе леса, свойствах почвы, мелиорации лесных земель, применении севооборотов и удобрений. Накопленные знания за длительный исторический период передавались из поколения в поколение и легли в основу практического лесоводства и лесной науки.

2. Применение сельскохозяйственного пользования при возобновлении и разведении лесов имеет богатую историю, которая нашла широкое отражение в многочисленных публикациях отечественных и зарубежных учёных. На основании анализа этой литературы нам удалось систематизировать сельскохозяйственное пользование по названиям, продолжительности, времени проведения относительно посева или посадки лесных культур, определить его ф особенности, значение и недостатки. Большинство публикаций показывают высокую значимость сельскохозяйственного пользования в развитии частного лесоводства и достижении выдающихся успехов при возобновлении и разведении лесов. Подтверждением служат сохранившиеся до наших дней искусственные насаждения, которые являются живыми памятниками передовой лесоводственной мысли и ярких достижений.

3. Большое значение сельскохозяйственное пользование имеет в современных условиях, так как является эффективным средством интенсификации лесовосстановления и получения с лесных земель дополнительной продукции сельскохозяйственных растений, плодово-ягодных культур, лекарственного и технического сырья. Актуальность сельскохозяйственного пользования при лесовозобновлении и лесоразведении подтверждена XII лесным мировым конгрессом, проходившем в Канаде в 2003 году. Участниками многих стран мира была подчёркнута высокая значимость использования лесных земель не только с целью получения дополнительной продукции различного назначения, но и решения экологических проблем путём повышения продуктивности и увеличения разнообразия лесных биогеоценозов, сохранения и улучшения лесных почв.

4. Анализ современного состояния лесов Московской области являющихся объектом исследований данной работы показал их прогрессирующее ухудшение и снижение эффективности в стабилизации экологической обстановки региона. Ухудшение лесов связано с интенсивным отчуждением лесных земель, нарушением естественной закономерности соответствия лесообразующих пород условиям местопроизрастания, быстрым процессом старения из-за экстенсивного ведения хозяйства, преобладанием простых по форме, одновозрастных древостоев характеризующихся неудовлетворительным естественным возобновлением. В спелых и перестойных насаждениях удовлетворительное естественное возобновление встречается только на 10 % площадей.

5. При изучении формирования искусственных ельников установлено, что лучшим ростом и развитием обладают насаждения, созданные с предварительным и промежуточным сельскохозяйственным пользованием по сравнению с традиционными лесными культурами. Наибольшую лесоводственную эффективность создания агролесокультур имеет технология, предусматривающая корчёвку полос шириной 40 м с оставлением кулис такой лее ширины под естественное лесовозобновление.

6. Агротехника выращивания сельскохозяйственных растений на лесокультурных площадях, предусматривающая интенсивную обработку почвы, внесение удобрений, биологическую мелиорацию, оказывает положительное влияние на морфологические признаки почвы, её физические и химические свойства, определяет характер почвообразовательного процесса. Глубокое многократное рыхление обеспечивает улучшение условий аэрации, ослабляет отрицательное влияние избыточного увлажнения и является одним из наиболее важных приёмов окультуривания дерново-подзолистых почв, улучшения их свойств и повышения плодородия.

Ф 7. Исследованиями определены особенности роста и дифференциации ели в агролесокультурах по фазам роста. Прирост саженцев ели в условиях промежуточного сельскохозяйственного пользования за второй год вегетации составляет 133% по отношению к приросту последнего года в питомнике. Следовательно, в условиях промежуточного пользования фаза приживания сокращается до 2-х лет при высоких показателях приживаемости. Такие результаты достигаются высокой агротехникой сельскохозяйственного пользования, которая обеспечивает благоприятные эдафические условия близкие к условиям лесных питомников.

8. В фазе индивидуального роста ель в агролесокультурах имеет значительные преимущества по отношению к культурам, где сельскохозяйственное пользование не проводилось. Наиболее интенсивный рост ели по высоте отмечен в варианте, где в междурядьях выращивался картофель, и вносились органические и минеральные удобрения. Здесь культивируемая ель в возрасте 10 лет достигла высоты более 6-ти метров и превышает обычные культуры в 2,2-2,5 раза. В этот период скорость роста является решающим фактором в жизни каждого дерева. По данным Е.Л. Маслакова [100], скорость роста деревьев в этой фазе высоко коррелирует с их же скоростью роста в последующих фазах. Поэтому фаза индивидуального роста является тем периодом в развитии насаждения, когда рождаются основные структурные элементы, определяющие его будущую организацию и продукти вность.

9. Важным показателем насаждения, дающим основание оценить его настоящее состояние и прогнозировать будущую перспективность, является распределение деревьев по классам роста. В агролесокультурах доля господствующих деревьев достигает 95%. Равномерное размещение лучших деревьев при оптимальной густоте, снижение межвидовой и внутривидовой конкуренции, благоприятная дифференциация деревьев по росту и развитию являются особенностями агролесокультур в фазе индивидуального роста.

10. Фаза смыкания в жизни насаждений имеет большое значение, так как в ней происходит перестройка интенсивности ростовых процессов, от которой зависит будущее биогеоценоза в целом. В агролесокультурах смыкание происходит в возрасте 12 лет, при этом не наблюдается закономерного снижения прироста ели по высоте. Средний прирост в возрасте 14 лет достигает 86 см и не снижается до конца I класса возраста. Следовательно, промежуточное сельскохозяйственное пользование способствует интенсивному росту культивируемой ели в начальных фазах и быстрому смыканию.

11. Продуктивность насаждений является основным показателем, от которого зависят водоохранные, оздоровительные, рекреационные, противоэрозионные и другие функции. В агролесокультурах интенсивный прирост (до 15 м3/га) наблюдается с возраста 14-15 лет, когда культуры находятся в фазе смыкания. К концу фазы чащи годичный прирост агролесокультур достигает 29-30 м3/га, что соответствует самому высокому классу бонитета. Продуктивность еловых насаждений в возрасте 20 лет, где в междурядьях выращивались пропашные, составляет 192,9 м3/га, что в 3,1 раза больше чем в обычных культурах.

12. Искусственные еловые насаждения с промежуточным сельскохозяйственным пользованием имеют преимущества по высоте, диаметру и продуктивности по отношению к насаждениям с предварительным сельскохозяйственным пользованием. Разница составляет 33,7 % по высоте и 34,9 % по диаметру и до 40 % по запасу древесины. Более интенсивный рост ели в условиях промежуточного сельскохозяйственного пользования достигается интенсивной обработкой почвы в междурядьях уже созданных культур. В дальнейшем их высокая энергия роста сохраняется на протяжении I класса возраста.

13. Агролесокультуры имеют высокие показатели устойчивости, они характеризуются незначительным зарастанием травянистой растительностью и лиственными породами, высокой сохранностью и энергией роста, благоприятной дифференциацией и породным составом. При подготовке площади широкими полосами с оставлением кулис под естественное заращивание получается чередование искусственных и естественных фитоценозов. Это обеспечивает биологическое разнообразие компонентов насаждения в целом, и тем самым повышает его устойчивость

14. Равномерное размещение пней и порубочных остатков по площади кулис имеет большое значение для накопления органического вещества в почве и ослабления количественных и качественных изменений в биологическом круговороте. Исследованиями отмечена более интенсивная динамика разложения остатков при равномерном их размещении по площади кулис. Полное разложение средних и крупных ветвей берёзы и осины происходит через 14 лет. Более медленно разлагаются порубочные остатки ели, средние ветви разложились в течение 16-ти, крупные за 18 лет. Аналогичная динамика прослеживается при разложении пней.

15. После полного разложения порубочных остатков в кулисах образовался подгоризонт А] мощностью до 8 см пронизанный многочисленными корнями и ходами почвенной зоофауны. В результате положительных изменений в строении, в частности за счёт увеличения мощности гумусового горизонта, улучшились физические свойства почвы. Значительно уменьшилась плотность, увеличилась общая порозность и полная влагоёмкость корнеобитаемого слоя. Так горизонт А] мощностью 19 см имеет плотность от 0,88 г/см3 до 1,13 г/см3 по профилю, а плотность горизонта А2 до глубины 26 см не превышает 1,39 г/см3.

16. В кулисах проективное покрытие травянистой растительности составляет 22,6%. Доминируют зеленчук жёлтый (5,6 %), крапива двудомная (5,4 %), сныть обыкновенная (4,7 %). Эти виды являются индикаторами высокого почвенного плодородия и указывают на среднюю степень её увлажнения. В условиях промежуточного сельскохозяйственного пользования живой напочвенный покров очень скуден, средний процент проективного покрытия равен 3,2 . Снижение конкуренции травяного покрова увеличивает объём биологического круговорота веществ через древостой и скорость накопления древесной фитомассы.

17. Естественное возобновление в кулисах характеризуется значительным запасом и преобладанием лиственных пород в составе. В варианте равномерного размещения порубочных остатков по площади кулис, в возрасте молодняка 21 год, запас древесины равен 104,7 м3/га. Общее число стволов на 1 га достигает 7,8 тыс. шт., из них ели 1,1 тыс. шт. При размещении порубочных остатков в валах, эти показатели несколько хуже. Здесь в составе молодняка на 13 % больше осины, на 17 % меньше берёзы семенного происхождения и на 5 % ели. Отмечается неравномерное размещение деревьев по площади кулис, на местах разложившихся валов чаще встречаются деревья максимальной высоты и диаметра.

18. Под пологом лиственных молодняков в кулисах, происходит возобновление ели в количестве 0,8-1,2 тыс. шт./га. Исходя из его возрастного диапазона, возобновление ели начинается через 15-18 лет после сплошной рубки. В варианте с равномерным размещением остатков по площади кулис, количество жизнеспособного подроста на 26 % больше при более равномерном его размещении по площади. Указанные различия объясняются разной степенью нарушения верхних горизонтов почвы при размещении порубочных остатков в кулисах и обогащения их органическим веществом.

19. Учитывая сделанные выводы можно заключить, что равномерное размещение порубочных остатков по площади кулис оставленных под естественное возобновление более предпочтительно. В результате такой операции в кулисах повышается плодородие почвы, и улучшаются условия возобновления ели. Рубками ухода в возобновившихся молодняках можно достичь преобладания ели. Предложенные мероприятия обеспечивают формирование сложных естественных молодняков в кулисах. Структура лесного биогеоценоза, состоящая из чередующихся сложных естественных и искусственных фитоценозов, способствует достижению его максимальной древесной, биологической, экологической продуктивности и устойчивости.

20. С целью повышения продуктивности, устойчивости, эстетических свойств насаждений и улучшения лесных почв, можно рекомендовать создание агролесокультур с предварительным и промежуточным сельскохозяйственным пользованием. Для этого наиболее приемлема технология, предусматривающая корчёвку полос шириной до 40 м с оставлением кулис аналогичной ширины под естественное лесовозобновление. Предлагаемая технология апробирована в производстве на протяжении 20-ти лет. Как показывает анализ исторического и современного опыта, при совместном выращивании лесных и сельскохозяйственных растений, возможно решение вопросов по рациональному использованию лесных земель, интенсификации лесовыращивания и получению дополнительной продукции различного назначения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат сельскохозяйственных наук Никитин, Владимир Фёдорович, 2006 год

1. Абатуров A.B., Казанцева Т.Н. Растительность и леса Восточного Подмосковья. М.: Наука , 1979. - С. 25-38.

2. Августинович И. Разведение леса на осушенном болоте//Лесной журнал. 1879. - С. 238-246.

3. Александров А.И., Дроздов И.И. Исследование искусственных молодняков: Методические указания по НИРС для студентов спец. 1512.-М.:МЛТИ, 1985.-32 с.

4. Антонова Г.Ф. Рост клеток хвойных Новосибирск: Наука, 1999.- 228 с.

5. Анучин Н.П. Лесная таксация. М.: Лесная пром-сть, 1982. - 551 с.

6. Арнольд Ф.К. Выступление на V съезде лесохозяев в Москве. В Тр. V съезде лесохозяев в Москве. Спб.: 1883. - 183 с.

7. Арнольд Ф.К. Русский лес, том II, Спб.: 1891.-321 с.

8. Арнольд Ф.К. История лесосоводства России, Франции и Германии. -Спб.: 1895.-404 с.

9. Атрохин В.Г. Биоэкологические основы формирования высокопродуктивных насаждений. М.: Лесная пром-ть, 1967.-180 с.

10. Барк Л.Г. Известия о деятельности лесного общества//Лесной журнал. -1879.-С. 181-185.

11. Бартенев И.М., Родин С.А. Экологизация технологий и машин лесного комплекса, г. Пушкино: 2001. 87 с.

12. Бельков В.П., Семёнова А.К. Влияние травяного покрова на продуктивность лесных насаждений. М.: Изд. ЦБНТИлесхоза, 1973. -22с.

13. Берг Л.С. Природа СССР. М.: Географиздат, 1955.-494 с.

14. Бердышев А.П. Андрей Тимофеевич Болотов. М.: Агропромиздат, 1988.- 143 с.

15. Берестоцкий O.A., Возняковская Ю.М. Доросинский Л.М. и др. Биологические основы плодородия почвы. М.: Колос, 1984. - 287 с.

16. Бобров Р.В. Об управлении лесами отечества (исторический обзор): Обзорная информация. Вып. 6. М: ВНИИЦЛесресурс Госкомлеса СССР, 1990.-52 с.

17. Браунсдорфер Э. Лесопольное хозяйство в лесах Мошногородищенского имения//Лесной журнал.-1895. №2. - С. 111.

18. Брюсов А.Я. Очерки по истории племен Европейской части СССР в неолитическую эпоху. М.: Изд-во АН СССР. 1962.

19. Вадковская O.A. Краткая характеристика почвенного покрова Московской области./Ючерки природы Подмосковья. Труды института географии АНСССР, вып. 71. -М.: 1957.-С. 77-83.

20. Васильев И.С. Водный режим дерново-подзолистых почв в травопольном севообороте. Сб. «Плодородие дерново-подзолистых почв» Изд-во АНСССР. М.: 1958. - с. 48-61.21