Формирование леса после сплошной рубки агрегатной техникой в ельнике черничном

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

3. Зайцев, Г.Н. Математическая статистка в экспериментальной ботанике / Г.Н. Зайцев. - М.: Наука, 1984. - 424 с.

4. Замолодчиков, Д.Г Определение запасов углерода по зависимым от возраста насаждений конверсионно-объемным коэффициентам / Д.Г. Замолодчиков, А.И. Уткин, Г.Н. Коровин // Лесоведение. - 1998. - № 3. - С. 84-92.

5. Исаев, А.С. Углерод в лесных экосистемах / А.С. Исаев // Природа. - 1994. - № 7. - С. 18-21.

6. Кобак, К.И. Роль лесов в изменении содержания углерода в атмосфере (на примере Ленинградской области) / К.И. Кобак, Ю.А. Куреев, Р.Ф. Трей-

фельд // Лесное хозяйство. - 1999. - № 2. -С. 43-45.

7. Комиссаров, Д.А. Об учете поглощения углекислого газа и выделения кислорода лесом / Д.А. Комиссаров // Лесное хозяйство. - 1965. - № 1. - С. 51-54.

8. Лесотаксационный справочник / Б.И. Грошев, С.Г. Синицын, П.И. Мороз. - М.: Лесная пром-сть, 1980. - 228 с.

9. Лосицкий, К.Б. Дуб / К.Б. Лосицкий. - М.: Лесная пром-сть, 1981. - 101 с.

10. Таранков, В.И. Мониторинг лесных экосистем: учеб. пособие / В.И. Таранков. - Воронеж: ВГЛ-ТА, 2006. - 300 с.

ФОРМИРОВАНИЕ ЛЕСА ПОСЛЕ СПЛОШНОЙ РУБКИ АГРЕГАТНОЙ ТЕХНИКОЙ В ЕЛЬНИКЕ ЧЕРНИЧНОМ

А.В. ТИБУКОВ, ст. преподаватель каф. геодезии и строительного делаМГУЛ

В связи с различным антропогенным и техногенным воздействием на лес (сплошная рубка) академик И.С. Мелехов [1] предложил принципиальную схему динамики типов леса, в соответствии с которой возможны два пути формирования леса. При использовании технологии рубок без сохранения подроста формирование леса идет через безлесный этап -тип вырубки, а при использовании технологии лесосечных работ, предусматривающих высокую сохранность подроста, сразу образуется лесное сообщество, т.е. после рубки сохраненный подрост начинает смыкаться и в этом надо видеть начало «лесного этапа» (по Мелехову). Наши исследования осуществлялись в рамках этой схемы, в которой отражена сущность динамической типологии леса.

Вопросы образования типов вырубок, возобновления и формирования леса после сплошных рубок в течение длительного времени многими исследователями изучались на лесосеках, разработанных традиционной техникой: на валке - бензопилы, на трелевке - трактора с тросовой оснасткой. Однако длительных стационарных исследований по изучению возобновления и формирования леса в связи со сплошной рубкой агрегатной техникой в нашей стране проводится недостаточно. С этой целью в Щелковском учебно-опытном лесхозе был заложен опытный стационар для проведения рубок в спелых и перестойных

caf-geogis@mgul.ac.ru еловых насаждениях агрегатной техникой (ЛП-19+ЛТ-171,ТТ-4+ЛП-30Б).

В конце зимы 1989 г. в кв. 96 Огуднев-ского лесничества Щелковского лесхоза были проведены рубки главного пользования (по Лесному Кодексу - рубки спелых и перестойных лесных насаждений) по пяти технологическим схемам: две - для сплошных рубок и три - для постепенных рубок. Постепенные рубки проводились для сравнительной лесо-водственной оценки работы агрегатной техники на несплошных рубках.

При работе по первой технологии (I - с сохранением подроста) валочная машина разрубает объездной волок по периферии лесосеки, которая служит для заезда к новым лентам при их разработке. Валочно-пакети-рующая машина в процессе работы двигается только по направлению к лесовозному усу, срезая деревья впереди себя и по обеим сторонам и формируя пачку сзади себя. Трелевка пачек производится по следу машины ЛП-19 на одну погрузочную площадку.

По второй технологии (II - без сохранения подроста) валочная машина двигается челночным способом. При движении как в одну, так в другую сторону (от лесовозного уса и к нему) машина срезает деревья и укладывает на вырубку в пачки под углом 30-50° к направлению трелевки. Трелевка осуществляется в одну сторону (к лесовозному усу).

48

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 1

Влияние рубок на сохранность подроста ели по разным технологиям

Технология „ „ „ Группы подроста, м; тыс. шт./га / % Минерализация, %

Период наблюдении До 0,5 0,5—1,5 >1,5 всего

I До рубки 4,0/100 2,2/100 3,8/100 10,0/100 37

После рубки 1,75/43 1,2/54 1,75/46 4,7/47

II До рубки 2,2/100 3,2/100 4,1/100 9,5/100 88

После рубки 0,85/38 Ед. Ед. 0,85/8,9

III До рубки 2,6/100 4,9/100 3,8/100 11,3/100 36

После рубки 2,0/79 2,7/56 2,1/56 6,8/60

IV До рубки 3,1/100 4,2/100 1,2/100 8,5/100 33

После рубки 1,8/58 2,1/50 0,6/50 4,5/54

V До рубки 4,1/100 3,8/100 1,1/100 8,0/100 32

После рубки 2,6/63 1,4/37 0,3/27 4,3/53

Таблица 2

динамика состава формирующегося древостоя после сплошных рубок по разным технологиям сплошных рубок

Технология Состав древостоя с давностью рубки, лет

10 15 19

С сохранением подроста 6Е4Ос ед.Б 5Е4Ос1Б 9Е1Ос ед.Б

Без сохранения подроста 7Б1Ос1Е1Д 8Б2Еед.Ос,Д 7Б2Е1Ос ед.Д

Постепенные рубки проведены по трем следующим технологиям:

чересполосная (III ) - по П.В. Алексееву (1967), интенсивность 50 %;

узколенточная (IV) с равномерной выборкой деревьев, интенсивность 30 %;

трехленточная (V) с одним волоком на три ленты(40 %).

Исходный тип леса - ельник черничный свежий (по И.С. Мелехову) [2], почва дерновосреднеподзолистая среднесуглинистая. Состав древостоя 9Е1С+Б,Ос; бонитет I, полнота 0,8, запас 350 м3/га. Проективное покрытие основных представителей живого напочвенного покрова под пологом леса до рубки: черника(Vaccinium myrtillus L.) -до 30 %; майник (Majanthemum bifolium) - 4 %; вейник лесной (Calamagrostis arundinacea) - 0,5 %; кислица (Oxalis acetosella L.) - 0,5 %. Количество подроста 10 тыс. шт./га, средний возраст - 28 лет, средние высота и диаметр 3,5 м и 4,0 см. Влияние рубок на сохранность подроста и минерализацию почвы представлены в табл. 1.

После сплошной рубки на лесосеках сформировались фрагменты различных типов вырубок, динамично развивающихся во времени и пространстве [4, 5, 8]. Размеры и соотношение этих фрагментов зависят от ис-

ходного типа леса, влияния агрегатной техники на почву и подрост в момент рубки, технологии лесозаготовок и сезона рубки.

После рубки леса по технологии без сохранения подроста первоначально образовались следующие фрагменты типов вырубок: в местах сильного уплотнения почвы

- ситниковый, среднего и слабого повреждения - вейниковый, в местах огневой очистки

- кипрейно-паловый. В течение нескольких лет под влиянием последующего возобновления березы и осины вейниково-ситниковый тип вырубки сменился березняком вейнико-вым, под пологом которого происходит последующее возобновление ели, преимущественно групповое (встречаемость 65 %). Через 19 лет после рубки сформировался березняк разнотравный с составом 7Б2Е1Ос ед.Д, общее количество подроста под пологом березы - 2,74 тыс.шт./га, состав - 68Е21Б8Ос3Д, средняя высота ели 1,12 м, березы - 11,5 м. Встречается ива, но она к настоящему времени сильно отпадает.

После рубки леса по технологии с сохранением подроста наибольшее повреждение почвы наблюдалось на волоках, в местах разворота техники и на магистральном волоке. В сильно уплотненных местах по дну

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009

49

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

колеи разрастается ситник развесистый, сменяемый затем щучкой; на волоках и в местах разворота преобладает щучка и вейник; в местах с неповрежденной почвой без подроста и подлеска формируется вейниковый тип вырубки; под пологом сохраненного подроста покров не изменился, но в течение нескольких лет при увеличении сомкнутости крон сохраненного подроста живой напочвенный покров сменяется мертвым покровом. Последующее возобновление березы, осины и ели приурочено в основном к открытым местам. Динамика численности этих пород зависит от размеров открытых участков, плотности верхнего слоя почвы и разрастания травянистой растительности на них. Через 19 лет после рубки в связи с увеличением высоты сохраненного елового подроста, произрастающего по краям волоков светолюбивые береза и осина стали интенсивно отпадать, рост их замедлился, и в настоящее время диаметр на высоте 1,3 м не превышает 8 см. Вейниковый тип вырубки на втором участке был представлен мелкими фрагментами, которые сохранились только на магистральном волоке (ширина 10 м), однако и там они трансформировались в березняк вейниковый.

Через 19 лет после сплошной рубки с сохранением подроста на месте второго участка сформировался исходный тип леса - ельник-черничник свежий, состав - 9Е1Ос ед.Б, средний диаметр ели - 12,1 см, средняя высота - 13,5 м. Под пологом формирующегося леса преобладает ель последующей генерации, состав подроста - 78Е6Б14Ос2Д, густота - 7,3 тыс. шт./га. Подрост лиственных пород угнетен и приурочен к окнам. Еловый подрост представлен в основном мелкой категорией, более крупный подрост ели отпадает в связи с высокой сомкнутостью древесного полога, оставшегося в процессе рубки подроста ели. На втором участке также преобладает групповое размещение елового подроста последующего возобновления, в основном на волоках, в местах разворота техники и на магистральном волоке.

Изменение состава древостоя в течение 19 лет представлено в табл. 2. Снижение доли ели на участке с сохраненным подростом связано с выходом в верхний полог быс-

трорастущих лиственных пород. Увеличение доли ели связано с изреживанием осины и березы на трелевочных волоках. Позиции лиственных пород сохраняются на магистральном волоке и в местах разворота техники.

Плотность верхнего слоя почвы (010 см) определяет возобновление леса, рост и развитие елового подроста. Значение плотности почвы в жизни древесных пород показана в работах Л.М. Козловой, Ю.В. Блиева (1974), Соколовской и др. (1977). Ими выявлена оптимальная плотность супесчаных и суглинистых почв для роста сеянцев и саженцев ели обыкновенной - 1,15-1,28 г/см3, а также показатели плотности, отрицательно влияющие на их рост - 1,30-1,34 г/см3 и резко отрицательно влияющие на всхожесть семян -1,45 г/см3 и выше.

Увеличение плотности почвы зависит не только от количества проходов лесозаготовительной техники, технологии рубки, близости погрузочной площадки, но и от рельефа участка. Так, на участке без сохранения подроста перепад высот составляет более 3 м (высшая отметка - 176,02 м, нижняя отметка - 172,91 м), уклон общий на всем участке менее 4 %, но в дальней части лесосеки уклон местности составляет более 10 %, при этом диаметр растущих здесь деревьев - 70 см на высоте груди. При рубке и трелевке в таких условиях увеличивается нагрузка на почву из-за пробуксовки техники. Плотность почвы (табл. 3) на участках сплошных рубок зависит от расстояния трелевки и закономерно увеличивается от дальней части вырубки к погрузочной площадке. Неповрежденная почва расположена только под пологом сохранившегося елового подроста (на этом участке всего две биогруппы сохраненного подроста ели).

Некоторое увеличение плотности почвы на участке с сохранением подроста связано с прохождением трелевочной техники только по волокам, в то время как на участке без сохранения подроста изменение плотности при бессистемной трелевке более равномерно по всей площади лесосеки.

Через 19 лет после рубки по технологии с сохранением подроста на большей части участка происходит восстановление покрова, характерного для исходного типа леса (табл. 4).

50

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 3

Динамика плотности верхнего слоя почвы на участках сплошной рубки

Технология Местоположение части волока Плотность почвы, г/см3, по годам

лесосечных работ (от погрузочной площадки) 1989 1993 1995 2008

дальняя 1,29 1,27 1,06-1,13

С сохранением средняя 0 80 1,56 - 1,05

подроста ближняя 1,60-1,67 - 1,16

неповрежд. 0,73 - 0,77-0,93

дальняя 0,97 0,85 0,95

Без сохранения средняя 0 80 1,30 1,02 0,97

подроста ближняя 1,50 1,12 1,13-1,27

неповрежд. 0,77 0,81 0,70-0,93

Таблица 4

живой напочвенный покров через 19 лет после рубки

Растение Проективное покрытие по технологиям

без сохранения подроста с сохранением подроста

проективное покрытие, % встречаемость, % проективное покрытие, % встречаемость, %

Черника - - 4,1 25,0

Брусника - - Ед. 5,0

Кислица 0,3 30 Ед. 5,0

Щучка 4,3 70 - -

Осока 4,0 25,0 1,1 10,0

Папоротник 1,4 60,0 1,0 25,0

Вейник 10,2 90,0 1,3 25,0

Звездчатка 3,8 90,0 0,9 25,0

Другие виды 2,8 - 0,4 -

Итого 26,8 - 8,7 -

Зеленые мхи 0,1 10,0 29,8 90,5

Таблица 5

основные показатели биогрупп ели последующего возобновления по условиям размещения

Категория биогрупп ели Ранговое положение дерева Возраст, лет Высота, м Объем кроны, м3 Площадь биогруппы, м2 Число особей/ число групп/га шт.

I 16 258 1,49

II 16 128 0 31

Открытая I III 16 101 0,12 1,60 8/150

IV 14 80 0,06

I 19 192 1,58

Частично от- II 19 160 1,02

крытая II III 16-19 95-98 0,35

IV 14-16 66-81 0,10

I 14 121 0,17

II 14 97 0 08

Закрытая III III 14 71 0,03 2,21 7/210

IV 11-14 69 0,02

Таким образом, под влиянием совокупности техногенных и экологических факторов происходит формирование леса, тесно связанное с возобновлением древесной растительности, которое представлено как одиночным подростом, так и групповым.

Анализ горизонтальной структуры древостоев исключительно важен для познания биологии леса и законов его устойчивости. На это указывал Г.Ф. Морозов [3], когда писал о том, что необходимо выяснить биологическое значение структуры леса в

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009

51

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

связи с групповым размещением подроста (с. 91).

Все имеющиеся в литературе [6] высказывания о группах деревьев сходятся только в одном отношении - в признании тесного взаимодействия деревьев внутри группы. Вопрос о характере формирования групп изучен мало, что объясняется недостатком фактического материала. Решение этого вопроса позволит решать практические задачи по проектированию рубок ухода не только для получения дополнительной древесины, но и с целью формирования более устойчивых и ценных насаждений. Как указывал Г.Ф. Морозов, только «групповая структура, и по возрасту, и по породам, создает лесу большую устойчивость, большую консервативность формы и постоянство внутренней среды» и только в разновозрастных древостоях обеспечивается высокое качество древесины [3].

Одиночно расположенный еловый подрост в тесном окружении лиственных пород можно рассматривать как смешанную по составу биогруппу. Исследование роста ели в таких биогруппах показало следующую тенденцию: чем меньше расстояние до лиственных пород, тем меньше высота ели.

Резко изменившиеся экологические условия на вырубке обусловливают преимущественно групповое возобновление ели, которое можно рассматривать как адаптивный механизм в борьбе с отрицательными воздействиями повышенной инсоляции, заморозков, сухости воздуха и почвы. Групповорасположенный подрост ели предварительной генерации успешно конкурирует с лиственными породами за выход в верхний ярус. Безусловно, влияние полога березы можно рассматривать как защитное, но только в начальный период восстановления хвойных пород. Для выявления особенностей формирования биогрупп ели под влиянием окружающих лиственных пород был проведен анализ роста и развития всех особей группы.

При изучении биогрупп ели на вырубках они были разделены нами на следующие категории по условиям размещения:

открытые (I) - биогруппы, растущие на открытых местах и в окнах, значительно превышающих площадь биогрупп;

частично открытые (II) - биогруппы, растущие в окнах лиственного или хвойного полога;

закрытые (III)- биогруппы, растущие под пологом светолюбивых пород или под разреженным пологом темнохвойных пород, а также под смешанным пологом невысокой сомкнутости.

Биогруппы ели, возникшие под еловым пологом высокой сомкнутости, как правило, быстро отмирают.

Деревья, произрастающие в группе, различаются по высоте и объему кроны, т.е. каждое из них имеет определенный ранг или положение. Для определения рангового положения дерева использовалась классификация Крафта (табл. 5). Распределение числа особей группы по классам может быть различно, кроме первого; в этом классе всегда только одно дерево-доминант [9]. Отнесение к IV классу отставших в росте деревьев биогруппы не совсем корректно, т.к. эти деревья подселились позднее и анализ хода роста в высоту показывает их высокий потенциал для перехода во II или III класс. Поэтому их можно классифицировать как резервные деревья. Явное угнетение и отпад таких деревьев связан с дальнейшим увеличением сомкнутости общего группового полога, что происходит через 20-30 лет после возникновения группы.

Анализ хода роста ели в биогруппе показывает, что дифференциация особенно четко проявляется с 6 до 12 лет. Для анализа не использовались всходы, самосев и мелкий подрост, т.к. они подселились позднее и их влияние в группе пока незначительно.

Соотношение категорий на участках сплошных рубок примерно следующее: на участке без сохранения большая часть (95 %) биогрупп относится к категории закрытых, остальные - ко второй; на участке с сохранением подроста преобладают частично открытая и открытая категории биогрупп. Образование биогрупп закрытого типа на участке с сохранением подроста затруднено из-за высокой сомкнутости елового полога. Количество особей в биогруппе может быть различно - от 2 до 20-30 шт., но чаще всего - 8-10 шт. Площадь биогрупп зависит от количества деревьев, их составляющих. Для обозначения

52

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009