Методологические подходы к повышению эффективности рубок ухода

УДК 63Q.5

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ РУБОК УХОДА

В.В. Иванов, А.Н. Борисов, А.Е. Петренко,

Р.С. Собачкин, Д.С. Собачкин

Институт леса им. В.Н.Сукачева СО РАН 660036 Красноярск, Академгородок, 50; e-mail: institute forest@ksc.krasn.ru

На примере сосновых насаждений Красноярской островной лесостепи рассмотрены три подхода к назначению деревьев в рубку с целью формирования высокопродуктивных насаждений, соответствующих целевому назначению лесов. В первом подходе применялась общепринятая в производстве методика на основе хозяйственно-биологической классификации деревьев, во втором подходе использовался анализ структуры древостоя и реконструкция рангового положения деревьев по диаметру за последние несколько десятилетий роста, а третий основан на определении оптимальной площади роста для деревьев на участке. Назначение в рубку с использованием рангового положения и площадей роста деревьев позволяют лучше понять процессы роста, конкуренции и отпада деревьев в древостое, получить обоснованные критерии возраста проведения рубок, их интенсивности, оптимальной густоты и размещения деревьев, оставляемых на доращивание в соответствии с целевым назначением лесов.

Ключевые слова: рубки ухода, сосновые древостои, площадь роста дерева, ранги деревьев

On the example of pine stands of the Krasnoyarsk forest-steppe three approaches to trees assignment for thinning have been considered. In the first approach the standard technique on the basis of economic and biological classification of trees was used, the second approach implies the analysis of stand structure by reconstructing diameter-based rank status of trees for the last few decades of growth, and the third is based on determination of the optimum area of growth for trees on a site. Trees assignment for cutting using their rank statuses and the areas of growth leads to better understanding of processes of growth, competition and mortality of trees in a forest stand and allows to obtain reasonable criteria of cutting age, intensity, optimal density and allocation of trees left according to the purposes of forest growing.

Key words: thinning, pine forest stands, area of growth of a tree, ranks of trees

ВВЕДЕНИЕ

Сосновые боры лесостепной зоны являются особо ценными лесными массивами, выполняющими защитные, средообразующие, рекреационные и другие полезные функции. Повышение устойчивости и продуктивности лесостепных сосновых боров, является важнейшей задачей лесного хозяйства. Большая роль в достижении поставленной задачи принадлежит рубкам ухода, своевременное и качественное выполнение которых повышает их эффективность. Отечественные методы рубок ухода сложились на основе учета разнообразия природных особенностей лесов, результатов обширных научно-исследовательских работ и обобщения производственного опыта. (Ткаченко, 1952; Тимофеев, 1957; Сенов, 1977, 2001; Поликарпов, 1981; Поликарпов и др. 1994; Пшеничникова, 2008).

Повышение эффективности рубок ухода за лесом и в целом, продуктивности лесов возможно на основе изучения структуры и механизмов роста и развития древостоев, анализа индивидуального отклика деревьев на комплекс модифицирующих факторов. Ключевым моментом, определяющим основные параметры рубок ухода, является отбор и назначение деревьев в рубку в соответствии с их биологическими и качественными признаками, с размещением в пологе древостоя и по площади участка леса. В настоящее время в практике производства используется методика отбора и назначения деревьев в рубку (Правила..., 2007), осно-

ванная на классификации роста деревьев по Крафту (хозяйственно-биологическая классификация). При этом значительные затруднения возникают в определении густоты и размещении деревьев по площади, обеспечивающих оптимальное использование ресурсов для повышения продуктивности древостоев соответствующей целевому назначению лесов. Существуют разные методические подходы в определении этих критериев (Поляков, 1973; Тябера, 1977; Нагимов, 2000; Вайс, 2007). Представляется весьма актуальным выявить возможность их практического применения при проведении рубок ухода.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в сосновых насаждениях экспериментального хозяйства Института леса «Погорельский бор», территориально входящего в Красноярскую островную лесостепь.

Объектом исследования являлось чистое по составу средневозрастное сосновое насаждение сформированое на вырубке 1965 года. Через 36 лет молодняки характеризовались высокой полнотой, густотой и интенсивными процессами дифференциации деревьев. Наибольшее количество (до

57,3 %) деревьев было представлено диаметрами стволов на высоте 1,3 м до 10 см, с явными признаками угнетения, что свидетельствует о высокой напряженности конкурентных отношений. В 2001 году проведено разреживание древостоев (прочи-

стки по низовому методу) с интенсивностью по количеству 42-57 %, по запасу - 12-16 %. В 2012 году проведены исследования по изучению структуры и продуктивности 46-летнего древостоя и совершенствованию методики отбора и назначения деревьев в рубку. В лесотаксационном выделе сосняка зеленомошного I класса бонитета в однородных лесорастительных условиях заложено три пробные площади размером 0,15 га отделенные друг от друга 5 м буферной зоной. Каждая пробная площадь репрезентативна для лесного участка на котором намечена опытная рубка ухода. Закладка пробных площадей производилась с учетом теоретических положений таксации согласно ОСТ 56-69-83 «Пробные площади лесоустроительные». Проводился сплошной перечет и нумерация деревьев, их картирование с разбивкой площади на квадраты размером 5*5 м.

Разработка и проверка методических подходов к отбору и назначению деревьев в рубку поводилась по материалам полевых исследований на участках тремя разными способами. На первом - по общепринятой в производстве методике, на втором - на основе определения рангового положения деревьев, на третьем - на основании определения площадей роста.

На первом участке при отборе и назначении деревьев в рубку применялась хозяйственнобиологическая классификация деревьев (I - лучшие, II - вспомогательные, III - нежелательные). Лучшие деревья должны быть здоровыми, иметь прямые, полнодревесные стволы, хорошо сформировавшиеся кроны. К вспомогательным относятся деревья, способствующие очищению лучших деревьев от сучьев, формированию их стволов и крон. К нежелательным относятся деревья с неудовлетворительным состоянием ствола и кроны, отставшие в росте и развитии. По пространственному размещению по площади лесного участка применяются следующие способы рубок ухода за лесом: равномерной рубки (разреживания), неравномерной рубки (групповой, куртинной, коридорной), схематической рубки (по определенной схеме без учета признаков и качеств деревьев: коридорами, площадками, полосами). Отбор и назначение деревьев в рубку производился в соответствии с Правилами . (2007), при этом использовалась классификация Крафта: к лучшим относились деревья I-II классов, к вспомогательным - III класса и к нежелательным (подлежащим удалению) деревья ГУ-У классов.

На основе анализа структуры древостоя на втором участке, путем реконструкции рангового положения деревьев по диаметру за последние несколько десятилетий роста (взятие кернов и измерение годичных радиальных приростов) разработан алгоритм отбора деревьев при рубках ухода. Суть алгоритма заключается в анализе радиальных приростов за последние 20-30 лет у деревьев средних ступеней толщины. Деревья самых нижних и высших ступеней имеют стабильно низкий и высокий радиальные приросты соответственно

(Петренко, 2007). Деревья средних ступеней толщины характеризуются гораздо более выраженной динамикой рангового положения по диаметру - их ранг с течением времени меняется (как увеличивается, так и уменьшается) и доля деревьев с существенным его изменением (более 10 единиц в обе стороны) может составлять около 30% от общего числа.

На третьем участке отбор и назначение деревьев в рубку производился на основе определения оптимальной площади роста для деревьев сосны в данном возрасте. Одним из известных и давно используемых методов изучения горизонтальной структуры древостоев является метод разбиения территории на площади роста деревьев. Для расчета площадей роста используется целый ряд различных способов. Некоторые исследователи за основу для определения площади роста брали горизонтальную проекцию кроны (Поляков, 1973). Наиболее распространен способ, в котором площадью роста дерева считают полигон, образованный перпендикулярами к середине отрезков, соединяющих исследуемое дерево с ближайшими соседями (Brown, 1965; Галицкий, Мироненко, 1981). Такой способ реализован в современных геоинформационных системах и известен как разбиение на полигоны Вороного. Недостатком разбиения на полигоны Вороного является то, что при этом не учитываются размеры деревьев. В настоящей работе для определения площади роста использовался метод Штера (Stohr, 1963), в котором учитываются все ближайшие соседи, и стороны полигонов смещаются в сторону более тонкого дерева в соответствии с соотношением диаметра центрального дерева и рассматриваемого соседа. Пример построения этим способом показан на рисунке 1. Размер кругов пропорционален диаметрам стволов на высоте 1,3 м.

Рисунок 1 - Площадь роста, полученная методом Штера

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Исследуемые участки сосновых древостоев характеризуются явно выраженной дифференциацией и наличием значительной доли отставших в росте и угнетенных деревьев. На участке №1 древостой имеет следующие таксационные характеристики: густота - 2367 шт/га, средний диаметр

стволов на высоте 1,3 м - 15,8 см; средняя высота

- 19,2 м, сумма площадей поперечных сечений стволов - 49,0 м2, полнота - 1,3, запас -

447.6 м3/га. Сухостой составил около 5 % от общего количества и представлен диаметрами от 4,6 до

12.6 см при среднем значении 6,9 см. Количество деревьев с диаметрами на высоте 1,3 м, не достигших 16 см - среднего диаметра древостоя, составило 58 %. Высокая полнота обусловила формирование деревьев с небольшой протяженностью крон. У деревьев среднего диаметра соотношение протяженности кроны по отношению к высоте дерева составила около 30 %. В целом, таксационная характеристика древостоя, с лесоводственных позиций выращивания высокопродуктивных насаждений, указывает на необходимость проведения лесоводственного ухода.

Отбор и назначение деревьев в рубку производился по принятой в производстве методике (Правила . 2007). В результате экспертно-визуальной оценки морфологических характеристик было назначено в рубку 667 шт/га и оставлено на доращивание 1700 деревьев на 1 га.

Распределение назначенных и оставленных деревьев по диаметрам представлено на рисунке 2. В результате проведенной работы интенсивность рубки будет составлять по количеству деревьев 28 % и по запасу 16 %. В результате, относительная полнота древостоя снизится до 1,0, а оставшиеся на доращивание деревья получат дополнительный почвенно-световой ресурс.

Ступени толщины, см Назначеныврубку Оставлены Рисунок 2 - Распределение по диаметрам назначенных в рубку и оставленных деревьев на участке №1

На участке №2 древостой имеет следующие таксационные характеристики: густота - 2073 шт/га, средний диаметр стволов на высоте 1,3 м - 17,1 см, средняя высота - 19,6 м, сумма площадей поперечных сечений стволов - 50,5 м2, полнота - 1,3, запас стволовой древесины - 469 м3/га. У деревьев средних ступеней толщины были взяты керны древесины, и после измерения радиальных приростов была

построена динамика рангового положения деревьев за последние 25 лет (с шагом в 5 лет). На основе анализа отобраны в рубку деревья, ранг которых за этот период уменьшился на 10 и более единиц. В рубку назначены и деревья низших ступеней толщины (диаметр до 12 см). Для обеспечения равномерности расположения деревьев на площади в рубку назначено еще 27 деревьев, диаметры которых больше 12 см, но не превышают значение среднего диаметра. Число деревьев, назначенных в рубку составляет 760 шт/га, что соответствует 37 %-й интенсивности по числу стволов и 20 %-й интенсивности по запасу. После проведения рубки относительная полнота древостоя снизится до 1,0. Распределение назначенных и оставленных деревьев по диаметрам представлено на рисунке 3.

Рисунок 3 - Распределение по диаметрам назначенных в рубку и оставленных деревьев на участке №2

На участке №3 таксационные характеристики древостоя имеют следующие значения: густота -2433 шт/га, средний диаметр стволов на высоте 1,3м - 15,2 см; средняя высота - 19,0 м, сумма площадей поперечных сечений стволов - 47,4 м2, полнота - 1,3, запас стволовой древесины -

429,6 м3/га. Сухостой составил около 11 % от общего количества и представлен диаметрами от 3,5 до 15 см при среднем значении 5,4 см. Число деревьев с диаметрами на высоте 1,3 м, не достигших среднего диаметра древостоя (15,9 см), составило 59 % от общего количества.

Анализ зависимости диаметра ствола на высоте 1,3 м от площади роста, приведенной на рисунке 4 а, и данные распределения числа деревьев по площади роста (рис. 4 б) показывают, что до значения 4 м2, величина площади роста является основным фактором, определяющим размер дерева и число деревьев, имеющих такую площадь роста составляет около 30 % . Это говорит о том, что для обеспечения необходимыми ресурсами и нормального роста на этом участке необходимо иметь не менее 4 м2 площади на каждое дерево.

Площадь роста, м кв.

Рисунок 4 - Зависимость диаметра ствола от площади роста (а) и распределение по площади роста (б) на участке №3

Учитывая это, было принято пороговое значение площади роста 8тш=4 м2, и в рубку были назначены все деревья с площадью роста меньшей, чем Бтт. В результате в рубку было назначено 893 шт/га и оставлено на доращивание 1540 деревьев на 1 га.

Таким образом, интенсивность рубки составит по количеству деревьев 37 % и по запасу 19 %. Относительная полнота древостоя при этом снизится до 1,0.

Распределение по ступеням толщины назначенных в рубку и оставленных деревьев показано на рисунке 5. Если до рубки средняя площадь роста составляла 5,2 м2 при стандартном отклонении

2,3 м2, то после рубки эти значения будут равны 6,5 м2 и 1,8 м2 соответственно, и оставшиеся на доращивание деревья получат дополнительный почвенно-световой ресурс.

Значения густоты оставленных на доращивание деревьев для наших участков находятся в пределах 1540-1700 шт./га, а средних площадей роста - 6-

7 м2 и близки к значениям, рекомендуемым другими исследователями (Поляков, 1973).

Сравнение результатов назначения в рубку деревьев с использованием описанных выше трех подходов позволяет выяснить как эти методы соотносятся друг с другом. С этой целью на участке №1 и №2 были отобраны в рубку деревья на основе оценки на них площадей роста деревьев.

Назначеныврубку Рисунок 5 - Распределение по диаметрам назначенных в рубку и оставленных деревьев на участке №3

Для участка №1 методом варьирования величины минимальной площади роста установлено, что наибольшее совпадение с рубками по 1-му способу обеспечивается при 8тт=3,5 м2. Характеристики участка до рубки, а также сравнение результатов применения разных способов назначения деревьев в рубку приведены в таблице 1. До рубки на участке №1 средняя площадь роста составляла 5,3 м2 при стандартном отклонении 2,2 м2 (8ср=5,3+2,2 м2). После рубки 1-м способом средняя площадь роста будет иметь значение 8ср=6,0+2,0 м2, а при 3-м способе, на основе площадей роста - 8ср=6,3+1,8 м2.

Способы рубки Густота, шт/га Сумма пл.сечения, м2/га Полнота Средний диаметр (113, см Стандартное отклонение (113, см

до рубки 2370 Участок № 1 49,0 1,3 15,8 3,7

Рубка 1-м в рубку 670 8,7 - 12,6 2,5

способом оставшиеся 1700 40,3 1,0 17,1 3,4

Рубка 3-м в рубку 707 8,7 - 12,4 2,0

способом оставшиеся 1663 40,3 1,0 17,3 3,3

до рубки 2087 Участок № 2 50,5 1,3 17,1 4,4

Рубка 2-м в рубку 760 11,0 - 13,5 2,8

способом оставшиеся 1327 39,5 1,0 19,2 3,7

Рубка 3-м срубленные 713 10,1 - 13,2 2,4

способом оставшиеся 1374 40,4 1,0 19,1 3,8

до рубки 2433 Участок № 3 47,4 1,3 15,19 4,16

Рубка 3-м в рубку 893 10,6 - 11,74 2,83

способом оставшиеся 1540 36,8 1,0 17,20 3,43

Как видно из этих данных, в результате рубки размещение деревьев становится более равномерным, что повышает эффективность распределения ресурсов между деревьями. Наглядно различия, полученные при использовании этих двух способов проведения рубки можно видеть на рисунке 6, где показано размещение деревьев на участке №1. Диаметры кругов на рисунке пропорциональны диаметрам стволов, а назначенные в рубку деревья помечены крестиками. Сравнение списков деревьев, назначенных в рубку 1-м и 3-м способом показало, что из первого списка отсутствуют во втором менее 14 % от объема выборки.

*• • • л * • х> х • о  • •х • 0 . *. * Vх , X* • а Ж > • •XV ,Х й . • с

X •.Ж • -х \ * \ .* ; < 1 • 9 У . V * -х • • а • V У • » •

• • • • • *>. • • ж X • • • • • • К • »

•* к : ж •• % \ 9 • • * < • . *> * ч • % 1** X X •  п • • V

X • • V • • • * * х * г «: • •К • X X • * . "ш1' X  V * ' Ч

•л' • г.. • • • • X* * X* • • Л к Г1 К 1 • х; •<.Х, ?х ' • К ! ‘ 1

Рисунок 6 - Схема размещения деревьев на уч. №1. Крестиками помечены деревья, назначенные в рубку

Эти деревья на рисунке показаны квадратами. По таким количественным показателям как густота, полнота, сумма площадей сечений стволов, средний диаметр на высоте 1,3 м, распределение по ступеням толщины и пространственное размещение, 1-й и 3-й способы дают близкие результаты.

Анализ расхождений показал, что они, в основном, обусловлены тем, что при выборе деревьев на основании 8роста не учитываются характеристики кроны дерева и информация о дефектах развития ствола. Часто это приводит к тому, что из двух рядом стоящих деревьев оставляется несколько более крупное, но с менее развитой кроной или с дефектами ствола. Тем не менее, имеется хорошее качественное и количественное совпадение, которое объясняется тем, что площадь роста, определяемая с учетом расположения ближайших соседей и их размеров, определяет условия роста дерева, поскольку от величины площади роста зависит количество доступных минеральных веществ и влаги. А так как размеры соседей по отношению к центральному дереву и их расположение относительно него учтены в площади роста, то она отражает и условия освещенности и, следовательно, эффективность фотосинтеза и продуктивность. Это, естественно, отражается и в характеристиках кроны. Известно, что между принадлежностью дерева к тому или иному классу Крафта и площадью роста дерева существует тесная связь с коэффициентами корреляции для разных насаждений от 0,75 до 0,88 (Вайс, 2007).

Для участка №2, где назначение в рубку было

выполнено 2-м способом на основе ранговых положений деревьев, также проводилось сравнение с результатами назначения в рубку 3-м способом (по площадям роста). Методом варьирования величины минимальной площади роста установлено, что наибольшее совпадение обеспечивается при 8щт=4,5 м2. Сравнение списков деревьев, назначенных в рубку 2-м и 3-м способами показало, что 26 деревьев из первого списка отсутствуют во втором, что составляет около 24 % от ее объема. Если до рубки 8ср=6,0+2,6 м2, то после рубки с учетом рангов средняя площадь роста примет значение 8ср=7,1+2,3 м2, а после рубки по площади роста -

8ср=7,4+2,0 м2.

ВЫВОДЫ

Таким образом, все три использованных подхода к назначению деревьев в рубку дают близкие результаты по интенсивности рубок и обеспечивают после рубки близкие по значению показатели площади роста и равномерности размещения деревьев, суммы площадей сечения, густоты и полноты. Имеющиеся расхождения вызваны тем, что деревья имели различия по густоте и структуре древостоя, как до первичной рубки, так и после нее. Тем не менее, в результате удаления назначенных в рубку деревьев, как это видно из распределений по ступеням толщины, древостои на всех трех участках будут иметь сходную структуру.

Методики назначения деревьев в рубку на основе рангового положения дерева в древостое и с использованием площадей роста сложны для прямого использования в практике лесного хозяйства. Но эти подходы позволяют лучше понять процессы роста, конкуренции и отпада деревьев в древостое и получить обоснованные критерии возраста проведения рубок, их интенсивности и рекомендации по созданию более благоприятных условий роста и обеспечения ресурсами оставленных на доращивание деревьев. Последовательное применение такого подхода является основой для определения оптимальных параметров структуры древостоев на разных возрастных этапах при формировании высокопродуктивных насаждений, соответствующих целевому назначению лесов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Вайс, А.А. Классификация деревьев и горизонтальная структура ценозов / А.А. Вайс // Научный журнал КубГАУ. - 2007. - №31(7). - С. 1-17.

Галицкий, В.В. Мозаика Вороного на плоскости. Алгоритм построения / В.В. Галицкий, Е.В. Мироненко . -Пущино: НЦБИ, 1981. - 26 с.

Нагимов, З.Я. Закономерности роста и формирования надземной фитомассы сосновых древостоев / З.Я. Нагимов. - Автореф. дисс. ... д. с.-х. наук, Екатеринбург, 2000. - 40 с.

Петренко, А.Е. Дифференциация деревьев в высокопродуктивном средневозрастном древостое сосны /

А.Е. Петренко // Лесная таксация и лесоустройство. -

2007. - № 1(37). - С. 39-41.

Поликарпов, Н.П. Формирование и продуктивность дре-востоев /Н.П. Поликарпов. - Новосибирск: Наука, 1981. - 298 с.

Поликарпов, Н.П. Наставление по рубкам ухода за лесом в лесах Восточной Сибири / Н.П. Поликарпов, А.И. Бузыкин и др. - М.: Рослесхоз, 1994. - 95 с.

Поляков А.К. Определение оптимальной густоты сосны в свежей субори / А.К. Поляков // Лесное хозяйство. -1973. - №12. - С. 14-18.

Правила ухода за лесами. Приказ МПР России №185 от 16.07.2007.

Пшеничникова, Л.С. Оценка рубок промежуточного пользования в сосновых древостоях /

Л.С. Пшеничникова // Хвойные бореальной зоны. -

2008. - Т. XXV, №1-2. - С. 80-83.

Сенов, С.Н. Результаты длительных опытов с рубками ухода / С.Н. Сенов // Лесное хозяйство. - 2001. - №2.

- С. 28-29.

Сенов, С.Н. / С.Н. Сенов. - Рубки ухода за лесом. - М.: Лесная промышленность, 1977. - 160 с.

Тимофеев В.П. Рубки ухода за лесом / В.П. Тимофеев. -М.: Изд-во Мин-ва совхозов, 1957. - 56 с.

Ткаченко М.Е. Общее лесоводство / М.Е. Ткаченко. - М.-Л.: Гослесбумиздат, 1952. - 600 с.

Brown, G.S. Point density in stems per acre. / G.S. Brown // New Zeland. For. Research Notes. - 1965. - №10 - P. 14-19.

Stohr, F.K. Erweiterungsmoglichkeit der Winkelzahlprobe / F.K. Stohr. - Diss. Freiburg, 1963.

Поступила в редакцию 31 марта 2012 г. Принята к печати 7 сентября 2012 г.