Динамика высокопродуктивных сосново-березовых насаждений Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 630*5:630*6

О.А. Неволин, С.В. Третьяков, О.О. Еремина

Архангельский государственный технический университет

Неволин Олег Алексеевич родился в 1929 г., окончил в 1952 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры лесной таксации и лесоустройства Архангельского государственного технического университета, заслуженный лесовод России. Имеет 135 печатных трудов в области изучения высокопродуктивных лесов Севера и организации хозяйства в них, истории лесного хозяйства и лесоустройства.

Тел.: (8182) 21-61-73

Третьяков Сергей Васильевич родился в 1956 г., окончил в 1978 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, заведующий кафедрой лесной таксации и лесоустройства Архангельского государственного технического университета. Имеет 45 печатных трудов в области изучения лесных ресурсов и лесопользования, закономерностей роста и продуктивности смешанных лесов Севера. Тел.: (8182) 21-61-73

Еремина Ольга Олеговна родилась в 1956 г., окончила в 1978 г. Архангельский лесо технический институт, старший преподаватель кафедры геодезии и земельного када стра Архангельского государственного технического университета. Имеет 15 печат ных трудов в области возобновления и продуктивности сосновых лесов Севера. Тел.: (8182) 21-61-25

ДИНАМИКА ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ СОСНОВО-БЕРЕЗОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ

По результатам 40-летних исследований изучено изменение состава древостоев, средних высот и диаметров, полноты, запаса древесины, древесного отпада и общей продуктивности. Прослежена динамика подроста и формирование второго яруса из ели.

Ключевые слова: сосняк-кисличник, динамика насаждений, сосна, береза, ель, высокопродуктивные сосновые леса.

Сосново-березовые леса широко распространены на Европейском Севере России. Наиболее представлены молодые и средневозрастные насаждения кисличных (Pinetum betuleto-oxalidosum) и черничных (Pinetum betu-leto-myrtillosum) типов леса. Все они имеют послепожарное происхождение, отличаются высокой продуктивностью и, как правило, абсолютно одновоз-растны [5, 6]. Возникновение, формирование, рост и продуктивность этих древостоев изучены слабо. Стационарные исследования смешанных сосняков, ведущиеся кафедрой лесной таксации и лесоустройства Архангельского государственного технического университета с 1963 г., позволяют получить бесценные сведения для организации и ведения высококультурного лесного хозяйства и приблизить решение важнейшей проблемы - восстановления высокопродуктивных сосновых лесов на Европейском Севере.

Накопленные материалы [2, 4, 5, 7, 9] являются надежной научной базой для составления наиболее совершенных таблиц хода роста, решения вопросов по уходу за лесонасаждениями, определения оптимальных режимов промежуточного пользования древесиной, установления возрастов главной рубки, уточнения и разработки новых лесотаксационных нормативов.

В статье приведены сведения по двум постоянным пробным площадям, заложенным О.А. Неволиным в 1963 г. в Емцовском учебно-опытном лесхозе АГТУ с повторными исследованиями в 1973, 1985, 1994, 1998, 2004 гг. Основные таксационные показатели исследуемых насаждений в динамике представлены в табл. 1*.

Сосново-березовый древостой на первой пробной площади сформировался в 1922 г. по гари 1918 г. Источниками семян послужили уцелевшие при лесных пожарах деревья сосны, березы и ели. В 1963 г. учтено 10 материнских деревьев сосны в возрасте 200 ... 250 лет, одна 140-летняя береза и 6 елей 120 ... 125 лет. Все они имели пожарные подсушины в комлевой части стволов и поражены грибными болезнями (сосновая губка - Trametes pini, еловая губка - T. abietis, настоящий трутовик - Fomes fomentarius и трутовик Швейнитца - Polyporus Schweinitzii ). За истекшие с 1963 г. 40 лет из материнских деревьев погибла от еловой губки и короедов (типограф -Ips typographus, еловый гравер - Pityogenes chalсographus, еловый лубоед -Dendroctonus micans) только одна ель.

Таблица 1

Основные таксационные показатели исследуемых насаждений

Таксационные показатели Значение показателей по годам исследований Изменение таксационных показателей

1963 1973 1985 1994 1998 2004 за 40 лет за год

Пробная площадь № 1, сосняк-кисличник

Состав

древостоя 7С3Б+Е, ед. Ос 7С3Б+Е - -

Возраст лет:

сосна 41+71 51+81 62+92 71+101 76+106 81+111 40 1

береза 43 53 64 73 78 83 - -

Средняя

высота, м:

сосна 12,4 15,7 20,6 22,3 24,6 26,4 +14,0 +0,35

береза 13,3 15,5 16,8 17,9 20,0 21,6 +8,3 +0,21

осина 10,3 11,1 11,5 - - - - -

ель I яруса 8,0 11,0 16,0 16,0 16,3 16,5 +8,5 +0,21

ель II яруса 4,6 6,6 6,6 7,0 7,6 6,0 +1,4 +0,04

Средний

диаметр, см:

сосна 10,6 12,6 17,7 19,1 21,4 25,1 +14,5 +0,36

* В исследованиях принимал участие студент А.В. Еремин.

береза 10,2 11,4 13,9 15,2 16,0 17,4 +7,2 +0,18

осина 6,0 6,8 7,0 - - - - -

ель I яруса 9,7 13,0 13,4 13,3 13,8 14,1 +4,4 +0,11

ель II яруса 4,5 6,7 6,9 7,0 7,5 5,7 +1,2 +0,03

Число деревьев

на 1 га 4174 3121 2686 2387 1819 1929 -2245 -56

В том числе:

сосна 1507 980 573 467 426 363 -1144 -29

береза 2403 1677 1183 913 393 380 -2023 -51

осина 40 10 7 - - - -40 -

ель I яруса 33 47 69 100 140 153 +120 +3

ель II яруса 191 407 854 907 860 1033 +842 +21

Класс бонитета III-II III-II II II-I I I - -

Полнота 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 - -

Запас на 1 га, м3 136 187 274 309 321 348 +212 +5,3

Отпад на 1 га,

м3 6 18 45 70 129 148 +142 +3,6

Общая продук-

тивность на

1 га, м3 142 205 319 379 450 496 +354 +8,9

Среднее накоп-

ление запаса на

1 3 1 га, м 3,3 3,7 4,4 4,4 4,2 4,3 +1,0 -

Средний прирост на 1 га, м3

3,5 4,0 5,2 5,3 5,9 6,1 +2,6 -

Окончание табл. 1

Изменение

Таксационные Значение показателей по годам исследований таксационных показателей

показатели за 40 лет за год

1963 1973 1985 1994 1998 2004

Пробная площадь № 2, сосняк-кисличник

Состав 5С5Б + Ос 5С4Б1Ос, - -

древостоя ед. Е

Возраст лет:

сосна 28 38 49 58 63 68 40 1

береза 30 40 51 60 65 70 - -

Средняя

высота, м:

сосна 8,3 11,5 16,9 18,1 20,2 23,6 +15,3 +0,38

береза 9,2 11,7 15,8 16,6 18,7 21,2 +12,0 +0,30

осина 7,5 10,0 16,3 19,6 21,4 25,6 +18,1 +0,45

ель I яруса - - - - - 16,1 - -

ель II яруса 2,1 3,5 5,0 6,0 7,6 7,9 +5,8 +0,15

Средний

диаметр, см:

сосна 6,9 8,7 14,1 15,8 18,3 20,1 +13,2 +0,33

береза 7,5 9,0 11,3 14,4 15,7 16,8 +9,3 +0,23

осина 5,2 7,0 12,1 15,4 18,2 21,1 +16,0 +0,40

ель I яруса - - - - - 14,7 - -

ель II яруса 2,0 3,3 5,5 6,0 7,8 8,0 +6,0 +0,15

Число деревьев

на 1 га 7226 5333 3300 2840 2353 2273 -4953 -124

В том числе:

сосна 3746 2473 993 900 620 527 -3219 -80

береза 2820 2073 1553 1134 940 773 -2047 -51

осина 480 387 174 153 133 113 -367 -9

ель I яруса - - - - - 20 +20 -

ель II яруса 180 400 580 653 660 840 +660 +17

Класс бонитета III III II II I I - -

Полнота 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 - -

Запас на 1 га, м3 104 163 271 319 323 377 +273 +6,8

Отпад на 1 га,

м3 3 13 56 80 122 158 +155 +3,9

Общая продук-

тивность на

1 га, м3 107 176 327 399 445 535 +428 +10,7

Среднее накоп-

ление запаса на

1 га, м 3,7 4,3 5,5 5,5 5,1 5,5 +1,8 -

Средний прирост на 1 га, м3

3,8 4,6 6,7 6,9 7,1 7,6 +3,8 -

Исследование в 1963 г. пожарных подсушин у 263-летней сосны показало, что она перенесла три лесных пожара в возрасте 72, 158 и 192 лет. Лесные пожары прошли в 1798, 1884 и 1918 гг, давность которых к году закладки пробной площади составила 165, 79 и 45 лет.

Сосновый древостой на пробной площади № 1 в 1963 г. состоял (в пересчете на 1 га) из 1437 деревьев 41-летнего возраста и 70 равномерно расположенных 71 -летних сосен от поколения, появившегося после пожара 1884 г. и уцелевших при пожаре в 1918 г. Вполне вероятно, что эти, в то время 26-летние, сосенки, наряду с материнскими соснами, обеспечивали успешное возобновление сосны по гари как обсеменители. Обильное плодоношение 20-25-летних сосенок после беглого низового пожара мы наблюдали в 1976 г. в сосновом бору-беломошнике вблизи с. Усть-Ваги Виногра-довского района Архангельской области, а впервые это удивительное явление описал И.С. Мелехов [3]. За истекшие 40 лет три дерева сосны этого поколения погибли, а оставшиеся к 2004 г. 67 сосен 111 -летнего возраста по внешнему виду и размерам уже не выделялись среди наиболее развитых 81-летних деревьев, органически вписавшись в сосновый древостой, возникший в 1922 г.

На пробной площади № 2 сосново-березовый древостой сформировался в 1934 г. на гари 1932 г. Судя по обугленным пням, лесной пожар прошел по вырубке.

Массовый налет семян на подготовленную огнем почву в обоих случаях произошел через два года после пожара. Это вызвано большим притоком питательных веществ, солнечного света и тепла к уцелевшим от пожара соснам. Возможно также, что увеличенный для фотосинтеза приток углекислого газа и высокая температура пожара, воздействию которой подверглись уцелевшие сосны, оказали стимулирующее действие на физиологические процессы, связанные с усилением плодоношения. Здесь уместно вспомнить интересные опытные работы в Сиверском лесхозе Ленинградской области [1]. Они показали, что на второй год после обжигания коры стволов на деревьях сосны завязывается большое количество шишек. К сожалению, эти исследования забыты лесоводами. А ведь научно поставленные опыты в лесах Европейского Севера при различном режиме воздействия огня на семенные деревья сосны и почву помогли бы найти наиболее эффективные методы огневой очистки лесосек, обеспечивающие успешное естественное восстановление высокопродуктивных сосновых лесов.

Исследуемые сосново-березовые сообщества очень устойчивы во времени. Несмотря на большую изменчивость числа деревьев по породам из-за естественного отпада сосны, березы, осины и постоянного поселения ели, состав древостоя почти не изменился.

Анализ роста сосново-березового древостоя в высоту показывает, что сосновая часть до 40-летнего возраста растет по III классу бонитета, к 50 годам переходит во II класс и, миновав 60-65-летний рубеж, входит в I, неуклонно стремясь к !а классу. Береза на обеих пробных площадях обычно оказывается между III и II классами бонитета. Наиболее развитые деревья сосны и березы во всех возрастах бонитируются I и 1а классами. Осина, входящая в состав сосново-березового древостоя на второй пробной площади, к 70 годам вышла в !а класс бонитета.

При формировании жизнеустойчивых сосново-березовых сообществ с момента их возникновения идет процесс естественного отбора при массовой гибели особей, не выдерживающих конкуренции и отставших в росте. Отпад происходит за счет деревьев низших ступеней толщины. Так, к 60-летнему возрасту погибли все деревья 6-сантиметровой ступени толщины, а более тонкие выпали из древостоев к 40-летнему возрасту. У сосны 95 % отпада по числу деревьев приходится на тонкомерную часть древостоя, ограниченную 10 см на высоте груди. У березы 97 % отпада составляют деревья до 8 см.

За 40-летний период отпад на 1 га у сосны к 81-летнему возрасту древостоя (пробная площадь № 1) составил 1144 дерева (76 %), у березы 2023 (84 %). Осина выпала полностью к 70-летнему возрасту. На пробной площади № 2 к 69-летнему возрасту погибло 3219 сосен (86 %), берез - 2047 (73 %), осин - 367 деревьев (76 %). Доля погибших деревьев по запасу от общей продуктивности исследуемых насаждений составляет 30 %.

Отпад в сосново-березовом древостое за 40-летний период по числу деревьев и среднегодовая интенсивность его указаны в табл. 2.

Таблица 2

Отпад в сосново-березовом древостое за 40-летний период по числу деревьев и его среднегодовая интенсивность

Период исследований Отпад на 1 га Интенсивность отпада, %

Календарные годы Продолжительность, лет Сосна Береза Всего Сосна Береза В среднем

527 726 1253 3,5 3,0 3,2

1963-1973 10

1273 747 2020 3,4 2,7 3,1

407 494 901 3,5 2,5 2,8

1974-1985 12 1480 520 2000 5,0 2,1 3,7

106 270 376 2,0 2,5 2,4

1986-1994 9 93 419 512 1,0 3,0 2,2

41 520 561 2,2 14,2 10,2

1995-1998 4 280 194 474 7,8 4,3 5,8

63 13 76 3,0 0,7 1,9

1999-2004 5 93 167 260 3,0 3,6 3,3

1144 2023 3167 2,0 2,1 2,0

1963 -2004 40

3219 2047 5266 2,1 1,8 2,0

Примечание. В числителе данные для пробной площади № 1; в знаменателе - № 2.

Таблица 3

Динамика елового элемента леса под пологом смешанных сосново-березовых насаждений

Изменения

Показатели 1963 1973 1985 1994 1998 2004 за 40 лет в среднем за год

Возраст сосно-во-березового 41 51 62 71 76 81 40 1

древостоя, лет 28 38 49 58 63 68 40 1

Густота елового подроста, шт./га 1687 1550 1966 2025 3000 3100 +1413 + 35

766 969 1267 1533 1667 1750 + 984 + 25

Появилось елей

за период между исследованиями, 79 863 112 1028 173 + 2255 + 56

шт./га 423 478 339 147 263 +1650 + 41

Перешло елей из подроста во II ярус, шт./га 216 447 53 53 73 + 842 + 21

220 180 73 7 180 + 660 +17

Ель II яруса, 191 407 854 907 960 1033 + 842 + 21

шт./га 180 400 580 653 660 840 + 660 +17

Перешло елей из

II яруса в I, 14 22 31 40 13 +120 + 3

шт./га - - - - 20 + 20 -

Ель I яруса, 33 47 69 100 140 153 +120 + 3

шт./га - - - - - 20 + 20 -

Общее количест- 1911 2004 2889 3032 4100 4286 2375 + 59

во елей, шт./га 946 1369 1847 2186 2327 2610 1664 + 42

Из них, %:

88,3 77,3 68,0 66,8 73,2 72,3 59,5

подрост 81,0 70,8 68,8 70,1 71,6 67,0 59,1 —

10,0 20,3 29,6 29,9 23,4 24,1 35,5

II ярус 19,0 29,2 31,4 29,9 28,4 32,2 39,7 —

1,7 2,4 2,4 3,3 3,4 3,6 5,0

I ярус - - - - - 0,8 1,2 —

Примечание то же, что в табл. 2.

Несмотря на значительные колебания среднегодовой интенсивности отпада по периодам исследований (сосна от 1,0 до 7,8 %, береза от 0,7 до 14,2 %, в среднем от 1,9 до 10,2 %), за 40-летний период она составила 2,0 % (от 1,8 до 2,1 %). Интересно, что при исследовании интенсивности отпада деревьев в сосново-березовом насаждении кисличного типа леса в Березниковском лесхозе были получены близкие цифры - 1,6 % с колебанием от 1,2 до 2,5 % [6]. Очевидно, что просматриваемая закономерность может быть использована при составлении таблиц хода роста и установлении выборки по числу деревьев и запасу при рубках ухода.

Тонкомерные сосны, испытывая угнетение хорошо растущими деревьями, быстро погибают, чего обычно не происходит с березой. Отставшие в росте березы под сосново-березовым пологом влачат жалкое существование, но многие годы и десятилетия продолжают выполнять свое биологическое предназначение почвоулучшающей породы, пополняя опадом листвы запасы мягкого гумуса и способствуя лучшему росту сосновой части смешанных древостоев.

Ель в исследуемых насаждениях жизнеустойчива и занимает особое место. С первых лет жизни сосново-березовых насаждений под их пологом непрерывно массово поселяется ель, со временем образуя второй ярус с выходом некоторой части елей в основной сосново-березовый полог. Динамизм этого биологического явления в исследуемых насаждениях показан в табл. 3.

Примечательно, что почти все елочки хорошего роста здоровые; лишь некоторые из них испытывают незначительное угнетение, находясь

под кронами соседних деревьев. Погибшими за 40-летний период оказались только 28 елочек на первой пробной площади и 10 на второй.

Сосновый подрост, обнаруженный в 1963 г. в количестве 75 шт. на пробной площади № 1 и 266 на пробе № 2, полностью погиб к 1985 г. Главная причина его плохого состояния и гибели - недостаток солнечного света, необходимого для фотосинтеза.

В 1963 г. на пробной площади № 2 в подросте имелись 33 лиственницы 29-летнего возраста высотой от 1,4 до 1,9 м. Все они страдали от затенения и через 10 лет (в 1973 г.) обнаружены погибшими. Находящиеся в подросте 167 осинок также погибли к 1973 г.

Таким образом, в сосново-березовых древостоях к 50-60-летнему возрасту остается только подрост ели; сосна, лиственница и осина выпадают полностью. Повсеместное расселение ели под пологом при наличии источников обсеменения объясняется не только ее теневыносливостью, но и еще одной биологической особенностью - массовым поселением на органическом субстрате из полуразложившихся и разложившихся остатков древесины (валежник, пни и т.д.), образующих микроповышения. На этих участках микрорельефа и селятся молодые елочки, чего нет у сосны. На эту особенность ели обратил внимание еще М.Е. Ткаченко. «Проходит иногда полстолетия, - писал он, - прежде чем ель достигнет своими корнями почвы» [8]. Интересно, что на корнях таких елочек очень хорошо развита микориза. Поселение ели под пологом сосново-березовых насаждений заслуживает пристального внимания лесоводов. При хорошем втором ярусе из ели наиболее полно используется среда обитания, сосна и береза формируют хорошо очищенные от сучьев полнодревесные стволы, а к возрасту главной рубки древесные запасы и продуктивность увеличиваются на 15 ... 20 %.

Подлесок, напочвенный покров и почва за многие годы наших наблюдений существенно не изменились.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гиргидов, Д.Я. Лесосеменные участки сосны [Текст] / Д.Я. Гиргидов. -

Л., 1956.

2. Левин, В.И. Результаты исследования динамики сосняков Архангельской области [Текст] / В.И. Левин. - Архангельск: Арханг. кн. изд-во, 1959. - 132 с.

3. Мелехов, И.С. Влияние пожаров на лес [Текст] / И.С. Мелехов. - М.; Л.: Гослестехиздат, 1948. - 126 с.

4. Неволин, О.А. Динамика сосново-березового насаждения в типе леса сосняк-кисличник и лесоводственная эффективность рубок ухода [Текст] / О. А. Неволин, С.В. Третьяков, О.О. Еремина // Лесн. журн. - 2002. - № 2. - С. 17-23. - (Изв. высш. учеб. заведений).

5. Неволин, О.А. Динамика сосново-березового насаждения при проточном увлажнении почвы в типе леса сосняк-кисличник [Текст] / О.А. Неволин, С.В. Третьяков, О.О. Еремина // Лесн. журн. - 2001. - № 3. - С. 36-40. - (Изв. высш. учеб. заведений).

6. Неволин, О.А. Основы хозяйства в высокопродуктивных сосняках Севера [Текст] / О.А. Неволин. - Архангельск: Сев-Зап. кн. изд-во, 1969. - 102 с.

7. Неволин, О.А. Подрост и его значение в формировании высокопродуктивных сосновых лесов Европейского Севера России [Текст] / О.А. Неволин, О.О. Еремина // Лесн. журн. - 1998. - № 4. - С. 12-18. - (Изв. высш. учеб. заведений).

8. Ткаченко, М.Е. Леса Севера. Из лесохозяйственных исследований в Архангельской губернии [Текст] / М.Е. Ткаченко. - СПб., 1911. - 91 с.

9. Третьяков, С.В. Формирование возрастной структуры сосново-еловых древостоев [Текст] / С.В. Третьяков // Лесн. таксация и лесоустройство: межвуз. сб. науч. тр. - Красноярск: КПИ, 1987. - С. 65-72.

Поступила 03.05.06

O.A. Nevolin, S.V. Tretyakov, O.O. Eremina Arkhangelsk State Technical University

Dynamics of High-yield Pine-and-birch Stands

Change of stand composition, mean heights and diameters, density, wood stock, wood attrition and total productivity is studied based on the results of forty-year research. Undergrowth dynamics and formation of second spruce layer are traced.

Keywords: shamrock pine forest, stand development, pine, birch, spruce, high-productive pine forests.