CC BY
92
СНОЕ ХОЗЯЙСТВО
УДК 630*18:630*24
Г.А. Чибисов, А.И. Нефедова
Чибисов Генрих Андреевич родился в 1937 г., окончил в 1961 г. Архангельский лесотехнический институт, доктор сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник СевНИИЛХа, член-корреспондент Российской инженерной и Международной инженерной академий наук, академик РАЕН, заслуженный лесовод России. Имеет около 260 печатных работ в области рубок ухода, рубок главного пользования, экологии и биологии леса, продуктивности таежных экосистем.
Нефедова Антонина Ивановна родилась в 1933 г., окончила в 1975 г. Ленинград скую лесотехническую академию, старший научный сотрудник СевНИИЛХа Имеет более 30 печатных работ в области экологии и биологии леса.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РУБОК УХОДА ЗА ЛЕСОМ
По результатам многолетних комплексных исследований в березово-еловых насаждениях, пройденных рубками ухода, сделан вывод об их существенном влиянии на формирование экологических факторов.
Ключевые слова: экологические факторы, рубки ухода, солнечная радиация, интенсивность уходов.
Эффективность рубок ухода за лесом определяется в основном четырьмя видами продуктивности: экологической, биологической, качественной и количественной. Они могут рассматриваться как во взаимосвязи, так и в отдельности.
Изменения факторов внутренней среды насаждений вообще и особенно под влиянием рубок ухода - теоретическая основа управления формированием биоэкологической системой. Разреживания, непосредственно воздействуя на фитоценоз, существенно влияют на биогеоценоз в целом. Задача заключается в определении необходимого наилучшего комплекса экологических факторов во взаимосвязи с ростом и развитием деревьев и
всего насаждения. В каждом климатическом регионе оптимум экологических факторов неодинаков для одной и той же породы, а тем более при различном породном составе насаждений и на разных возрастных этапах. Существующая практика оценки экологического оптимума в основном сводится к оценке среды опосредованно через конечный результат, продукт, выражаемый бонитетом, запасом, предельной биомассой. Таким образом, оценивается следствие, а не причинность и динамизм эндогенных факторов. Бонитет не выражает однозначно ни условий местопроизрастания, ни свойств насаждения, а отражает равнодействующую отношений с внешней средой, которые определяют ход роста*. Поиск лимитирующих факторов и возможностей их улучшения и регулирования упрощается, если известны количественные показатели экологических факторов, благоприятных для каждой породы в каждом конкретном лесорастительном районе. Считается, что если на севере лесной зоны в дефиците, как правило, оказывается тепло, то с продвижением к южной границе роль теплового фактора ослабевает и возрастает значение увлажнения. Эта общая закономерность может нарушаться в зависимости от конкретных почвенно-гидрологических условий каждого региона.
Основными экологообразующими характеристиками являются породный состав и густота. Преобразование фитоценозов рубками ухода неизбежно изменяет среду.
Учитывая, что эти изменения зависят от густоты, неодинаковой в разном возрасте, можно формализовать степень влияния экологических факторов на рост через густоту и возраст. Дисперсионный анализ показал, что это влияние существенно: коэффициенты корреляции 0,521 ... 0,529 и 0,422 ... 0,454, причем с возрастом густота влияет сильнее.
Рубки ухода наиболее существенно трансформируют освещенность, тепловой режим воздуха и верхних горизонтов почвы, меньше - влажность воздуха и водный режим почвы. В зависимости от интенсивности, метода, способа, возраста насаждения, в котором проводят рубки ухода, происходят фитоценотические изменения, формируются условия фитосреды, определяющие рост и развитие как отдельных деревьев, так и фитоценоза в целом. В свою очередь, интенсивность роста, обмен веществами и энергией оказывают влияние на динамику экологических факторов и определяют толерантность и биологическую устойчивость фитоценоза как саморегулирующейся системы. Уменьшение густоты рубками ухода вызывает изменения, а при критическом ее состоянии и нарушения в закономерностях роста и продукционных процессах.
Представляется возможным рассмотреть изменения основных экологических факторов на примере березово-еловых насаждений по результатам 35-летних круглогодичных наблюдений . Молодняк в возрасте 23 лет
* Гутман А.Л. Основы биофизики леса. - Воронеж, 1979. - Ч. 1. - 60 с. В работе принимали участие сотрудники Северной ЛОС Н.П. Нечаева, С.И. Онохина, О.Г. Соколова.
пройден рубками ухода (1966 г., пробная площадь 1, средняя подзона тайги) равномерно по площади. До рубок ухода в первом ярусе на 1 га было 18 тыс. шт. березы, во втором - 42 тыс. шт. ели, тип леса - черничник свежий. В первый прием интенсивность изреживания по числу стволов составила соответственно 80 и 65 %. Через 7 лет проведен второй уход, в 1986 г. - третий. Через 35 лет после первого ухода на 1 га осталось 430 деревьев березы и 2,4 тыс. шт. ели высотой 10,5 м. В контрольном древостое (ПП 2к) к этому времени было 3,6 тыс. шт. лиственных и 7 тыс. шт. еловых деревьев высотой 2,9 м. Для сравнения двумя приемами рубок (1973 и 1986 гг.) был сформирован чистый ельник (ПП 19): к 60-летнему возрасту насаждения на 1 га было 2,5 тыс. шт. ели высотой 7,3 м.
Рубки ухода существенно изменяют поступление, распределение и поглощение лучистой энергии солнца и соответственно ФАР, как важнейшие энергетические процессы. От лучистой энергии функционально зависят все другие экологические факторы, следовательно, экологической основой рубок ухода и их режима в таежных условиях является количество и качество солнечной радиации (табл. 1). Рубки ухода способствуют увеличению суммарной радиации и доли прямой. Березово-еловые насаждения имеют сравнительно высокое альбедо. При высоте солнца 35° березовым пологом отражается около 20 % солнечной радиации, поглощается 65 %, из количества, поступающего к еловому ярусу, отражается около 3 % и к почве поступает около 3 %. Рубки ухода значительно снижают альбедо, особенно на
Таблица 1
Интенсивность солнечной радиации под пологом насаждения после рубок ухода
Период Радиация
Проба после Высота суммарная рассеян- прямая отражен- альбедо,
рубок солнца, ° кВт/м- % от откры- ная ная %
ухода того места кВт/м-2
2к 1 год 40 0,071 11 0,034 0,037 0,017 23,9
1 после 0,103 16 0,049 0,054 0,024 23,3
19 3-го ухода 0,357 56 0,078 0,279 0,050 14,1
2к 10 лет 45 0,062 7 0,033 0,029 0,018 29,3
1 после 0,099 12 0,027 0,072 0,018 18,3
19 3-го ухода 0,249 29 0,039 0,210 0,029 11,6
2к 30 лет 47 0,082 10 0,039 0,043 0,022 27,3
1 после 0,148 18 0,032 0,113 0,018 11,9
19 1-го ухода 0,167 20 0,039 0,128 0,026 15,3
2к 35 лет 46 0,073 9 0,027 0,046 0,017 22,8
1 после 0,076 10 0,026 0,047 0,019 25,2
19 1-го ухода 0,195 25 0,045 0,150 0,027 13,8
открытом месте. Чем интенсивнее рубка лиственного яруса, тем ниже альбедо, тем больше поглощается световой энергии.
Рубки ухода способствуют увеличению суммы положительных гра-дусо-часов, продолжительности периодов с эффективными температурами. Причем тепловой режим улучшается весной, когда фактор тепла минимален, а тепловая зарядка очень важна для роста. После сильных уходов сумма положительных градусо-часов возрастает на 7 тыс. по сравнению с контролем, а период с суммой эффективных температур воздуха выше 10 0 увеличивается на 20 дн. В условиях короткого вегетационного периода на Севере это очень эффективный результат рубок ухода.
После интенсивного изреживания елового яруса (второй прием рубок) в первые 5 лет среднесуточная температура воздуха за вегетацию увеличилась на 1,5 максимальная на 6,9 0 (табл. 2). В чистом ельнике в результате рубок ухода максимальные температуры выше за первые 5 лет на
2.5 за последние 5 лет - на 1,5
Максимальные температуры воздуха у поверхности почвы в среднем за 5 лет после первого интенсивного изреживания выше контроля в июне на 1,7, в июле на 2,1 (в теплые годы на 2,3 ... 2,9, в холодные на 1,5 ... 1,8), в августе на 1,8, в сентябре на 0,6 после второго приема рубок ухода они выше в мае на 2,6 (в сухой теплый год на 4,7, в холодный дождливый на 1,8), в июне на 6,6, в июле на 6,9
В изреженном древостое у поверхности почвы в среднем за день температура воздуха выше на 3,7 0 (табл. 3). Самые высокие они в 13 ч, различия достигают 5
Связь температуры воздуха и почвы не только прямая (почва является аккумулятором радиационного тепла), но и обратная (за счет излучения накопленного почвой тепла нагреваются прилегающие слои воздуха). В целом функционирует баланс: больше поступление тепла - больше отдача. Почвы на Севере в связи с повышенной увлажненностью имеют слабую теплопроводность, тем не менее тепловой режим почв здесь исключительно важен как фактор плодородия, от которого зависит усиление процессов нитрификации, биологической активности, рост корней и транспирация.
Почвы района исследований подзолистые легкосуглинистые, залегают на известняках, глубоко промерзают зимой и медленно оттаивают, что является одной из причин плохого роста ели под пологом лиственного яруса. Средние годовые температуры почвы в нетронутом рубками ухода насаждении по всему профилю от 20 до 120 см в среднем за 35 лет составляют
2.6 в теплые годы около 4,0, в холодные всего 1,5
После высокоинтенсивных рубок ухода в среднем за 15 лет температура почвы в корнеобитаемом 20-сантиметровом слое в активный период жизнедеятельности повышается на 3 ... 5 а в период с температурами более 5 ° увеличивается на 20 ... 25 дн. Промерзание почвы происходит на 12 дн. позже, глубина промерзания уменьшается на 20 см, а срок оттаивания сокращается на 2 нед.
Таблица 2
Температура воздуха у поверхности почвы после уходов
Год Месяц Температура воздуха, °С, на пробе Год Месяц Температура воздуха, °С, на пробе
2к 1 Отклонение от контроля 2к 1 Отклонение от контроля
Средняя суточная
1967 - V 6,3 5,9 -0,4 1974 - V 7,7 9,6 +1,9
1973 VI 11,2 11,7 +0,5 1979 VI 10,7 12,2 +1,5
VII 13,8 14,4 +0,6 VII 14,0 15,9 +1,9
VIII 12,8 13,5 +0,7 VIII 11,5 12,4 +0,9
IX 6,4 6,6 +0,2 IX 7,4 7,6 +0,2
За веге- За веге-
тацию 10,6 11,2 +0,6 тацию 10,7 11,9 +1,2
Средняя максимальная
1967 - V 12,5 13,2 +0,7 1974 - V 14,0 16,6 +2,6
1973 VI 17,3 19,0 +1,7 1979 VI 15,2 21,8 +6,6
VII 18,9 21,0 +2,1 VII 15,1 22,0 +6,9
VIII 17,2 19,0 +1,8 VIII 14,7 16,8 +2,1
IX 9,6 10,2 +0,6 IX 10,4 11,4 +1,0
За веге- За веге-
тацию 15,7 17,2 +1,5 тацию 14,6 17,2 +2,6
Средняя минимальная
1967 - V 0,1 -0,8 -0,9 1974 - V 1,2 2,3 +1,1
1973 VI 4,4 4,0 -0,4 1979 VI 5,3 5,9 +0,6
VII 7,8 7,7 -0,1 VII 8,8 9,7 +0,9
VIII 7,9 7,9 0 VIII 7,8 8,0 +0,2
IX 3,3 3,1 -0,2 IX 4,1 3,6 -0,5
За веге- За веге-
тацию 5,6 5,5 -0,1 тацию 6,1 6,5 +0,4
Таблица 3
Температура воздуха под пологом березово-еловых насаждений
Проба Время Дни июня
суток,ч 1-5 6-10 11-15 16-20 21-25 26-30 Среднее
2к 4 3,7 7,1 7,7 5,8 8,9 11,6 7,5
7 6,4 11,8 12,1 12,7 13,4 13,9 11,7
10 10,6 17,8 17,2 21,4 18,9 17,5 17,2
13 10,8 19,0 20,3 23,6 18,5 19,2 18,6
16 10,4 18,6 18,6 22,7 19,7 19,3 18,2
19 8,6 16,0 15,1 19,8 17,5 18,1 15,8
Среднее 8,4 15,0 15,2 17,7 16,2 16,6 14,8
1 4 4,6 8,6 10,8 9,9 9,6 13,4 9,5
7 8,3 14,5 14,5 17,0 14,4 17,3 14,5
10 10,4 21,6 23,2 29,1 22,2 21,7 21,4
13 12,3 23,7 26,4 34,2 23,0 25,0 24,1
16 11,0 22,2 23,7 30,0 23,2 23,1 22,2
19 9,2 19,6 19,6 26,3 20,0 21,3 19,3
Среднее 9,3 18,4 19,7 24,4 18,7 20,3 18,5
Отклонение
от контроля +0,9 +3,4 +4,5 +6,7 +2,5 +3,7 +3,7
По многолетним наблюдениям, высота снежного покрова в насаждении, пройденном уходами, несколько ниже, чем в нетронутом, и таяние снега происходит раньше.
В результате высокоинтенсивных рубок ухода относительная влажность воздуха в припочвенном слое и на высоте 1,5 м уменьшается на 3 ... 10 %, увеличивается период с пониженной влажностью в течение суток, сокращается число дней с влажностью более 80 %. В условиях Севера постоянная избыточная влажность воздуха является важным фактором жизнедеятельности растений, особенно в начале вегетационного сезона.
Таким образом, в условиях северной тайги рубки ухода существенно влияют на формирование фитоклимата. При оптимальных режимах уходов представляется возможным: увеличить долю прямой радиации, через изменение суммы эффективных температур удлинить вегетационный период, повысить температуру почвы, снизить влажность воздуха. В экологическом аспекте высокоинтенсивные рубки ухода предпочтительны ради степени и длительности эффекта. Следует заметить, что через 35 лет после уходов фи-токлимат уже в большей степени свойственен еловым, а не березово-еловым насаждениям.
Многолетние исследования показали, что вследствие значительной динамики и вариабельности экологических факторов под влиянием погодных условий, характера вегетационных сезонов, фаз роста, фенологического состояния, фитоценотических показателей и т. д. представляются затруднительными синтез и формализация в виде устойчивых и достоверных математических связей. Тем не менее, изучение эколого-фитоценотических факторов может и должно служить основой для обобщенной оценки рубок ухода с учетом их режима и технологии. Экология рубок ухода - отдельное самостоятельное направление, которое должно развиваться на экосистемном и эколого-фитоценотическом уровнях.
Северный научно-исследовательский институт лесного хозяйства
Поступила 27.06.02
G.A. Chibisov, A.I. Nefedova Ecological Efficiency of Thinning
A conclusion is drawn about the influence of thinning on forming ecological factors based on the result of many years' complex research in birch-spruce stands where thinning took place.
