CC BY
51
АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
УДК: 634.92:54
ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ БИОСФЕРНОГО КЛИМАКСОВОГО ЛЕСОВОДСТВА
В.Д. Шульга, доктор сельскохозяйственных наук
Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации РАСХН
Предлагается альтернатива принятому короткооборотному лесопользованию на лучшей части лесного фонда. Описываются принципы и приемы климаксового лесоводства, основанные на гидрофизических свойствах свежесрубленной (зеленой) древесины и интенсивных рубках ухода.
Ключевые слова, рубки ухода, климаксовые леса, устойчивость, долговечность, изотерма капиллярного испарения, критическая высота, морфологический тип деревьев.
Обоснование видов, сроков, интенсивности ведения лесоводственных приемов, как правило, не связано с гидрофизическими особенностями структуры и функций древесины главных лесообразующих пород. Принципы непрерывного и неистощимого лесопользования, в традиционном понимании, предусматривают только простое [1], а не расширенное воспроизводство. Качество производных лесов, устойчивость и долговечность главных лесообразующих пород при этом остается в лучшем случае прежним. Сохраняются и проблемы массового усыхания хвойных лесов на многих сотнях тысяч гектаров, снижения продуктивности и устойчивости порослевых и семенных дубрав, дефицит крупномерной древесины. В целях профилактики негативных процессов и интенсификации лесопользования, часто предлагается снижение и так небольшого возраста главного пользования (сосны до 60-80 лет; дуба - до 60-70). Основанием для всего вышесказанного служит пресловутое снижение среднего прироста по объему по сравнению с текущим, что обычно связывается со старением главных лесообразующих пород, снижением их возобновительной способности. В то же время несовершенство принятых мер ведения лесного хозяйства, отсутствие мер содействия формированию мощного ассимиляционного аппарата (желанная нормальность древостоя) приводят к формированию этиолированных чрезмерно полнодревесных стволов с постоянно угасающим объемом небольших крон и крайне недостаточной площадью питания средних деревьев. Вольно или невольно недостатки в воспитании древостоев выдаются как генетическое и геронтологическое обоснование коротких оборотов рубки, что открывает дорогу хищническому лесопользованию.
В то же время совершенно забытой остается работа А.В. Гурского [2] о существовании критической или предельной высоты древесных пород, по достижении которой прирост древостоя в высоту резко снижается. Забыта и теория О.В. Казаряна [2] о постоянстве корнелистового расстояния во взрослых древостоях. Названные авторы не связывали конечную высоту древостоя со старением, а только с наличием ее критической величины. Быстрорастущие породы достигают критическую высоту раньше, медленнорастущие - позже. Отсюда и далеко идущие различия в продолжительности жизни полных древостоев, с далеко идущими последствиями. В то же время всегда существует возможность постоянного наращивания площади питания и массы ассимиляционного аппарата и диаметра средних деревьев в насаждениях всех главных лесообразующих пород с помощью своевременных уходов требуемой интенсивности.
В принятом лесоводстве также совершенно не рассматриваются существующие
возможности древостоев в использовании запасов катаболической влаги в засуху, а они напрямую зависят от ассимилирующей массы каждого дерева. Нельзя путать естественное и постоянное снижение массы ассимиляционного аппарата в нормальных и потому постоянно перегущенных древостоях с биологическим старением главной породы. Своевременные рубки ухода - лучшее лекарство от такого «старения».
В качестве доказательства конечности высоты подъема капиллярной влаги в стволе мы использовали понятие о древесине как капиллярно-пористом коллоидном теле. Расчет изотермы капиллярного испарения, радиуса пор и капилляров, величин интегральной и дифференциальной пористости, удельной поверхности свежесрубленной древесины (заболонь и ядро) проводили совместно с А.Г. Перехоженцевым [2]. Полевые исследования лесов велись по общепринятым в лесном хозяйстве методикам. Расчет комплексного оценочного показателя (КОП) - по К.К. Высоцкому с трактовкой результатов расчетов по В.Д. Шульге [2].
Общеизвестная прямая зависимость высоты взрослого древостоя от мощности почвы объясняется различиями общей поверхности как произведения удельной поверхности на массу древесины и почвы. В борах III и I классов бонитета последние соотносятся как 1 : 1,6 и полностью соответствуют соотношению высот, густот и КОП в нормальных и модальных древостоях данной продуктивности. Предельность высоты главных лесообразующих пород может быть объяснена основной гидрофизической характеристикой древесины - изотермой капиллярного испарения (ИКИ) (табл. 1), по которой рассчитываются радиусы пор и капилляров, удельная поверхность, потенциал влагопереноса, диапазоны доступной влаги.
Таблица 1 - Основная гидрофизическая характеристика заболони сосны
PS = 1.0000 AS = 1.8460 PS = 0.3300 AS = 0.0660
PS = 0.9800 AS = 1.4890 PS = 0.1400 AS = 0.0480
PS = 0.9200 AS = 0.3160 PS = 0.0000 AS = 0.0000
PS = 0.7700 AS = 0.1790
Примечание. PS - влажность воздуха в долях от 1;
AS - равновесная влажность древесины;
RO -плотность древесины
RO = 550 кг/м3
ТК=2930К
удельная поверхность 181 м2/г
Расчеты средней высоты главных лесообразующих пород по средневзвешенному радиусу капилляров древесины подтвердили адекватность гидрофизического подхода. При уменьшении радиуса капилляра вдвое высота подъема воды увеличивается, а пропускная способность уменьшается на 4 порядка. Это объясняет наличие критической высоты подъема влаги древесиной ствола, как это впервые показал А.В. Гурский.
Из этого фундаментального положения вытекают важные для лесоводства следствия:
• наличие конечной (предельной) высоты дерева объясняется физикой влагопе-реноса, распределение пор и капилляров свежесрубленной древесины по радиусам и соотношением общей поверхности (удельная поверхность на массу) почвы и древесины, а не мистическим старением;
• существует реальная возможность достижения неопределенно долгой продолжительности жизни древостоя за счет постоянного приращения площади питания, ассимилирующей массы и стабильного прироста по диаметру деревьев будущего с помощью своевременных и интенсивных рубок ухода;
• размеры крон, мощность ассимиляционной массы определяют запасы метаболической влаги, оказывающей решающее влияние на устойчивость древостоев в почвенную и атмосферную засуху;
• улучшение режима влажности листвы и хвои, древесины после рубок ухода является обязательным условием высокопродуктивного фотосинтеза, как это математически доказали Д.Д. Фаркъюхар и Т.Д. Шаркей [2]. При дефиците влаги в почве и атмосфере главные породы климаксовых древостоев используют катаболическую влагу из продуктов текущего фотосинтеза и ее прямых и косвенных запасов в древесине. Эти положения совершенно не учитываются в практическом лесоводстве;
• возраста технической и биологической спелости искусственно занижены ввиду введения в расчеты приростов по объему, учитывающему снижение прироста в высоту по мере естественного достижения ею физического лимита. Напротив, удельная продуктивность деревьев будущего (объем метрового отрезка ствола, взятого на таксационном диаметре) с возрастом неизбежно увеличивается в связи с постоянным увеличением диаметра ствола. В старовозрастных лесах удельная продуктивность деревьев достигает наибольших значений, как и социальная и природоохранная роль леса. Это меняет идеологию лесопользования;
• как и у человека, достижение лесом критической (предельной) высоты является не свидетельством старения, а временем вступления во взрослую, не всегда обеспеченную ресурсами света, влаги и питательными элементами жизнь. Помощь человека лесу (ведение интенсивных рубок ухода) незаменима - она позволяет создать климак-совые биосферные леса с отложенным на неопределенный срок главным пользованием. В них реализуются заложенные природой потенциальные физические и физиологические возможности главной породы и ценоза;
• низкий уровень ведения лесного хозяйства во многом объясняет предрасположенность ординарных древостоев массовому усыханию, низкую продолжительность жизни, короткий оборот рубки, отсутствие высококачественной крупномерной древесины.
Качественное изменение древостоя по мере увеличения возраста древостоя можно проследить по ходу роста 200-250-летних Владимирских боров (Андреевский лесхоз). Отношение объемов метровых отрезков ствола, взятых на таксационном диаметре в возрасте 80 лет, относятся к таковым в возрасте 100, 150, 200 и 230 лет как 1 : 1,3 : 2,4 : 3,4 : 4,4 (в такой же пропорции возрастает и эффект производства древесины). Несмотря на «старение», объем метрового отрезка ствола на таксационном диаметре (удельная продуктивность) как и древостоя с возрастом прогрессивно увеличивается, требуя все меньше внимания и затрат труда лесовода.
Принятая лесоустройством номинальная интенсивность рубок ухода не влияет на морфологический тип и ассимиляционную массу остающихся деревьев, а, следовательно, и на устойчивость ординарных лесов (табл. 2).
Принятые рубки ухода в полных и нормальных лесах, даже интенсивностью 4050 % по числу стволов существенно не изменяют морфологический тип, устойчивость и долговечность средних деревьев, ввиду сохраняющейся перегущенности оставшейся после рубок части древостоя. Оценка эффективности рубок ухода все еще проводится по числу вырубленных, а не оставленных в древостое деревьев.
Величина КОП климаксовых (находящихся неопределенно долго в устойчивом состоянии с условиями окружающей среды) древостоев всегда ниже, по сравнению с ординарными (нормальными, модальными) древостоями. Разница составляет от 5,2 до 1,9 раз в возрасте до 50 лет и в 1,3-1,6 раз в более старшем возрасте (табл. 2).
Таблица 2 - Особенности морфологического типа средних деревьев основных лесообразующих пород в нормальных и климаксовых древостоях I класса бонитета
Г лавная порода Величина КОП, см/ см2 в возрасте, лет
20 30 50 70 100
Сосна 20,6 12,3 6,8 4,8 3,4
Лиственница 22,9 12,6 7,3 5,0 3,8
Ель 19,9 11,5 6,5 4,4 3,0
Дуб 22,7 12,6 6,2 3,9 2,5
Береза 22,1 13,4 7,2 5,0 3,7
Среднее для: нормальных климаксовых 20,7 12,3 6,6 4,5 3,2
4,0 3,5 3,5 3,5 2,0
К климаксовым могут быть отнесены редкие сомкнутые сбежистые парковые древостои с густотой 350-450 шт./га и протяженностью кроны 45-50 % от длины ствола [2]. В них каждый сантиметр высоты обслуживается гораздо большей площадью поперечного сечения ствола, что приводит к лучшему водообеспечению средних деревьев.
Динамика изменения КОП по группам возраста может служить алгоритмом создания климаксовых древостоев и диагнозом успешности их формирования. По данному алгоритму нами создана сеть климаксовых пойменных и байрачных дубрав в Волгоградской области.
Интенсификация лесовыращивания с помощью изреживания древостоя многими лесоводами видится только как сокращение оборота рубки при получении пиловочника. Перепуск древостоя или его лучшей части на следующий оборот рубки для получения наиболее крупной древесины, создание заведомо устойчивых и высокопродуктивных старовозрастных лесов в настоящее время даже не рассматривается как возможный эталон ведения биосферного лесоводства в части лучших лесов. Это обедняет лесоводство как науку и лишает общество многих социальных и природоохранных функций, присущих многовековым лесам.
Выводы:
• предельная высота древостоя определяется геномом главной лесообразующей породы, климатом, рельефом, широтой участка, соотношением общей поверхности почвы и древесины, распределением пор и капилляров свежесрубленной древесины по радиусам, густотой и морфологическим типом деревьев, интенсивностью ведения лесного хозяйства;
• наиболее высокие долговечность, продуктивность, социальные и биосферные функции могут быть достигнуты в лучших лесах при ведении климаксового лесоводства, основанного на гидрофизических свойствах древесины и интенсивном ведении лесоводственных приемов по заданному алгоритму изменения морфологического типа средних деревьев с увеличением возраста;
• перспективы лесоводства состоят в переходе от простого к расширенному воспроизводству качества, долговечности, устойчивости, продуктивности лесов, их социальных природоохранных функций. Этот принцип предусматривает увеличение ренты по качеству и реализуется в полной мере в старовозрастных климаксовых лесах;
• производство древесины в климаксовых многовековых дубравах и борах в 2-3 раза более эффективно, чем в короткооборотных ординарных. Это леса с прогрессивно нарастающим резервом крупномерной бессучковой древесины, эталонные по социальной и природоохранной роли;
• лесопользование на лучшей части лесного фонда каждого лесничества должно быть не сырьевым, а биосферным - в полной мере реализующим потенциальные возможности главных лесообразующих пород, условий роста и новых знаний в области дендрологии и лесоводства;
• создание заведомо устойчивых лесных культур, лесных дач, урочищ, лесопарков, орехопромысловых и лесосеменных плантаций и участков, лесов ООПТ важно не только для увеличения биоразнообразия в наших лесах, но и для профессионального роста и сохранения традиций корпуса лесничих в процессе реализации долговременных национальных целей.
Библиографический список
1. Моисеев, Н. А. Модель стабильного развития [Текст] / Н. А. Моисеев // Лесная Россия. - 2007. - № 7. - С. 10-15.
2. Шульга, В.Д. Особенности степного лесоводства [Текст] / В.Д. Шульга, С.В. Обель-цев, Д.В. Шульга. - Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2010, - 366 с.
E-mail: [email protected]
