CC BY
67
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2011 БИОЛОГИЯ Вып. 2
УДК 630.5(075), 630. 653, 566+630*24
ЛЕСНЫЕ КУЛЬТУРЫ А. Е. И Ф. А. ТЕПЛОУХОВЫХ И СОВРЕМЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ПОИСК
М. В. Рогозин, Г. С. Разин
Естественнонаучный институт Пермского государственного университета, 614990, Пермь, ул. Генкеля, 4; [email protected]; (342)2396722
Посвящается 200-летию со дня рождения А. Е. Теплоухова, главного лесничего имения графов Строгановых на Урале
Приведены результаты изучения культур хвойных пород конца XIX - начала XX вв. в Пермском крае в период с 1971 по 2009 гг. с анализом причин, ослабляющих насаждения, снижающих продуктивность и долговечность культур. Обосновывается выращивание древостоев культур ели сибирской при оптимальной густоте.
Ключевые слова: хвойные породы; лесные культуры; ход роста.
Кратко о долговечности хвойных лесов
Сохранение хвойных лесов в нашей стране становится проблематичным на фоне изменения климата. Отмечено массовое усыхание еловых лесов на более чем 1.6 млн га на Северо-Западе Европейской части России; на их долговечность решающее влияние оказали предельный возраст и одновозрастность деревьев, которые сочетались с понижением уровня грунтовых вод вследствие засушливых лет и малоснежных зим (Чупров, 2008). Аномальные природные явления стали существенными повреждающими факторами. Другие факторы, в т. ч. загрязнение среды, несущественны (Ковалев, Феськов, 2002), а проведение санитарных рубок неэффективно (Ковалев, 2002).
В Пермском крае еловые леса, появившиеся на старопахотных землях в 1930-е гг. (Кишертский, Карагайский районы) в 70-летнем возрасте начали распадаться на таких площадях, что потребовалось внеочередное лесоустройство.
Лесные культуры можно рассматривать в качестве моделей самых простых лесных экосистем с разными результатами выращивания при разных вводных данных (состав пород, режимы ухода и др.). Полученные нами результаты изучения еловых культур вместе с отмеченными случаями гибели естественных ельников позволяют полагать, что в перспективе елово-пихтовые леса будут слабым звеном в лесных экосистемах Европейской части России при изменениях климата.
Ель для Прикамья - основная лесная порода. Поэтому богатый материл по ее лесным культурам, созданным усилиями видных лесоводов Рос-
сии А.Е. и Ф.А. Теплоуховых, был использован нами для моделирования развития ее искусственных насаждений и выяснения возможностей продления долголетия ее искусственных лесов.
Объекты исследований
Исследования культур А.Е. и Ф.А.Теплоуховых, высаженных в конце XIX - начале XX вв. в Пермском крае на бывших землях графов Строгановых проводились с 1971 по 2009 гг. Изучалось 53 участка, созданных до 1916 г. в Очерском (23 участка), Горнозаводском (10 участков) и Кудымкарском (10 участков) районах, в основном на ООПТ регионального значения и рядом с ними, на которых размещаются культуры и которые были обследованы нами повторно в 2006-2007 гг. по заданию Управления по охране окружающей среды Пермского края (Оценка ..., 2007, 2007). Использованы данные измерительной таксации на пробных площадях и круговых площадках с измерением высот у 15-20 деревьев основного яруса древостоя.
Результаты и их обсуждение
Культуры были разделены на три группы по преобладающей хвойной породе.
Культуры сосны обыкновенной. Сохранились ее первые посадки вблизи г. Очера, созданные в 1858-1861 гг. А.Е. Теплоуховым. Здесь высаживались биогруппы из 2 растений (иногда с елью) с регулярным их расположением через 2 сажени (4.26 м). В возрасте 150 лет на площади 11 га в сложном по составу с двумя возрастными поколениями древостое запас древесины достигает 320
© Рогозин М. В., Разин Г. С., 2011
м3/га, из них 60% образуют стволы сосны диаметрами 44-80 см (рис. 1). Порода адаптирована к условиям высокой полноты, сохраняющейся в культурах с 65 до 109-летнего возраста на многих участках на уровне 0.9-1.0. Максимальные запасы в возрасте 65-83 года достигали 594-738 м3/га (Прокопьев, 1981).
При изучении ее уникальных культур с широкими междурядьями, созданными в парке «Софья» вблизи д. Важ-Пашни в 1893 г. с густотой посадки 3350 шт./га по схеме 4.20*0.71 м в возрасте 120 лет таксационные показатели были следующими: сохранность высаженных растений 738 шт./га (22%), средний диаметр 32.4 см, средняя высота 30.4 м, абсолютная полнота 60.1 м2 /га, относительная полнота 1.33, запас древесины 810 м3/га. Это рекордные запасы не только для лесных культур, но и для эталонных насаждений.
Рис. 1. Культуры, созданные А.Е. Теплоуховым в 1858 г. на берегу Очерского пруда. Сосна и ель высаживались «парами», с расположением биогрупп через 2 сажени (4.26 м). Стрелкой показана вторая биогруппа. Кипринское участковое лесничество, кв. 83, выдел 5. Координаты центра участка: N 57°53'54" Е 54°42'01". Фото 2006 г.
Смешанные культуры сосны с примесью ели в 95-119 лет имеют полноту 0.84-1.23 и запасы 440658 м3/га. При введении в культуры 50% сосны на ее долю приходится 76-83% запаса, а при введении 75% сосны - 93% запаса. В насаждениях накапливается отпад: сухостойная древесина от 10 до 30 м3/га и валеж от 5 до 20 м3/га в связи с пере-
ходом поселений на отопление газом и прекращением заготовок дровяной древесины. Сосна продолжает расти в высоту и после 100 лет, кроны имеют острые очертания. Например, в Кудымкар-ском лесничестве на ООПТ «Кувинский бор» повторные измерения спустя 31 год в 2011 г. показали увеличение высоты деревьев в господствующей части древостоя на 5.8 м.
Культуры лиственницы Сукачева. Эту породу часто вводили в культуры сосны и ели от 10 до 33%. Такие смешанные ее культуры в возрасте 106-118 лет имеют полноту до 0.98 и запасы 525628 м3/га, причем доля лиственницы в запасе в 2 раза выше, чем количество ее растений. При создании культур из трех пород (лиственница, сосна и ель) их полнота и продуктивность оказывались ниже и составляли: в Очерском районе 0.65 и 406 м3/га (рис. 2) и в Горнозаводском - 0.83-1.03 и 405-580 м3/га. В последнем случае на долю естественно возобновившихся березы и осины приходилось 13-24% запаса.
Рис. 2. Культуры лиственницы с елью и сосной, созданные в 1903 г. Ф.А. Теплоуховым в Очерском районе. ООПТ «Соломатка», Очерское участковое лесничество, кв. 2, выдел 10. Координаты северной границы выдела N58°00'33,63" Е 54°45Ч7,43"
Чистые культуры лиственницы были созданы в 1907 г. на ООПТ «Кувинский бор» посевом семян по пашне, на легкосуглинистой почве. В возрасте 104 лет в 2011 г. состав древостоя культур 89Л8Е2С, средняя высота лиственницы 35.8 м, ели - 17.9 м, сосны - 34.8 м, класс бонитета 1А, полнота
43.8 м2/га (0.98) и запас древесины 604 м3/га. В наиболее продуктивной части, на одной из круговых площадок, общая полнота достигает 45.5 м2/га (0.99) и запас составляет 628 м3/га, в том числе запас лиственницы - 561 м3/га. За период наблюдений в 31 год увеличение наличного запаса в ярусе лиственницы составило 561 - 335 = 226 м3/га с текущим приростом 7.3 м3/га в год. Культуры продолжают рост в высоту. В господствующей части древостоя за последние 31 год лиственница увеличила высоту на 5.8 м и прирост составил в среднем по 19 см в год.
Культуры ели сибирской. Максимальные запасы ее культур зафиксированы в 1970-е гг. М.Н. Прокопьевым в возрасте 68-89 лет и достигали 408-619 м3 /га (Прокопьев, 1981). К 2007 г. почти все ранее изученные культуры с преобладанием ели (28 из 30 участков) погибли и были вырублены.
Сохранился хорошо только один участок с преобладанием ели - на ООПТ «Тискосский ельник» в кв. 172, выдел 4, Теплогорского участкового лесничества, где в 1916 г. на вырубках и гарях на больших территориях высаживали сосну в смешении с елью. В западной части выдела, на площади 6 га, сохранились чистые культуры ели, где в возрасте 94 лет они имеют состав 84Е16Б, полноту 0.65 и запас древесины 322 м3/га. В восточной части выдела на площади 75 га сохранились смешанные культуры ели с сосной с составом 48Е44С8Б+Ос, полнотой 0.76 и запасом 415 м3/га. Ель сохранилась из-за малой начальной густоты культур, значительного возобновления березы и осины, а также равномерной примеси сосны. Эти породы задержали развитие корневых гнилей у ели; кроме того, климатические условия здесь более влажные (сказывается близость водораздела Уральских гор) и засушливые 1972 и 1982 гг. здесь не столь сильно повлияли на ослабление культур и последующую активизацию в ослабленных древо-стоях еловой губки, которая входит в число основных причин гибели ельников в Пермском крае (Ковалев, Феськов, 2002).
Сохранившиеся лесные культуры Теплоуховых 1890-1916 гг. находятся в периоде стагнации полноты и запаса древесины, с накоплением сухостоя и валежа. В подавляющем большинстве они представлены чистыми и смешанными древостоями из сосны и лиственницы; иногда в них вторым ярусом сохраняется ель. Поражение болезнями живых деревьев единичное. В биологическом отношении культуры относятся к климаксовым лесам, и поэтому активное воздействие на древостой нарушит взаимоотношения элементов сообществ растений. Ветровая устойчивость древостоев в этом возрасте напрямую зависит от наличия в массиве открытых пространств, разного рода просек, «карманов» и прогалин, где крайние деревья испытывают мак-
симальные ветровые нагрузки. Так, в Очерском районе при ветровалах 1991-1993 гг. старые культуры сосны и лиственницы уцелели благодаря именно однородности и компактности участков.
Таким образом, в Пермском крае обнаружена большая долговечность культур сосны и лиственницы, их адаптация к факторам стресса и устойчивость к ветровалам в сравнении с культурами ели, которые сильнее подвержены их влиянию, менее устойчивы и менее долговечны; рубеж 90-летнего возраста преодолели единичные участки еловых культур с пониженной начальной густотой и при смешивании с другими породами.
Для моделирования хода роста древостоев культур ели были заложены 70 пробных площадей, в т.ч. 10 - пробы длительного наблюдения (525 лет). В результате специальной методики обработки данных (Разин, 1977) получены 4 модели хода роста (МХР) и 7 моделей выращивания дре-востоев (МВД), произрастающих в ТУМ В3,С3 южной и средней подзоны тайги Западного Урала. В кратком изложении результаты моделирования развития дендроценозов ели по множеству моделей таковы.
Оказалось, что изначальная причина распада культур ели начиналась в период набора древостоем предельной полноты в самый интенсивный период накопления запаса - в 30-40 лет. После этого наступала стагнация полноты и ее падение. Падение было «естественным» и плавным только первые годы и было обусловлено максимально напряженной конкуренцией среди деревьев в течение примерно 10-20 лет. Далее конкуренция настолько ослабила все растения, что после очередной засухи культуры начинали либо ускоренно усыхать куртинами (снижать полноту), либо активизация корневых гнилей привела к катастрофическим последствиям (распаду древостоя) спустя всего несколько лет (Разин, Рогозин, 2005).
Запасы древесины в моделях хода роста с разной начальной густотой показывают некоторое незначительное преимущество густых культур до 30-35 лет, которое меняется на отставание с 40-50 лет и резкое падение после 70 лет. В редких культурах запасы в 60-70 лет оказываются в конечном счете выше по сравнению с густыми в 1.4-1.6 раза и более (рис. 3).
Перегущенность древостоев оказалась самой первой причиной по началу ее действия из 7 причин ослабления древостоев культур, которые суммировались и накладывались друг на друга:
1) длительный период предельной густоты и полноты, ослабивший все деревья;
2) появление в ослабленном древостое очагов корневых гнилей и их развитие;
3) ослабление древостоев засухами 1972 и 1982 гг.;
4) ослабление древостоев после урожайных лет 1974 и 1982 гг.;
5) влажные годы, последовавшие за засушливыми и урожайными годами, активизировавшие разрастание очагов корневых гнилей;
6) ветровалы 1991-1993 гг.;
7) почвенные условия на старопахотных землях, оптимальные для развития не только деревьев, но и ризосферы, в том числе грибов-патогенов.
Возраст, лет
Рис. 3. Запасы древесины в моделях хода роста культур ели различной начальной (в 10 лет) густоты: 1 - 3550 шт./га, 2 - 4800 шт./га, 3 - 6000 шт./га, 4 - 8500 шт./га
Для предотвращения действия этих причин необходимы своевременные разреживания культур. На основе изучения культур с самой малой начальной густотой (3550 шт./га) и рубками ухода нами были разработаны 7 моделей выращивания древостоев (МВД): 1 - без рубок ухода; 2 - рубки ухода с 50 лет; 3 - рубки ухода с 45 лет; 4 - рубки ухода с 40 лет; 5 - рубки ухода с 35 лет; 6 - рубки ухода с 30 лет; 7 - рубки ухода с 25 лет.
Первые 5 моделей (МВД 1-5) составлены по фактическим данным на пробах длительного наблюдения и названы нами «основными», причем МВД 1 дается без рубок ухода и совпадает с МХР № 1, а последние две модели № 6 и 7 являются прогнозными моделями выращивания еловых культур. Отклонения выравненных показателей в моделях от фактических по пробным площадям оказались намного ниже, чем это допустимо по методикам. Максимальные отклонения по средним диаметрам и высотам равны соответственно ±5.7 и ±4.9% при допустимых ±15 и ±10%, а средние отклонения оказались в пределах ±5%.
Прогнозные модели разработаны для несколько иных режимов выращивания, чем это наблюдалось в опытах. Подтвердить их точность опытными данными невозможно из-за отсутствия подобного опыта для ели на Западном Урале. Но для сосны такой опыт у нас есть - ее запасы при редком выращивании в парке «Софья» достигли 810 м3/га, о чем уже говорилось выше. О правдоподобности прогнозных моделей можно судить и по подобию линий их динамики линиям динамики моделей МВД № 2-5, а также - по известным из литературы результатам выращивания древостоев с периодическим снижением густоты. Известно, что на ее уменьшение древостой реагирует увеличением
роста в высоту и, особенно, по диаметру. На этом основана, в общем-то, вся идеология ухода за лесом. Впечатляющие результаты получены в этом отношении для экспериментальных культур сосны, в которых к 100-летнему возрасту прогнозируемые запасы после ряда разреживаний составляют 787 м3/га вместо 600 м3/га без рубок разреживания (Рябоконь, 1991). Во многих отношениях наши хвойные породы имеют сходное поведение и реакцию на вмешательство рубками ухода и проведенные нами параллели в рассуждениях и аналогиях.
Возраст культур, лет
б Возраст культур, лет
Рис. 4. Динамика абсолютной полноты (а) и запасов (б) при разных режимах выращивания дре-востоев культур ели: 1 и 4 - модели выращивания по фактическим данным пробных площадей;
6 и 7 - прогнозные модели выращивания
В наших прогнозных моделях 6 и 7 с ранними разреживаниями, запасы оказываются близки этим значениям, а полнота постоянно растет (рис. 4 а,
б). Для этого число стволов в самой радикальной модели № 7 сокращают низовыми рубками ухода в 25 лет на 50% и затем каждые 10 лет еще по 2530%, до 510 шт./га к 80 годам. Важно отметить, что раннее начало разреживания - непременное
условие положительной реакции древостоя на рубки ухода. Если же их начинают в 40 лет и позднее (МВД № 4), то запас древостоя не увеличивается. Такое же явление наблюдалось и у других исследователей (Сеннов, 1984), когда рубки ухода начинали проводить в 40-45 лет.
Заключение
Лесокультурное наследие Л.Е и Ф.Л. Тепло-уховых высвечивает грядущие проблемы устойчивости лесов. Сохранить надолго культуры Тепло-уховых уже невозможно. Если для культур сосны и лиственницы прогноз благоприятен на 20-30 лет, то для культур ели он, вообще говоря, закончен. Ее участки не сохранились из-за высокой чувствительности породы к факторам стресса, пере-гущенности и колебаниям климата. Теплоуховы не оставили рекомендаций по разреживаниям культур, а лесоводы своевременно их не провели. Условием выращивания продуктивных и долговечных культур ели является содержание их при оптимальной густоте, с началом ее регулирования в 20-25 лет. Первое точно проведенное равномерное разреживание правильно «запускает» развитие древостоя ели, а последующие рубки ухода настраивают его на длительное устойчивое существование и долголетие.
Библиографический список
Ковалев Б.И. Состояние и мониторинг хвойных лесов центральной Сибири и Вятско-Камского региона: автореф. дис. ... д. с./х. наук. 06.00.16.
Брянск, 2002. 45 с.
Forest culture A. E. and F. A. Tеplouchov's and modern scientific search
M. V. Rogozin, candidate of agricultural sciences, head of laboratory G. S. Razin, consultant
Natural science institute of Perm state university. 4, Genkel str., Perm, Russia, 614990; [email protected]; (342)2396722
The results of the study cultures of coniferous breeds of the end of XIX - beginning of XX century in the Perm territory in the period from 1971 to 2009, with the analysis of the reasons that weaken the plantations, reducing productivity and durability of cultures. The growing tree crops siberian spruce at the optimal density.
Key words: coniferous species; forest culture; a growth course.
Рогозин Михаил Владимирович, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией Разин Г еннадий Сергеевич, консультант
Естественнонаучный институт ГОУВПО «Пермский государственный университет»
Ковалев Б.И., Феськов В.В. Леса Пармы. Брянск: БГИТА, 2002. 148 с.
Оценка современного состояния Теплоуховских культур на территориях регионального значения. Этап 1, Этап 2: отчеты о НИР для Управления по охране окружающей среды Министерства градостроительства и развития инфраструктуры Пермского края. Рук. М.В.Рогозин / ЕНИ Перм. гос. ун-та. Пермь, 2006. 115 с., Пермь,
2007. 96 с.
Прокопьев М.Н. Культуры сосны в таежной зоне. М.: Лесн. пром-сть, 1981. 136 с.
Разин Г.С. Изучение и моделирование хода роста древостоев разной густоты на примере ельников Пермской области: метод. рекомендации. Л.: ЛенНИИЛХ, 1977. 43 с.
Разин Г.С., Рогозин М.В. Лесные культуры Тепло-уховых в Прикамье и научные основы выращивания хвойных лесов в России // Материалы на-уч.-техн. конф. «Проблемы озеленения городов и развития лесного комплекса». Пермь, 2005. С. 30-36.
Рябоконь А.П. Продуктивность сосновых насаждений и качество древесины в них при ускоренном выращивании на пиловочник и балансы // Лесн. журн. 1990. № 6. С. 19-24.
Сенов С.Н. Уход за лесом: экологические основы. М.: Лесн. пром-сть, 1984. 127 с.
Чупров Н.П. К проблеме усыхания ельников в лесах Европейского севера России // Лесн. хоз-во.
2008. № 1. С. 24-26.
Поступила в редакцию 18.03.2011
