close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Структура хвойных древостоев Северо-Запада России созданных методом плантационного лесовыращивания.

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
СТЕПАНЕНКО СЕРГЕЙ МИХАЙЛОВИЧ
СТРУКТУРА ХВОЙНЫХ ДРЕВОСТОЕВ СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ,
СОЗДАННЫХ МЕТОДОМ ПЛАНТАЦИОННОГО
ЛЕСОВЫРАЩИВАНИЯ
Специальность 06.03.02 – Лесоведение, лесоводство,
лесоустройство и лесная таксация
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Санкт-Петербург - 2013
Работа выполнена в федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова»
Научный руководитель:
Любимов Александр Владимирович,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Официальные оппоненты:
Маркова Инна Александровна, доктор
сельскохозяйственных наук, профессор,
СПб государственный лесотехнический
Университет имени С.М. Кирова,
профессор кафедры лесных культур.
Березин Виктор Иванович,
кандидат сельскохозяйственных наук, Северо –
Западный филиал «Государственной инвентаризации лесов» ФГУП «Рослесинфорг», заместитель начальника отдела развития новых
технологий.
Ведущая организация:
Ботанический институт им. В. Л. Комарова
РАН
Защита состоится « 28 » ноября 2013 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.220.02 при Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете им. С.М. Кирова, по адресу: 194021, г. СанктПетербург, Институтский пер., д. 5, главное здание, зал заседаний ученого совета. Факс (812) 6709358
С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке СанктПетербургского государственного лесотехнического университета имени
С.М.Кирова.
Автореферат разослан «8» октября 2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Жигунов А.В.
3
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Исследование закономерностей строения, роста и
формирования древостоев лесных культур, создаваемых методами ускоренного
выращивания, изучение способов повышения их продуктивности, экономической эффективности и экологической безопасности становится все более важным и востребованным направлением исследовательской и производственной
деятельности.
Цель исследований заключается в разработке научно обоснованных рекомендаций для перехода к плантационному выращиванию существенных объемов деловой древесины с заданной геометрией ствола, шириной годичных
слоев, соотношением ранней и поздней древесины и ее плотностью. Для обеспечения такого шага необходимо исследовать особенности строения и роста
искусственно созданных насаждений в связи с качеством основных компонентов окружающей среды и степенью их воздействия на скорость роста и параметры древесины плантационных культур.
В ходе исследования были решены следующие основные задачи:
- Изучен и обобщен накопленный к настоящему времени опыт создания
плантационных культур и выращивания высококачественной древесины с использованием средств и методов интенсификации роста улучшенных растений,
отобранных в качестве посадочного материала;
- Исследован рынок доступных пользователям профессиональных геоинформационных систем, с помощью которых можно было бы отслеживать и
оценивать процессы роста и развития плантационных культур, а также динамику состояния окружающей среды на участках плантационного выращивания;
- Выбрана и доработана полнокомпонентная ГИС «Плантационные культуры» с совокупностью блоков и модулей для многоцелевого мониторинга лесных плантаций;
- Разработана совокупность эталонов, моделирующих строение и рост
плантационных культур на разных стадиях их развития;
- Произведена оценка современного состояния окружающей среды на
лесных плантациях;
- Сформулированы рекомендации, направленные на совершенствование
плантационного лесовыращивания и экологический мониторинг лесных плантаций;
Научная новизна состоит в разработке рекомендаций по применению
новых технических средств, материалов дистанционного зондирования и
наземной стереосъемки лесных плантаций. В результате исследования предложена новая концепция формирования баз картографических и атрибутивных
данных на основе картографического, контактного и дистанционного методов
исследования объектов, явлений и процессов на территориальных комплексах
лесных плантаций.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Геоинформационная система и технология мониторинга роста и развития насаждений, выращиваемых на лесных плантациях;
4
2. Методика и техника комплексной оценки экологического состояния
лесных плантаций с использованием геохимического подхода, дистанционных
методов и ГИС – технологий;
3. Табличные и математико – статистические модели строения насаждений, выращиваемых на лесных плантациях в разных стадиях их роста;
4. Эскизы сортиментно – сортных таблиц плантационных древостоев;
5. Рекомендации по выращиванию культур хозяйственно – ценных пород
на лесных плантациях Северо – Запада России.
Практическая значимость работы. Разработанные выводы, предложения и рекомендации могут быть использованы в деятельности специалистов современного лесного хозяйства, задачей которых является интенсивное выращивание высокосортной древесины с заданными параметрами. ГИС «Плантационное лесовыращивание» найдет применение в области высоких технологий
охраны и воспроизводства лесных ресурсов на Северо-Западе России.
Личный вклад автора. Сбор полевого материала, постановка задач и
разработка методики исследования, обработка материалов, анализ полученных
результатов и формулирование рекомендаций были выполнены лично автором.
Разработка геоинформационной системы, структур баз картографических и атрибутивных данных, а также внешней СУБД были выполнены с участием автора, под его непосредственным контролем.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов
определяется большими массивами экспериментальных данных, калиброванных в соответствии с требованиями лесной таксации, ДМ и ГИС - технологий.
Достоверность исходных материалов, результатов моделирования, выводов и
рекомендаций подтверждается данными опытной проверки разработанной модели на реальных насаждениях, выращиваемых как интенсивными плантационными методами, так и в обычных лесных культурах.
Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований
автора представлены в научном отчете лаборатории лесовосстановления
«СПбНИИЛХ» за 2011-12 годы. Они обсуждались на ежегодных научнотехнических конференциях: Биотехнология в Ленэкспо ( г. Санкт-Петербург,
2011 г.), научно-практическая конференция молодых ученых Рослесхоза –
«Молодые ученые – лесному хозяйству» (ВНИИЛМ 2011г.) и II международной
научно-практической конференции «Инновации и технологии в лесном хозяйстве-2012» СПбНИИЛХ.
По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6
глав, заключения и выводов, библиографического списка и приложений. Работа
изложена на 162 страницах, иллюстрирована 37 таблицами, 39 рисунками,
включает 4 приложения. Библиографический список содержит 150 источников,
из них 8 на иностранных языках.
5
Глава 1. Состояние вопроса
Современная схема организации производств не вполне соответствует
требованием экологически безопасного использования лесных ресурсов. Баланс
между заготовкой древесины и воспроизводством лесов нарушен, это характерно для Северо-Запада России. Низкий уровень географической и экономической доступности лесных ресурсов даже в европейской части страны приводит
к практически повсеместному нарушению принципа «равномерного и неистощительного» пользования лесом (Орлов М.М., 1924). Разрешенный объем заготовок, определенный для территории хозяйства в целом, вырубается на ограниченной транспортно - доступной части, создавая тем самым экологически
напряженную ситуацию.
Практическим выходом из сложившегося положения может стать переход
к интенсификации воспроизводства лесных ресурсов – к плантационному выращиванию с использованием лучших по производительности земель лесного
фонда и бывших сельскохозяйственных земель, удобрений и интенсивных уходов, включая обработку сертифицированными химикатами.
В настоящее время получены результаты по эффективности этого лесохозяйственного мероприятия в различных регионах Я.К. Матузанис, (1983), В.В.
Усеня, Н.К. Крук (2009), В.А. Скригаловская (2006), А.Н. Пеккоев (2010), Ю.П.
Глушкова (2011), однако опубликованные данные часто носят противоречивый
характер относительно производительности этих насаждений.
Доказано, что плотность древесины может варьировать под влиянием
экологических и наследственных факторов (Полубояринов, 1976). Однако ведущее значение имеют лесохозяйственные мероприятия: густота и размещение
культур, рубки ухода, внесение удобрений и осушение. Существует лишь несколько работ посвященных качеству древесины выращенной на лесосырьевых
плантациях (Полубояринов, Федоров, 1991; Пеккоев, 2010; Глушкова, 2011;
Корчагов, 2010).
Данную работу можно рассматривать как продолжение многолетних
наблюдений и исследований ученых СПбНИИЛХ (Шутов, Маркова, Омельяненко, Постников, Товкач и др., 2007; Большакова, 2007; Бутенко, 2012; Маслаков; 1988; Кузнецов,1992; Ковалев, Товкач, Бондаренко, Жигунов, 2004).
Глава 2. Программа, методика и объекты исследований.
Программой исследований предусмотрена оценка состояния участков,
структуры древостоев, созданных методами плантационного лесовыращивания,
ходароста плантационных культур и качества древесины в зависимости от хозяйственных мероприятий, а также особенностей их проведения.
Методология и методы исследования. Обследование плантационных
культур проводилось в соответствии с общепринятыми в лесной таксации методами и рекомендациями (Анучин, 1982; Моисеев,1971; Незабудкин,1971).
Для определения запаса на пробной площади использовалось обобщенные уравнения, разработанные Е.Л. Маслаковым (1988).
6
Для обеспечения возможности использования картографического метода
исследования и применения геоинформационных технологий обработки, анализа и представления результатов на всех полигонах была произведена GPS–
съемка их границ и внутриполигонных опорных точек. Опорные точки, обеспеченные точными значениями географических координат, служили для регистрации исследовательских полигонов на топографических векторных картах –
основах и материалах дистанционного зондирования: наземных, аэро- и космических снимках.
В основу исследования была положена идея комплексной оценки лесных
плантаций, которая предполагает оценку положения плантаций на ландшафте,
плодородия почв, геохимических особенностей полигонов, режимов увлажнения и дренажа и др. факторов естественного и техногенного происхождения.
Для реализации данной идеи были запроектированы сети точек пробоотбора.
Исследование показателей плотности древесины сосны и ели базировалось на отборе образцов древесины с модельных деревьев методом пропорционального-ступенчатого представительства, в виде дисков по всей длине ствола
и кернов на высоте 1,3 м.
Соотношение зон ранней и поздней древесины исследовалось на микрофотометрическом анализаторе слоистых структур с выводом показателей на
диаграммную ленту и масштабированием с помощью электронного штангенциркуля с точностью 0,01 мм. Полученные данные были сгруппированы по десятилетиям и обработаны с помощью компьютерных программ.
Базисную плотность определяли способом максимальной влажности на
образцах древесины из каждой ступени толщины, отобранных на опытных объектах в выбранных секциях.
Для вычисления средней плотности ствола использовались уравнения
связи для древостоев ρбазисная и ρбазисная1,3 (Полубояринов О.И.,1976). По степени
представленности деревьев разных ступеней толщины рассчитывалось распределение базисной плотности в древостое.
Объем выполненных работ. Сбор исходного материала произведен в
течение трех полевых сезонов (2010 – 2012 гг.).
За этот период обследовано 52 пробные площади (ПП) в Ленинградской и
Псковской области. 21 ПП была обследована для оценки особенностей роста
сосны и 31 – ели.
При сплошных перечетах на пробных площадях были замерены диаметры
14 271 дерева и высоты 2 109 деревьев.
Для определения прироста и исследования дендрохронологии были извлечены 300 кернов у 150 деревьев (на уровне h1.3 и h0).
Для определения средней плотности древесины ствола была определена
базисная плотность 177 образцов древесины.
Для изучения колебаний зон поздней и ранней и поздней древесины и ее
влияния на плотность древесины было отобрано 90 кернов.
Для анализа почв было использовано 30 образцов.
Основные объекты исследования. Работы по сбору и верификации полевых данных были проведены на научно – исследовательских полигонах, рас-
7
положенных в Ленинградской и Псковской областях. Перечень части объектов
(древостои ели) представлен в Таблице 1.
Таблица 1- Фрагмент таксационной характеристики древостоев на постоянных
опытных объектах(плантационных культуры ели)
Вариант
Контроль
Удобрения
Удобрения+
гербициды
Гербициды
Контроль
Удобрения
Удобрения+
гербициды
Гербициды
Контроль
Удобрения
Удобрения+
гербициды
Гербициды
Контроль
Гербициды
Удобрения +
гербициды
Контроль
Гербициды
Удобрения +
гербициды
№
п.п.
Сохранность
шт./
%
га
Средние
Сумма
площадей
сечений,
м2/га
Относ.
Запас,
Вы- Диаметр
полнота
м3/га
сота, (D1,3), см
м
Псковская обл., опытный объект №6, "Дигонец",34 года
Густота посадки I тыс. шт./га.
64 741
74,1
20,6
23,3
1,0
31,5
315
63 760
76,0
19,4
21,8
0,9
28,5
270
62 928
61 926
92,8
19,3
22,1
1,1
92,6
18,9
22,0
1,1
Густота посадки 2 тыс. шт./га.
53 1856 92,8
19,9
17,3
1,3
52 1205 60,2
19,2
17,7
1,3
51 1333 66,7
19,5
18,8
1,4
51* 1278 63,9
19,8
20,5
1,3
50 1640 82,0
19,8
18,5
1,4
50* 1085 54,3
20,4
22,9
1,4
Густота посадки 4 тыс. шт./га.
49 1839 46,0
19,5
15,0
1,5
48 2500 62,5
20,2
16,6
1,7
48* 1987 49,7
20,2
17,6
1,5
47** 3258 81,5
15,3
11,7
1,2
46 2708 67,7
18,4
14,5
1,4
46* 1450 36,3
20,3
17,9
1,6
Ленинградская. область, опытный объект №3, 35 лет
Густота посадки I тыс. шт./га.
12 774
77,4
16,3
20,5
0,9
14* 970
97,0
16,8
20,8
1,2
10* 893
35,6
35,3
337
328
43,5
41,7
44,6
42,3
44,1
44,5
423
393
426
407
426
441
48,6
54,0
48,2
34,9
44,6
52,3
462
532
473
270
404
517
25,5
33,3
208
278
89,3
17,8
21,9
Густота посадки 2 тыс. шт./га.
19 1825 91,3
15,9
16,5
16* 1012 50,6
17,2
21,2
1,3
35,5
312
1,3
1,3
36,8
35,6
294
304
18* 965
1,2
32,0
272
48,3
17,1
20,7
Густота посадки 4 тыс. шт./га.
26 1871 46,8
16,3
15,2
27* 1775 44,4
16,4
17,4
Контроль
1,2
34,3
280
Гербициды
1,6
43,4
356
Удобрения +
гербициды
25* 1589 39,7
16,7
18,2
1,5
41,4
345
Примечание: * – произведено разреживание на ПП;
** – низкие таксационные показатели на данной ПП объясняются микро понижениями в рельефе и в расчетах по средним показателям не учитывались
8
Преобладающее количество опытных участков было заложено в черничной и кисличной типах леса.
Глава 3. Геоинформационная система «Плантационные культуры»
ГИС «Плантационные культуры» являются системой картографического и
аналитического назначения. Она предназначена для анализа и картографического представления ограниченной совокупности небольших участков. ГИС
предназначена для обработки сравнительно небольших объемов пространственновременной информации, что и определяет специфику организации и структурирования исходных данных. Разрабатываемая БД предоставляет ГИС возможность использования статических и динамических моделей плантационных
культур и проводимых в них хозяйственных мероприятий.
Важнейшим назначением ГИС данного типа является обеспечение поддержки принятия хозяйственных решений для получения максимальных объемов
древесины с заданными параметрами: геометрией ствола и плотностью древесины.
Основными масштабами картографических произведений являются крупно- и среднемасштабные карты и планы, позволяющие моделировать подеревную структуру древостоев (М 1:1000 – 1:25000) и обзорные карты(М 1:50000 –
1:200000).
Данные наземной стереосъемки и ДЗЗ заставляют использовать в БД ГИС
каквекторные, так и растровые модели в виде растровых подложек и иллюстраций, пространственно увязанных с векторными слоями.
Предлагаемая модель, разработанная на суперсовременных объектно - картографических принципах, обеспечивает полную функциональность и гибкость системы, слоевой характер структуры данных, организованных совместной работой внутренних и внешних СУБД реляционного типа.
Информационная база ГИС состоит из совокупности картографических
данных, интегрированных с данными ДЗЗ и наземными стереоснимками плантационных культур.
Для картографического моделирования плантационных культур созданы разделы, подразделы и включенные в них темы картографических слоев, наиболее
вероятные и желательные в БД ГИС «Плантационные культуры».
В тематическую часть БД ГИС «Плантационные культуры» предложены
следующие темы картографических слоев:
Административно-хозяйственное деление земель лесного фонда;
Характеристика лесного фонда (включая таксационные описания);
Обеспечение стабильности лесных экосистем (ООПТ и ОЗУ);
Дороги специального назначения и зимники;
Участки лесных культур;
9
Участки плантационных культур;
Тематические слои, характеризующие состояние плантационных культур и
проводимые в них хозяйственные мероприятия;
Разработанные для каждой темы перечни объектов были сгруппированы в
таблице ObjectMap, являющейся одним из классификаторов ГИС.
Для повышения эффективности управления данными была разработана система запросов, обеспечивающих выбор любого объекта картографического покрытия по классификационному принципу или в виде набора объектов и сопровождающих их простых характеристик.
Главным преимуществом разработанной по объектно-картографическому
принципу реляционной внешней БД является возможность функционирования в
любой программной среде, в том числе и в ранее созданных ГИС лесохозяйственного и лесоустроительного назначения. Это позволяет эффективно использовать возможности реляционной БД в программной среде уже созданных и
успешно функционирующих ГИС, которые сохраняют свое исходное предназначение.
Разработанная ГИС была использована для анализа качества почв и геохимической оценки состояния участков плантационных культур, созданных в
Ленинградской области.
При оценке геохимии плантационных культур была проанализирована
вся линейка тяжелых металлов и вредных веществ во всех компонентах среды:
в почвенных водах, почвах, корнях, хвое и листьях.
Приложением к разработанной базы данных является электронный атлас
карт содержания химических элементов в различных средах характеризующих
прямо или опосредовано состояние насаждений. Для наглядного представления
и пространственного анализа получаемых данных был использован пакет программ ArcGIS. В качестве топоосновы использовалась цифровая карта Ленинградской области в проекции Gauss_Kruger и системе координат
GCS_Krasovsky_1940. Атрибутивная база состоит из таблиц формата FoxPro и
dBASE. Для построения поверхностей распределения содержания ТМ в пределах исследуемой территории использован дополнительный модуль ArcGIS
Geostatistical Analyst.
Глава 4. Структура древостоев и влияние лесоводственных мероприятий на рост и продуктивность плантационных культур сосны и ели
С целью изучения роста и продуктивности культур сосны в зависимости
от метода их создания, первоначальной густоты, разреживаний разной интенсивности и комплексных уходов были восстановлены и обследованы опытные
объекты, созданные ЛенНИИЛХ. Технология создания и выращивания плантационных культур подробно описана в Приложении.
10
Продуктивность. На опытных участках сформировались однородные по
составу, производительные (1а класс бонитета) и высокополнотные древостои
(относительная полнота в зависимости от густоты 0,9 - 1,7).
Под воздействием лесоводственных мероприятий к возрасту, в среднем
35 лет, структура древостоев и их таксационные показатели значительно отличаются от таксационных показателей естественных древостоев и лесных культур, созданных традиционными методами.
К настоящему времени плантационные культуры ели в Псковской области представлены чистыми древостоями. Насаждения характеризуются высокой
производительностью – 1а классом бонитета. Имеются различные варианты исходной густоты и уходов, что обуславливает большое различие вариантов по
запасу (от 270 до 532 м3/га). Наибольшие запасы приходятся на исходную густоту 4 тыс. дер./га, наименьшие на 1 тыс.дер./га. Из-за различной густоты количество деревьев составляет от 741 до 3258 деревьев на 1 га. Разница диаметров и высот различная: от 14,5 до 23,3 см в диаметре и от15,3 до 20,6 м по высоте. Из первоначально посаженного количества ели в настоящее время сохранилось от 36,3 % (ПП 46*) до 92,8% (ПП 64).
В Ленинградской области плантационные культуры ели так же растут по
1а классу бонитета, несмотря на менее производительные ТУМ. Диаметры на
двух объектах имеют схожие значения в зависимости от густоты. По высоте
они уступают, в среднем, на 3 метра. Запасы данных насаждений составляют, в
среднем, 200 м3/га(исходная густота 1 тыс. шт./га), 290 м3/га(2 тыс.шт./га) и
320 м3/га (4 тыс.шт./га).
В зоне хвойно-широколиственных лесов, за счет лучших условий произрастания, таксационные показатели имеют большие значения(на 14-54% по высоте, на 12-81% по диаметру и в 1,4-2,8 раза больше по запасу).
Динамика роста плантационных культур сосны. На всех пробных площадях продолжается самоизреживание. В самых густых вариантах отпад составляет 15-22,7%, при густоте 2 тыс. шт./га – 22,3-37,4%, а при густоте
1 тыс.шт./га - 2,2%. На разреженных секциях отпад растений незначительный:
2,2-4,7%.
Средняя высота составляет 18,7-21,5 м, при этом нет тесной связи между
средней высотой и густотой культур.
Средний диаметр, наоборот, показывает высокую корреляцию с густотой
культур сосны (R2=77.8%). Средний диаметр деревьев с уменьшением густоты
посадки возрастает с 17,7-19 см до 21,8-22,4 см. При разреживании величина
среднего диаметра превышает диаметр с аналогичной густотой контрольного
варианта на 0,9-1,4 см, это говорит о том, что рубки ухода перестали оказывать
заметное влияние.
Объем среднего дерева также уменьшается с увеличением густоты культур. При 1 тыс.шт./га он составляет, в среднем, 0,352 м3, при 2 тыс.шт./га –
0,269 м3, а при 4 тыс.шт./га – 257 м3. Разреживание позволило увеличить объем
среднего дерева на 12-20%.
11
Площади сечений и запасы характеризуются высокими показателями.
При 1 тыс.шт./га, в среднем, абсолютная полнота составляет 29,2 м2/га, а запас 270 м3/га, при 2 тыс. шт./га – 31,3 м2/га и 283 м3/га, при 4 тыс.шт./га – 36,3 м2/га
и 346 м3/га, соответственно. Таким образом, запас сильно зависит от количества
деревьев на ПП.
Динамика роста культур ели. Закономерности, установленные в сосновых насаждениях, проявляются и в культурах ели, но в более сглаженном виде
из-за биологических свойств породы.
На всех пробных площадях продолжается самоизреживание. В самых густых вариантах отпад составляет 22,7-42,4%, при густоте 2 тыс. шт/га –
3,4-33,6%, а при густоте 1 тыс. шт./га - 2,2 %. На разреженных секциях отпад
растений сильно колеблется и составляет 2,3-24,3%.
Рубки ухода. Главной целью проведения рубок ухода в лесосырьевых
плантациях является регулирование густоты, а также устранение усохших, отстающих в росте, малоценных деревьев и повышение качества оставляемой части древостоя.
На объекте № 6 рубка была проведена в 10-летнем возрасте после смыкания крон деревьев (было вырублено 50% деревьев на пробных площадях), а последующий прием в возрасте 26 лет был пропущен. На объекте № 3, наоборот,
был пропущен первый прием, а второй проведен.
Опытные работы показали, что снятие пресса конкуренции проведением
своевременного разреживания густых культур способствует энергичному росту
оставленных деревьев и быстрому восстановлению биомассы древостоя, характерной для данных лесорастительных условий
Через 15 лет после разреживания, на ПП различия между вариантами по
площади сечения и запасу древесины сглаживаются. Примерно одинаковые
объемные приросты в первых случаях формируются на меньшем количестве
деревьев.
Анализ полученных данных свидетельствует, что для получения крупномерной древесины в 40 летнем возрасте оптимальной следует считать густоту
древостоя 1,5-2 тыс. шт./га для ели и 1,0-1,2 - для сосны.
При этом будет сформирован высокопродуктивный древостой однородный по размерам и качеству древесины.
Глава 5. Особенности строения плантационных культур
Исследования в этой области показали, что определяющее значение для
формирования товарной структуры древостоя имеет распределение деревьев по
диаметру. При этом выяснилось, что их распределение зависит от происхождения насаждений (Плохинский,1970). При исследовании культур ели в широком
диапазоне густот отмечено, что с повышением густоты характер распределения
деревьев по диаметру изменяется - дисперсия уменьшается, амплитуда увеличивается, максимум распределения смещается в сторону меньших диаметров
(Собачкин, 2005).
12
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Естественные леса
ПП36
ПП49
ПП64
Плантации
%
Изучение строения древостоев 35-летних плантационных культур является
ключевым, поскольку именно в них на сегодняшний день следует проводить
рубки ухода.
Нами были исследованы ряды распределения деревьев по ступеням толщины. Для выравнивания рядов использована кривая нормального распределения. Анализ показал, что теоретические значения рядов распределения хорошо
аппроксимируют исходные ряды распределения. Значения коэффициента корреляции эмпирических и теоретических значений рядов распределений составляют 0,89÷0,97, что указывает на очень высокую степень достоверности.
Ряды распределений в исследованных З5-летних культурах обладают отрицательной асимметрией в редких древостоях и положительной - в густых, а
также, в основном, отрицательным эксцессом. Это, с одной стороны, свидетельствует о преобладании в насаждении маломерных стволов, а с другой - об
однородности распределения по диаметру.
На вариантах с 1000 и 2000 шт./га древостои имеют отрицательную асимметрию, что свойственно приспевающим и спелым древостоям.
Рисунок 1. демонстрирует явное отличие рядов нормального распределения плантаций ели от распределения деревьев по ступеням толщины в спелых и
перестойных древостоях естественного происхождения.
ПП53
0
5
10
15
20
25
30
Диаметр, см
35
40
45
50
Рисунок 1 - Ряды распределений естественных древостоев и плантаций ели
Коэффициент вариации уменьшается с увеличением диаметра. У ели на
примере объекта № 6 (наиболее четкая закономерность) с 34 до 17%, у сосны
вариация колеблется в небольшом диапазоне от 27 до 20%.
Варьирование диаметров в культурах ели уменьшается с увеличением dm и,
следовательно, уменьшением густоты древостоев. Древостои на объекте «Дигонец» характеризуются высоким R2равным 0,81. На ПП в Ленинградской области такой высокой четкой взаимосвязи между данными показателями не
наблюдается, что обусловлено сравнительно недавними рубками ухода.
Сравнивая полученные ряды распределения, можно сказать, что рубки
ухода и комплексный уход изменяют структуру древостоя и влияют на распределение деревьев по ступеням толщины. По форме кривой распределения можно достаточно объективно судить о направленности и распределении конкурентной нагрузке в древостое.
13
Средние высоты составляют 18,4-20,6 м, тесной связи между высотой и густотой культур не наблюдается.
Несмотря на то, что плантации одновозрастные, плантации Псковской области имеют большую высоту и растут по 3 разряду высот, а в Ленинградской по 6-му разряду.
Сравнительный анализ кривых роста плантационных культур ели на пробных площадях с кривыми роста ели естественного происхождения показал, что
плантационные культуры дают большие запасы из тонкомерной части и несколько меньшие - из толстых ступеней (Рисунок 2).
31
Разряды: 2
Высота, м.
4
21
5
6
16
Естественные
древостои
3
26
7
2 тыс. шт./га объект №3
11
6
4
8
12
16
20
Диаметр, см.
24
28
32
4 тыс. шт./га объект №6
"Гридино" 2,5 тыс. шт./га
Плантации
2 тыс. шт./га объект №6
Рисунок 2 - Зависимость высот и диаметров от густоты древостоев (разряды высот естественных древостоев и плантационных культур ели)
Для лесных культур с избыточной густотой требуются свои таблицы объемов для планирования и проведения хозяйственных мероприятий.
В зависимости от густоты будет меняться и сбег. В контрольных вариантах культур ели были сделаны замеры диаметры на h1.3 и h0.1. Средний сбег в густых культурах (4000 шт./га) равен 1,5 см/м; при 2000 шт./га - 2,3 см/м; при
1000 шт./га - 3,9 см/м. Таким образом, в редких культурах заметна сильная сбежистость, с увеличением густоты она уменьшается.
Строение плантационных культур по таксационному диаметру достоверно отличается от естественных насаждений и возникает необходимость разработки лесотаксационных нормативов для плантационных культур.
Глава 6. Товарная структура древостоев и влияние лесоводственных
мероприятий на качество древесины
Товарная структура. Особенности товарной структуры ели проиллюстрированы на Рисунке 3 и характеризуются следующим образом:
1) при начальной густоте в 1000 шт./га наблюдается преобладание
средней деловой древесины (61%), с незначительной долей крупной деловой
древесины – 4%.
14
2) при начальной густоте в 2000 шт./га преобладает средняя деловая
древесина - 66%. Мелкая деловая составляет 30%.В разреженных секциях
наблюдается практически равное соотношение между средней и мелкой древесиной. На не разреженных площадях данное соотношение составляет 55 и 41%,
с незначительным наличием крупной деловой древесины.
3) при начальной густоте в 4000 шт./га наблюдается незначительное
преобладание мелкой деловой древесины (53%) над средней (44%) на не разреженных секциях, а также незначительное преобладание средней древесины
(53%) над мелкой (45%) древесиной на разреженных участках.
100
Дровяная
60
Мелкая
деловая
40
Средняя
деловая
20
Крупная
деловая
%
80
"Гридино"
"Дигонец"
1000 шт/га
ПП 64
ПП 62
ПП 61
ПП 60
2000 шт/га
ПП 53
ПП 52
ПП 51
ПП 51*
ПП 50
50*
4000 шт/га
ПП 49
ПП 48
ПП 48*
ПП 47
ПП 46
ПП 46*
Объект №3
1000 шт/га
ПП 12
ПП 14
ПП 10
2000 шт/га
ПП 19
ПП 16
ПП 18
4000 шт/га
ПП 28
ПП 27
ПП 25
"Проворовские"
ПП 36
ПП 37
ПП 38
ПП 39
ПП 40
0
25 лет
34 года
35 лет
56 лет
Рисунок 3 - Выход ликвидной древесины в плантационных культурах
ели, выраженный в процентах
Для плантационных культур сосны (Рисунок 4) характерно небольшое сокращение доли мелкой древесины с уменьшением густоты (с 43% при
4 тыс. шт./га до 29% при 1 тыс. шт./га) и увеличение доли средней с появлением крупной древесины. Такие незначительные различия в выходе деловой древесины объясняются меньшим количеством вариантов культур сосны по густоте (23,6%), по сравнению с елью (53%).
100
Дровяная
80
Мелкая
деловая
Средняя
деловая
Крупная
деловая
%
60
40
20
35 лет
4000 шт/га
ПП 39
ПП 38
ПП 37
ПП 36
ПП 36*
Объект№2
ПП 2
ПП 1
ПП 3
"Проворовские"
ПП 45
ПП 46
ПП 52
ПП 54
"Дигонец"
1000 шт/га
ПП 21
ПП 20
ПП 19
ПП 18
2000 шт/га
ПП 30
ПП 29
ПП 28
ПП 28*
ПП 27
0
51 год
Рисунок 4 - Выход ликвидной древесины в плантационных культурах сосны,
выраженный в процентах
15
Анализируя выход древесины в 50– летних плантационных культурах,
можно сказать, что соотношение процентов выхода деловой древесины соответствует выходу на редких вариантах 35 – летних культур.
Несмотря на различия по запасу между пробными площадями Ленинградской и Псковской областей (Рисунок 5, 6), процентное соотношение выхода товарной древесины имеет примерно одинаковые значения. Сортиментную
структуру плантаций в первую очередь определяет густота.
700
Сосна
Дровяная
Мелкая деловая
Средняя деловая
Крупная деловая
600
56 лет
34 года
500
35 лет
400
25 лет
300
200
0
"Гридино"
"Дигонец"
1000 шт/га
ПП 64
ПП 62
ПП 61
ПП 60
2000 шт/га
ПП 53
ПП 52
ПП 51
ПП 51*
ПП 50
50*
4000 шт/га
ПП 49
ПП 48
ПП 48*
ПП 47
ПП 46
ПП 46*
Объект №3
1000 шт/га
ПП 12
ПП 14
ПП 10
2000 шт/га
ПП 19
ПП 16
ПП 18
4000 шт/га
ПП 28
ПП 27
ПП 25
"Проворовск…
ПП 36
ПП 37
ПП 38
ПП 39
ПП 40
Запас, м3/га
100
Дровяная
Мелкая деловая
Средняя деловая
35 лет
Крупная деловая
4000 шт/га
ПП 39
ПП 38
ПП 37
ПП 36
ПП 36*
Объект №2
ПП 2
ПП 1
ПП 3
"Проворовские"
ПП 45
ПП 46
ПП 52
ПП 54
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
"Дигонец"
1000 шт/га
ПП 21
ПП 20
ПП 19
ПП 18
2000 шт/га
ПП 30
ПП 29
ПП 28
ПП 28*
ПП 27
Запас, м3/га
Рисунок 5 - Выход ликвидной древесины в культурах ели в м3/га
51 год
Рисунок 6 - Выход ликвидной древесины в культурах сосны в м3/га
Влияние лесохозяйственных уходов и густоты древостоев на показатели плотности и массы древесины в плантационных культурах. Для целлюлозно-бумажного производства представляет несомненный практический
интерес, чтобы увеличение объёмных показателей древесины сопровождалось
увеличением ее массы.
16
Средняя базисная
плотность ствола,кг/м3
Анализ отобранных образцов древесины сосны и ели на объекте №3 (Ленинградская область, Орлинское участковое лесничество, кв. 93) позволил рассчитать уравнения базисной плотности древесины ствола. Полученные уравнения описывают с высокими коэффициентами детерминации зависимость плотности древесины на высоте 1.3м со средней базисной плотностью ствола (Рисунок 7, 8).
для ели: ρ = 0,53ρ1,3+214,08
для сосны: ρ = 0,75ρ1,3+125,90
490
480
470
460
450
440
430
420
410
400
424
423
400
395
390
400
410
420
430
480
477
457
432
467
432
444
y = 0,75x + 125,90
R2 = 0,90
432
440
450
460
470
480
490
Базисная плотность на высоте 1,3 м
Средняя базисная
плотность ствола,кг/м3
Рисунок 7 - Связь средней базисной плотности древесины ствола с плотностью на высоте 1.3 м для плантационных культур сосны.
460
436
431 438
450
440
430
408
420
410
341
337
400
390
355
330
380
320
330
340
350
360
360
370
377
380
406
385
390
400
410
y = 0.53x + 214.08
R² = 0.85
420
430
440
450
Базисная плотность на высоте 1.3 м
Рисунок 8 - Связь средней базисной плотности древесины ствола с плотностью на высоте 1.3 м для плантационных культур ели
Полученные уравнения связи базисной плотности древесины на высоте
1,3 м с плотностью древесины всего ствола могут быть использованы в дальнейших исследованиях аналогичных лесных культур без рубки модельных деревьев, а только с отбором кернов древесины.
На обследованных нами объектах, показатели средней базисной плотности древесины культур в Ленинградской области превышают показатели
Псковской области на 20% по сосне и на 10% по ели. Средняя базисная плотность сосновых культур составила 429 кг/м3, а для ели – 417 кг/м3. Полученные
данные показывают, что средняя базисная плотность древесины культур сосны
и ели выше средних показателей для района исследования: ель 380 кг/м3, сосна
409 кг/м3 (Полубояринов О.И., 1976).
17
4 тыс. шт/га.
ПП 26
ПП 27
ПП 25
2 тыс. шт/га.
ПП 19
ПП 16
ПП 18
250
200
150
100
50
0
Сосна "Дигонец"
1 тыс. шт/га.
ПП 21
2 тыс. шт/га.
ПП 30
ПП 28
4 тыс. шт/га.
ПП 39
ПП 38
Ель "Дигонец"
1 тыс. шт/га.
ПП 64
2 тыс. шт/га.
ПП 53
ПП 51
ПП 51*
4 тыс. шт/га.
ПП 49
ПП 48
ПП 48*
ПП 47
Ель Объект №3
I тыс. шт/га.
ПП 12
ПП 14
ПП 10
Фитомасса, т/га
В Псковской области средняя базисная плотность древесины культур ели
превышает значения для сосны (379 кг/м3и 356 кг/м3соответственно). Такие же
значения плотности древесины сосны (357 кг/м3) были получены ранее Полубояриновым О.И. в 38 летних плантациях сосны для данного района исследований (Полубояринов, Федоров,1991).
Благодаря полученным уравнениям плотности ствола, нами был сделан
расчет фитомассы стволов на ПП (Рисунок 9). Массовые показатели ели превосходят показатели сосны в схожих вариантах по густоте
Массовые показатели ели превосходят показатели сосны в схожих вариантах по густоте в среднем на 38 т/га при исходной густоте 1 тыс.шт./га, на72
т/га при 2 тыс.шт./га и на 92 т/га при 4 тыс.шт./га. Максимальная производительность ели (197-224 т/га) в условиях Псковской области приходится на варианты с исходной густотой 4 тыс.шт./га, как и в разреженных вариантах в Ленинградской области (143 т/га). У сосны практически во всех вариантах показатели колеблются в небольшом диапазоне от 96 до 119 т/га. Это зависит от густоты, самоизреживание на вариантах с начальной густотой 2 и 4 тыс.шт./га
привело к практически одинаковой густоте 1150 шт./га.
Рисунок 9 - Показатели фитомассы стволов в плантационных культурах
Исследование зон ранней и поздней древесины выявило различия в
этих показателях для сосны и ели (Таблица 2). Наблюдается тенденция к увеличению доли поздней древесины с возрастом в годичном приросте у ели на
5-7%, у сосны - на 3-5%, но в некоторых ступенях толщины произошло и снижение. Средняя ширина годичного слоя для ели составила 2,24 мм, для сосны
1,57-1,93мм. Коэффициент варьирования доли поздней древесины у ели
44-52%, доли ранней древесины 20-75%. У сосны размах коэффициента варьирования поздней древесины 28-69%, ранней древесины 51-63%.
Таблица 2 - Коэффициенты корреляции базисной плотности древесины с показателями древесины для плантационных культур сосны и ели
Ель
Средняя базисная плотность
Поздняя древесина
Ранняя древесина
Средняя ширина годичного слоя
417
-0,25
-0,53
-0,52
Сосна
429
-0,43
-0,59
-0,55
18
Выводы и рекомендации
1.
Разработанная в процессе исследований геоинформационная система «Плантационные культуры» предоставляет возможность многодисциплинарных анализов характеристик плантационных культур с разработкой нормативной документации и оценкой эффективности проводимых хозяйственных
мероприятий;
2.
Методика и техника комплексной оценки экологического состояния
лесных плантаций базируется на использовании геохимического подхода с
определением концентраций тяжелых металлов и вредных веществ - поллютантов, создающих проблемы экологического характера; дистанционных методов и
ГИС – технологий;
3.
Табличные и математико – статистические модели строения насаждений, выращиваемых на лесных плантациях в разных стадиях их роста являются основой для таксации плантационных культур и проверки соответствия
получаемых результатов главной идее закладки лесной плантации;
4.
Сортиментно – сортные таблицы плантационных древостоев являются нормативным документом для определения выхода сортиментов из общего запаса древесины, выращенного с использованием плантационных высокоинтенсивных методов, так как структура плантационных древостоев резко отлична от насаждений естественного происхождения;
5.
В диапазоне исследованной исходной густоты культур ели
(1 - 4 тыс. шт./га) наибольшие показатели диаметра ствола наблюдаются в 35летних посадках и получены при густоте 1 тыс. шт./га – в среднем 22 см. Превышение среднего диаметра составляет 23% по сравнению с густотой 2 тыс.
шт./га и 45% по сравнению с густотой 4 тыс. шт./га. При низкой густоте закладки культур не обеспечивается требуемое количество запасных растений
для отбора лучших по генотипу деревьев при разреживании, а также исключается возможность коммерческого промежуточного пользования. В зависимости
от густоты будет меняться и сбег: в редких культурах заметна сильная сбежистость, с увеличением густоты она уменьшается.
6.
В 9 - 13 лет происходит устойчивая дифференциация деревьев по
рангам. Этот временной интервал (9 - 13 лет) может считаться оптимальным
для проведения первого разреживания плантаций ели, выращиваемых по интенсивным технологиям на богатых почвах с применением механической обработки, осушения, крупномерного посадочного материала и уходов.
7.
В культурах ели, так же, как и сосны, разреживание в 10 - летнем
возрасте приводит к формированию более крупномерного древостоя. По своим
параметрам разреженные древостои не уступают древостоям аналогичной густоты без разреживания. Следовательно, при разреживании формируются более
крупномерные деревья, а фитоценозы восстанавливают сомкнутость и продуктивность в соответствии с лесорастительными условиями.
8.
На обследованных объектах, показатели средней базисной плотности древесины плантационных культур в Ленинградской области превышают
показатели Псковской области на 20%. по сосне и на 10% по ели. Полученные
19
данные показывают, что средняя базисная плотность древесины культур сосны
и ели выше средних показателей для района исследования.
9.
Анализ полученных данных свидетельствует о том, что для получения крупномерной древесины в 40 летнем возрасте оптимальной следует считать густоту древостоя 1,5-2 тыс. шт./га для ели и 1,0-1,2 тыс. шт./га - для сосны. При этом будет сформирован высокопродуктивный древостой однородный
по размерам и качеству древесины.
10. Строение плантационных культур достоверно отличается от естественных насаждений, поэтому возникает необходимость разработки соответствующих лесотаксационных нормативов для плантационных культур.
11. Как по объемным, так и по весовым показателям плантации ели
превосходят плантации сосны, что делает ель наиболее подходящей выращиваемой породой с целью получения балансового сырья для целлюлозно-бумажной
промышленности.
СПИСОК РАБОТ ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Степаненко С.М. Таксационная структура древостоев ели искусственного происхождения / С.М. Степаненко // Научно-технический журнал «Вестник МАНЭБ». – 2010. – Т.14, №4, –С.87-92.
2.Данилов Д.А. Строение и плотность древесины ели и сосны в плантационных культурах Ленинградской области / Д.А. Данилов, С.М. Степаненко //
Известия Санкт-Петербургского лесотехнического университета. –2013. –Вып.
204. – С.21-32.
Публикации в периодических изданиях и материалах конференций:
1. Степаненко С.М. Ускоренное производство древесины на лесосырьевых плантациях Псковской области / С.М. Степаненко, О.И. Антонов // Материалы научно-практической конференции: Биотехнологии и вызовы времени,
17-19 мая 2011, СПб, Ленэкспо –СПб: Издательско-полиграфический комплекс
ЛЕНЭКСПО.– 2011. – С.95-95.
2. Данилов Д.А. Показатели базисной плотности и массы древесины ели в
плантационных культурах различной густоты / Д.А. Данилов, С.М. Степаненко // Материалы международной конференции: Современные проблемы лесного хозяйства и лесоустройства, посвященной памяти классиков отечественного
лесоводства Морозова Г. Ф. и Орлова М.М. 15 ноябрь 2012 г, Санкт-Петербург
:СПбГЛТУ, Том № 15 – 2012 г. – С.123-125.
3. Степаненко С.М. Влияние уходов и густоты на плотность древесины
ели и сосны в плантационных культурах // Степаненко С.М, Зайцева О.А, Данилов Д.А. // Научно–технический прогресс в лесном хозяйстве, охране природы и ландшафтном строительстве. – 2013.–Вып. 10, – С.56-61.
4. Степаненко С.М. Использование инверсионной модели отражения и
спектральных индексов для определения характеристик бореальных лесов /
С.М. Степаненко, Д.А. Любимов, В. Буров. // Научно–технический прогресс в
20
лесном хозяйстве, охране природы и ландшафтном строительстве.–2013. –Вып.
9(1). – С.11-15.
5.Любимова Т.Ю. Оценка изменений характеристик лесов по временным
сериям космических снимков среднего разрешения "Landsat-tm+" /Т.Ю. Любимова, С.М. Степаненко, Н.А. Беляев// Научно технический прогресс в лесном
хозяйстве, охране природы и ландшафтном строительстве" – 2013. –Вып. 9(1).
– С.71-75.
Просим принять участие в работе диссертационного Совета Д212.220.02
или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными
подписями по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, СанктПетербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Ученому секретарю диссертационного совета.
СТЕПАНЕНКО СЕРГЕЙ МИХАЙЛОВИЧ
АВТОРЕФЕРАТ
Подписано в печать с оригинал-макета 04.10.13
Формат 60×84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная.
Уч.-изд. Л. 1,0. Печ. л. 1.25. Тираж 100 экз. Заказ № 121. С 14 а.
Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет
Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТУ
194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
7
Размер файла
605 Кб
Теги
методов, хвойные, древостоев, структура, север, созданных, запад, лесовыращивания, россии, плантационного
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа