5.5.3.2. Типы и виды лесных культур
Искусственное возобновление лесов, отвечающих заданным целям лесовыращивания, возможно на основе знания экологии леса, происходящих процессов по его формированию и требует применения научно обоснованных агротехнических приемов и параметров создания и выращивания лесных культур в различных лесорастительных условиях.
Тип лесных культур – совокупность лесных культур, характеризующаяся одинаковым назначением, породным составом, густотой и размещением культивируемых растений на лесокультурной площади. Тип лесных культур является основополагающим понятием в лесокультурном производстве, определяющим особенности строения и формирования древостоев, продуктивность и биологическую устойчивость лесов. Более равномерное размещение древесных растений в культурах в сравнении с подростом является одним из факторов (наряду с густотой),определяющих особенности формирования культур и обеспечивающих значительное превосходство в продуктивности искусственных насаждений над естественными. Тип культур должен отвечать экологическим особенностям культивируемых пород, лесорастительным условиям лесокультурной площади, целевым установкам лесовыращивания и экономическим возможностям лесохозяйственного предприятия.
Вид лесных культур – совокупность лесных культур, выделяемая по их назначению (лесные, ландшафтные, плантационные), по времени производства относительно рубки главного пользования (предварительные, последующие), первоначальному породному составу (чистые, смешанные), по характеру размещения культур на площади (частичные, сплошные, частично-сплошные) и интенсивности лесокультурных мероприятий (лесные, плантационные).
Предварительные лесные культуры – лесные культуры, созданные под пологом леса для замены поступающих в ближайшие годы в рубку древостоев. При создании предварительных культур необходимо учитывать технологию предстоящей заготовки леса; культуры следует создавать после отвода лесосек на пасеках, исключая волоки и погрузочные площадки. Создание предварительных культур позволяет обеспечить непрерывность лесовозобновительного процесса, снизить возраст рубки, повысить продуктивность лесов.
Последующие лесные культуры создаются после рубки древостоя или лесного пожара. Культуры создаются в случае, если нельзя обеспечить естественное возобновление леса главной древесной породой в лесоводственно приемлемые сроки.
Чистые лесные культуры состоят из одной, а смешанные – из двух или большего числа культивируемых древесных пород и кустарников. Выбор чистых или смешанных культур зависит от многих лесоводственных и экономических факторов и в значительной мере определяет биологическую устойчивость и продуктивность лесов. Смешанные лесные культуры более полно соответствуют природе леса. Чистые культуры формируют простые по форме древостои, а смешанные – сложные.
Частичные лесные культуры характеризуются их размещением на лесокультурной площади между куртинами подроста ценных пород; создаются они для повышения продуктивности лесов или улучшения породного состава древостоя. Имеющиеся куртины подроста исключаются из лесокультурной площади и площади создаваемых лесных культур.
Сплошные лесные культуры характеризуются относительно равномерным размещением на лесокультурной площади культивируемых растений, обеспечивающим их преобладающее участие в составе древостоя. Частично-сплошные культуры включают участки сплошных и частичных культур на одной и той же лесокультурной площади.
Плантационные культуры создаются с целью получения максимального количества определенной лесной продукции на основе применения интенсивных технологий, в первую очередь ели с целью получения балансовой древесины для целлюлозно-бумажной промышленности. Применение плантационного выращивания целесообразно также при внедрении в культуры экзотов, технических, плодовых и других высокоценных пород.
Ландшафтные лесные культуры создаются с целью улучшения эстетических свойств местности и (или) устойчивости насаждений к рекреационным нагрузкам.
Подпологовые лесные культуры создаются под пологом низкополнотных насаждений для повышения продуктивности, устойчивости, защитных и декоративных свойств лесов.
Особенности взаимодействия и взаимного влияния древесных пород.При создании смешанных культур необходимо учитывать биологические и экологические особенности культивируемых древесных пород, которые обусловливают их взаимное влияние и взаимодействие. Различают непосредственное и опосредованное влияние. Непосредственное влияние происходит через выделение растениями продуктов метаболизма (фитонцидов, корневых выделений) и распространение болезней и вредителей. Опосредованное влияние осуществляется через отношениякультивируемых пород со средой – через поглощение растениями солнечной радиации, почвенной влаги, минеральных питательных веществ.Взаимное влияние пород носит угнетающий характер, когда одна порода по отношению к другой является ингибитором, и стимулирующий, когда одна порода по отношению к другой является активатором.
Особенности взаимодействия древесно-кустарниковых пород зависят от возраста, количественного соотношения пород (состава), ярусной структуры, густоты древостоя и проявляется по-разному в тех или иных лесорастительных условиях.Примером изменения характера взаимоотношений пород с возрастом служит формирование елово-березовых древостоев. На первых стадиях роста береза обгоняет ель, сдерживая ее рост и развитие, но к 50 – 70 годам ель выходит в первый ярус древостоя и оказывает угнетающее влияние на рост березы, ускоряя ее выпадение.
Зависимость характера взаимодействия древесных пород от состава древостоя прослеживается на примере смешанных сосново-березовых насаждений. При значительном участии березы в составе древостоя она угнетает рост сосны, а при малом участии формируется оптимальный породный состав, который для лесной зоны можно выразить формулой 7СЗБ (или 8С2Б).
В зависимости от густоты древостоя изменяется интенсивность взаимного как положительного (ускорение роста лидирующих деревьев в высоту, формирование ствола, очищаемость от сучьев), так и отрицательного (конкуренция, подавление роста) влияния древесных пород.
Влияние лесорастительных условий на характер взаимоотношений древесных пород можно показать на примере смешанного сосново-березового насаждения. В условиях относительно плодородных почв сосняка разнотравного береза угнетает сосну, на песчаных же почвах береза не может составить конкуренцию сосне.
Взаимодействие и взаимовлияние древесно-кустарниковых пород можно регулировать как лесоводственными (рубки ухода), так и лесокультурными методами. К последним относятся выбор типа культур, регулированиепервоначальной густоты и сроков введения тех или иных пород в культуры.
Преимущества и недостатки чистых и смешанных лесных культур.Чистые и смешанные культуры имеют свои положительные и отрицательные стороны, преимущества и недостатки. Наиболее значимые преимущества смешанных лесных культур:
в связи с различиями биоэкологических особенностей культивируемых древесных пород они полнее используют условия среды (солнечную радиацию, почвенную влагу, минеральные питательные вещества). Различия древесных пород в теневыносливости и быстроте роста способствуют формированию сложных по породной и ярусной структуре древостоев, более полно использующих солнечную радиацию в сравнении с простыми по форме древостоями. Различия древесных пород в формировании архитектуры корневых систем обусловливают возможность обеспечения культивируемых растений влагой и минеральными питательными веществами из разных почвенных горизонтов. Древесные породы, кроме того, характеризуются некоторыми различиями в интенсивности потребления тех или иных минеральных питательных веществ. Перечисленные биоэкологические особенности древесных пород обеспечивают более высокую продуктивность лесов со смешанными древостоями в сравнении с чистыми;
более полно соответствуют природе леса, в связи с чем более устойчивы к неблагоприятному воздействию условий среды, меньше подвержены ветровалу, снеголому, бурелому, более устойчивы к лесным пожарам. В смешанных древостоях ухудшаются условия распространения фитоболезней и энтомовредителей, в связи с чем повышается биологическая устойчивость лесов, предотвращаются снижение их продуктивности и распад древостоев;
имеют более высокие водоохранные, защитные, санитарно-гигиенические и эстетические свойства;
наличие лиственных пород в составе культур способствует улучшению почвообразовательных процессов и повышению плодородия почвы.
Преимущества чистых культур проявляются:
при выращивании леса для получения древесины какого-либо определенного сортимента;
при выращивании плантационных культур по интенсивным технологиям;
в случаях, когда лесорастительные условия благоприятны для произрастания какой-либо одной древесной породы (например, сосны на песках);
когда смешение древесных пород ведет к межвидовой конкуренции и ухудшению роста и состояния, а иногда и гибели культур древесных пород (например, при создании культур сосны в смешении с другими древесными породами в условиях степи);
снижается стоимость лесокультурных работ вследствие упрощения технологии выращивания посадочного материала и создания культур.
Особенности создания смешанных лесных культур.Для создания смешанных лесных культур используются главные, сопутствующие древесные породы и кустарники. Назначение главных древесных пород – формирование запаса древесины, выполнение других функций, обусловленных целевыми установками лесовыращивания. Назначение сопутствующих пород – способствовать росту и формированию ствола главной древесной породы и улучшению почвообразовательных процессов. Роль кустарниковзаключается в притенении почвы, задержании снега, в предупреждении иссушения почвы в весенне-летний период за счет снижения скорости движения приземного слоя воздуха, в улучшении условий образования гумуса из опада кустарников, в подавлении роста сорной травянистой растительности.
При создании смешанных культур в лесной зоне используют, как правило, две главные породы − сосну и ель, сосну и лиственницу, ель и лиственницу. В редкихслучаях в опытном порядке смешивают три или большее число древесных пород. В степной зоне ограничивающим фактором создания смешанных культур являются сложные лесорастительные условия – во избежание конкуренции пород за почвенную влагу здесь рекомендуется создавать преимущественно чистые лесные культуры.
Главная древесная порода должна отвечать как лесорастительным условиям, так и условиям ведения лесного хозяйства, в частности, экономической и технической возможности выполнения необходимых объемов агротехнических и лесоводственных уходов, использования получаемой при рубках ухода древесины. Сопутствующие древесные породы и кустарники по отношению к главной древесной породе должны являться активаторами, обладать достаточно высокой теневыносливостью, соответствовать лесорастительным условиям и ее биологии. Наилучшего результата следует ожидать от смешения светолюбивых и теневыносливых, быстро- и медленнорастущих, с глубокой и поверхностной корневой системой древесных пород.
Различают типы и способы (схемы) смешения. Известны типы смешения: древесно-теневой, древесно-кустарниковый и комбинированный. Древесно-теневой тип предполагает смешение главной и сопутствующих пород, древесно-кустарниковый – главной древесной породы и кустарников, комбинированный – всех трех компонентов. При смешении двух или большего числа главных пород тип смешения можно называть древесным.
Известны следующие способы (схемы) смешения:
рядовое (порядное) – культивируемые породы смешиваются через один ряд;
кулисное – одна или все культивируемые породы смешиваются через два или большее число рядов;
подеревное – смешение в ряду через одно посадочное (посевное) место;
звеньевое – смешение в ряду звеньями посадочных (посевных) мест;
групповое – смешение группами посадочных (посевных) мест;
комбинированное – путем комбинирования различных способов смешения.
В лесной зоне, где наблюдается хорошее возобновление лиственных пород, культивирование их нецелесообразно – смешение здесь достигается за счет примешивания возобновления лиственных пород.
Подбор древесных пород необходимо обеспечить таким образом, чтобы они занимали разные экологические ниши относительно почвенного питания и использования солнечного света. Внедрение в культуры древесных пород, занимающих одну экологическую нишу, приведет к их конкуренции за использование условий среды, что не позволит добиться увеличения продуктивности культурценоза и улучшения состояния культивируемых растений; в результате может быть получен не положительный, а отрицательный лесоводственый эффект.
При создании культур смешением древесных пород, занимающих одну экологическую нишу, может произойти в будущем значительное изменение первоначального состава за счет отпада одной из культивируемых древесных пород, менее приспособленных к совместному произрастанию с другой породой в конкретных лесорастительных условиях лесокультурой площади. Такое явление может наблюдаться в случае, когда одна древесная порода уступает другой в росте в течение длительного периода времени или всего срока роста культур.
Необходимо учитывать биологическое свойство некоторых древесных пород обеспечивать различные темпы нарастания биометрических показателей в различные периоды онтогенеза. Например, ель в первые десятилетия растет в высоту медленно, но по достижении 30-летнего возраста темпы роста в высоту быстро увеличиваются и достигают максимальных значений. Лиственница, наоборот, в начальный период может опережать в росте по высоте и диаметру сосну, уступая ей во второй половине 100-летнего периода роста. Необходимо иметь ввиду, что особенности роста древесных пород в различные периоды онтогенеза зависят от лесорастительных условий − биологические свойства древесных пород проявляются в увязке со средой. В приведенном выше примере совместного произрастания сосны и лиственницы может быть получен другой результат, если лесорастительные условия более благоприятны для произрастания одной из древесных пород.
Особенности цикличности роста в высоту как в чистых, так и в смешанных культурах можно установить, путем сравнения хода роста культурпо высоте и диаметру ствола в различных фазах и возрастных этапах.
При смешении древесных пород, занимающих разные экологические ниши, различное отношение древесных пород к использованию почвенного плодородия и солнечной радиации снижает остроту конкуренции между древесными породами в культурценозе; в некоторых случаях одна древесная порода может выступать в качестве активатора по отношению к другой, способствуя улучшению среды ее обитания.
При смешении светолюбивых быстрорастущих древесных пород сосны и лиственницы с теневыносливой медленнорастущей в молодом возрасте елью формируются многоярусные насаждения, близкие по структуре древостоя насаждениям естественного происхождения. Они более полно соответствуют природе леса, когда повышаются продуктивность и биологическая устойчивость насаждений к неблагоприятному влиянию условий среды.
Интенсивность ингибирующего и активирующего влияния древесных пород в культурах зависит от их долевого участия в составе древостоя. Здесь конечный результат взаимодействия древесных пород зависит как от первоначального их состава при создании культур, так и от условий формирования состава в различных фазах роста и развития как в естественных условиях роста, так и в случае применения рубок ухода за лесом.
В условиях таежной зоны в смешении используют хвойные древесные породы, чаще всего сосну, ель и лиственницу в различных комбинациях, реже кедр сибирский. Лесоводы избегают создавать смешанные культуры кедра в связи с отсутствием лесоводственной целесообразности.
Перед началом исследований вопросов регулирования породного состава культур необходимо определить конечную цель его формирования с учетом целевых установок лесовыращивания, лесорастительных условий района, экономических возможностей хозяйств, условий сбыта древесины и др. В соответствии с проектируемым составом древесных пород в возрасте спелости планируют опыт, варианты которого содержат различное долевое участие культивируемых пород при закладке культур. Такой методический подход позволяет получить достоверные результаты длительного наблюдения за формированием состава по единой предварительно разработанной методике.
Второй вариант закладки опыта – подбор участков культур, созданных в сходных лесорастительных условиях с различным долевым участием древесных пород в составе древостоя, находящихся в различных фазах роста и развития, имеет свои преимущества и недостатки. Основным преимуществом этого методического подхода является возможность проведения единовременных исследований в предельно короткий период времени – в течение одного или нескольких лет. Основной недостаток этого варианта заключается в сложности подбора участков культур, отвечающих предъявляем требованиям одновременно по лесорастительным условиям, возрасту и породному составу. С учетом ограниченных объемов создания культур с различными смешениями древесных пород в практике таежного лесоводства возможность формирования опыта по второму варианту представляется трудно достижимой.
Опыт по оптимизации породного состава культур можно разнообразить подбором объектов, созданных с использованием различных схем (способов) смешения. Организация такого исследования имеет лесоводственный смысл при изучении взаимодействия древесных пород, относящихся как к одной, так и к разным экологическим нишам.
Ниже в качестве примера приведены некоторые результаты исследований смешанных культур (Чернов, 2002). Анализ рядов распределения деревьев по диаметру ствола (рис. 19 21) позволяет сделать некоторые наблюдения и выводы.
1. Ряды распределения ели в сосново-еловых культурах сильно растянуты с сохранением выраженной правосторонней асимметрии. Такое строение рядов распределения ели (рис. 19, 20) является следствием конкурирующего влияния сосны в процессе формирования древостоя.
2. Ряды распределения деревьев сосны в смешанных сосново-еловых культурах заметно растянуты и имеют выраженнуюдвухвершинность как следствие влияния древостоя ели. Двухвершинность более заметно выражена в культурах более старшего возраста (рис. 20) в связи со снижением интенсивности роста соснового древостоя в этом возрасте в высоту.
3. Ингибирующее влияние сосны на ель выражено значительно сильнее, чем ели на сосну, вследствие отставания ели в росте в высоту в процессе формирования древостоя смешанных культур.
4. На участках смешанных культур (рис. 19, 20) в составе елового древостоя находится естественное возобновление ели и пихты, при этом на втором участке в большом количестве.
5. В чистых культурах сосны (рис. 21) подпологовое естественное возобновление ели сосредоточено в левой части полигона распределения, ряд распределения деревьев сосны не растянут – ингибирующее влияние ели на сосну выражено значительно слабее, чем в смешанных культурах, где рост ели начинается одновременно с ростом сосны.
6. В сосново-еловых культурах со смешением древесных пород в ряду (рис. 20) дифференциация роста деревьев ели выражена слабее, чем в культурах с рядовым смешением (рис. 19), где ель вследствие более сильного угнетающего влияния на ее рост сосны сосредоточивается в низших ступенях толщины, ее больше в составе подроста.
Обобщая эти и некоторые другие результаты исследований влесной и лесостепной зонах Урала, сделаны следующие итоговые обобщения по выбору и размещению типов сосновых культур.
1. Культуры сосны в свойственных ей лесорастительных условиях сосняков и переходных к ельникам достигают высокой производительности, наиболее полно реализуя возможности достижения потенциальной производительности в сравнении с сосняками естественного происхождения.
Рис. 19. Распределение деревьев по диаметру ствола в сосново-еловых культурах рядовым смешением
Рис. 20. Распределение деревьев по диаметру ствола в сосново-еловых со смешением в ряду
Рис. 21. Распределение деревьев по диаметру ствола в чистых культурах сосны
2. Смешение сосны с лиственницей в культурах повышает их производительность в условиях, благоприятных для произрастания лиственницы, в частности, в условиях сосняка-кисличника и разнотравного и близких к ним типов лесорастительных условий; на менее плодородных почвах сосняка ягодникового введение лиственницы в состав культур сосны ведет к снижению производительности смешанных искусственных древостоев.
3. Одновременное смешение сосны с елью в преобладающих лесорастительных условиях Урала нецелесообразно, так как ведет к увеличению возраста количественной спелости и оборота рубки.
4. Возрастная и ярусная структуры смешанных сосново-еловых и чистых сосновых с примесью естественного возобновления ели и пихты культур в целом благоприятны для организации непрерывного возобновления путем сохранения при проведении рубок главного пользования мелкотоварного древостоя и подроста ели предварительной генерации.
5. Достижение потенциальной производительности искусственных сосновых древостоев обеспечивается оптимальным выбором типа культур (состава древесных пород, их размещения по площади и густоты культур) и высоким агротехническим уровнем лесокультурного производства.
6. Результаты исследований свидетельствуют об очень высоком уровне потенциальной производительности лесов на Урале; создание лесных культур является наиболее реальным способом его достижения. В этой связи способ искусственного лесовосстановления в перспективе должен занимать все более значительное место в лесном хозяйстве Урала.
7. Существующие методы таксации леса не вполне пригодны для оценки продуктивности лесных культур. Оцениваемая по существующим таблицам относительная полнота древостоев культур в 1,5–2 единицы свидетельствует об иррациональности применения существующих методов таксации и табличных материалов для оценки продуктивных признаков культур. Разработка специальных методов таксации лесных культур на Урале – актуальная задача лесной таксационной науки (Чернов, 2002).