Контрольные вопросы

1. Каково распределениеи доли хвойных лесов в Российской Федерации и в Среднем Поволжье?

2. То же по мягколиственным?

3. То же по твердолиственным?

4. Каково размещение лесов по группам в связи с их хозяйственным значением в Европейско-Уральской части Российской Федерации и в Среднем Поволжье?

5. Каково распределение породного состава лесов по лесорастительным зонам в Среднем Поволжье?

6. Какова продуктивность лесов в Российской Федерации, Европейско-Уральской части и в Среднем Поволжье?

7. Какова продуктивность лесов Среднего Поволжья в пределах лесорастительных зон?

8. Каковы максимальные запасы основных лесообразующих пород в Среднем Поволжье?

9. Каковы причины различной продуктивности лесов по регионам России?

4. Оптимизация выбора главной породы

Обоснование эталонных и хозяйственно-целесообразных насаждений необходимо производить по следующим этапам:

• выбор главной породы в соответствии с природными и экономическими условиями,

• определение потенциального запаса и оптимального состава,

• определение необходимой густоты в различные возрастные этапы жизни насаждения,

• установление взаимосвязи и взаимозависимости элементов роста насаждения как с учетом рубок ухода, так и без вмешательства человека.

Выбор главной породы определяется в соответствии с природными условиями и потребностями промышленности в определенных сортиментах или в случае, когда насаждение выполняет защитные функции, оптимальными биофизическими параметрами, а также наиболее высокими санитарными и эстетическими свойствами.

В условиях европейской части России основной спрос в настоящее время и на перспективу предполагается на крупную и среднюю древесину хвойных пород, в первую очередь сосны и ели. При преобладании лишайниковых, брусничных типов леса и их вариантов, выбор между сосной и елью не представляет затруднений, так как в этих условиях известно, что ель там вообще не растет или растет плохо. При преобладании глинистых, тяжело- и среднесуглинистых почв предпочтение чаще всего следует отдавать ели.

Сложнее сделать выбор главной породы для условий свежих суборей и сураменей (свежие легкосуглинистые с переходом в супесчаные почвы), где одинаково успешно могут произрастать и сосна и ель. Здесь без дополнительных обследований не обойтись. Прежде всего, надо выбрать индикатор потенциального почвенного плодородия. В условиях действия антропогенного фактора таким индикатором может быть только верхняя высота. Все остальные индикаторы оказываются сильно измененными хозяйственной деятельностью. Поэтому средняя высота, класс бонитета, определяемый по средней высоте, а тем более запас или средний прирост в условиях действия антропогенного фактора не могут служить индикаторами потенциального плодородия почвы на отдельно взятых участках.

В некоторых случаях не может служить индикатором и тип леса потому, что длительное применение бессистемных рубок очень часто способствует формированию низко продуктивных производных типы леса — осинников и березняков. В таких насаждениях под влиянием пастьбы скота изменяется видовой состав напочвенного покрова, часто отсутствуют растения-индикаторы, свойственные коренному типу леса. В результате вырубки крупных деревьев искусственно занижается средняя высота, а как следствие - и класс бонитета.

Преимущество верхней высоты выражается в следующем.

Во-первых, самые высокие и самые толстые деревья не изменяют своего ранга в течение всей жизни насаждения. Это было показано ещё в работах А.В.Тюрина (1945), Л.К.Позднякова (1955), А.Г.Мошкалева (1957), М.Л.Дворецкого (1966), Н.П.Анучина (1977), и др. За рубежом большинство нормативных таксационных материалов также связано с применением верхней высоты.

Во-вторых, какой бы вид рубок ухода ни проводили, верхняя высота всегда остается практически неизменной, так как при любой интенсивности применяемых сейчас методов ухода все высокие деревья обычно не вырубают.

При обсуждении вопроса о верхней высоте следует сказать о методах ее определения.

К.Б.Лосицким (1973) предложен метод переменной доли, основанный на учете варьирования деревьев по толщине:

Lg(р) = 2 – kc

р – доля выборки для измерения высот самых крупных деревьев по толщине;

с – коэффициент вариации диаметров;

к – постоянный коэффициент, зависящий от породы.

Определение доли самых крупных деревьев можно также определять по ГОСТу 16128-70 «Площади пробные лесоустроительные. Метод закладки.

По нему на пробных площадях долю самых крупных деревьев определяют по таблице 4.1. К самым крупным деревьям относят самые толстые, попавшие в перечет здоровые деревья, высота которых превышает среднюю высоту.

После определения верхней высоты необходимо решить вопрос о ее использовании в качестве индикатора потенциального плодородия данных почвогрунтов. Если две исследуемые породы имеют одинаковый возраст, то сравнение их можно осуществлять непосредственно по абсолютному значению верхней высоты. Однако обычно в природе это бывает сравнительно редко, и возраст сравниваемых пород чаще всего различается. Поэтому приходится оперировать со средним приростом по верхней высоте преобладающих по возрасту деревьев.

В настоящее время, как в нашей стране, так и за рубежом продолжаются поиски взаимосвязей физико-химических свойств почвы с таксационными показателями насаждений. P.Sarlin (1963) предложил характеризовать продуктивность насаждений тропических лесов Центральной Африки мощностью почвенного слоя Р и содержанием обменных оснований S (в мг-экв на 100 г). Зависимость между этими величинами P. Sarlin выразил уравнением R=(1/3)PS, где R — продуктивность естественных насаждений, м^З.

Таблица 4.1

Доля самых крупных деревьев (%) в древостоях от общего количества перечтенных деревьев основного элемента леса

	Доля самых крупных деревьев		Доля самых крупных деревьев
0,015	20	0,030-0,032	10
0,016	19	0,033-0,035	9
0,017	18	0,036-0,038	8
0,018	17	0,039-0,042	7
0,019	16	0,043-0,048	6
0,020-0,021	15	0,049-0,054	5
0,022-0,023	14	0,055-0,064	4
0,024-0,025	13	0,065-0,076	3
0,026-0,027	12	0,077-0,100	2
0,028-0,029	11	0,101-0,154	1

Условные обозначения: Dкв- среднеквадратический (таксационный) диаметр основного элемента леса; Dар- среднеарифметический диаметр основного элемента леса

Глубина залегания в почве уплотненных или оглеенных горизонтов также служила предметом бонитировки почв. В.Д.Зеликов (1972) в лесах Щелковского опытного лесхоза Московской области установил зависимость между высотой и глубиной залегания глеевого горизонта Н=13,78+0,12х-0,0252(х:10)², где х — глубина залегания глеевого горизонта, см. Им же предложены другие показатели (механический состав почв, ее генетическая разновидность и др.).

Идея использования верхней высоты как показателя потенциального плодородия уже давно привлекала внимание исследователей. В 1963 г. в Венгрии М.Раllay (1963) при исследовании влияния скелетности почв установил кopреляцию между скелетностью почв и величиной верхней высоты. В США в 1965 г. W.Carmean были проведены исследования на 135 пробных площадях, заложенных в насаждениях Quercus velutina. В результате регрессионного анализа были установлены факторы почвы и рельефа в наибольшей степени влияющие на верхнюю высоту.

Однако использование только рельефа и механического состава почвы не всегда может полностью раскрыть их потенциальную возможность. Необходимо знать их химические свойства, которые иногда могут играть большую роль. Как показали исследования Б.Д.Зайцева (1932), изучавшего почвы в сосновых и еловых лесах Брянской, Ленинградской областей и Коми АССР, неблагоприятными для ели являются почвы с коэффициентом ненасыщенности генетических горизонтов 0,4 и выше.

Для условий Марийского Низменного Заволжья на почвах разного литологического сложения Р.Н.Шарафутдинов (1997) отмечает, что продуктивность березняков положительно коррелирует с утяжелением гранулометрического состава почв (особенно песчаных и сложенных сверху песком) как верхних горизонтов, так и на глубине 50…70 см. В этих условиях повышение уровня грунтовых вод снижает, а незначительная глееватость способствует росту. Им обнаружено, что связь продуктивности березняков с емкостью поглощающего комплекса и гумусированностью либо отсутствует, либо незначительна.

По данным финского исследователя I.Ilvessalo (1920), чем меньше содержание фосфора в верхних горизонтах, тем продуктивнее условия местопроизрастания. Для выяснения существенности связи между физико-химическими свойствами почвы и величиной среднего прироста по верхней высоте К.Б.Лосицким и В.С.Чуенковым (1980) совместно с лабораторией лесного почвоведения ВНИИЛМа были проведены специальные исследования в елово-лиственных насаждениях в лесах Московской и Костромской областей.

Для бонитировки почвы были использованы методы простого и множественного корреляционного и регрессионного анализов. Образцы почв на анализ отбирали в разрезе, который закладывался в непосредственной близости от модельного дерева, спиленного и раскряжеванного на двухметровые отрезки для производства полного анализа хода роста ствола.

Для верхних горизонтов (А₀, А₁, А₂ и А₁А₂) образец, поступающий в анализ, составлялся в результате смешения 20 индивидуальных, равновеликих по объему образцов, отбираемых равномерно по четырем направлениям от центра круговой площади с радиусом 16 м. Всего для исследований в Загорском лесхозе Московской обл. было заложено 27 пробных площадей в кисличниковой серии типов леса в смешанных елово-лиственных насаждениях IV и V классов возраста. Состав насаждений колебался от 6Е4Б до 8Е2Б.

Взаимосвязи между средним приростом по верхней высоте и свойствами почвы выявлялись по каждому генетическому горизонту. Для исследованных автоморфных дерново-подзолистых среднесуглинистых почв Загорского лесхоза зависимость между средним приростом по верхней высоте ели и физико-химическими свойствами почвы была выражена линейным уравнением множественной регрессии:

у = 0,0013х₁ + 0,1439х₂ - 0,0196х₃ - 0,0164х₄ –

-0,0119х₅ + 0,0164х₆ - 0,0090х₇ + 0,3470

где: у - средний прирост по верхней высоте, м; х₁ – суммарная мощность гумусового и подзолистого горизонтов (А₁+А₂); х₂ - содержание гумуса, %; х₃ - емкость поглощения оснований, мг-экв на 100 г; х₄ - обменная кислотность, мг-экв на 100 г; х₅ - содержание физической глины, %; х₆ - содержание ила, %; х₇ - плотность почвы, г/см^З.

Средневзвешенная ошибка аппроксимации предложенного уравнения множественной регрессии составляла 9,9% (р = 0,95). О хорошей степени приближения к опытным данным говорит также величина множественного коэффициента корреляции R = 0,834. Получив в аналогичных условиях соответствующее уравнение множественной регрессии для сосны, можно по величине превышения среднего прироста одной породы над другой, с учетом ошибок уравнения, отдать предпочтение сосне или ели.

В качестве прогнозного показателя оценки почвенных условий для выращивания насаждений определенного состава К.Б.Лосицкий (1968) предложил ввести коэффициент экологического соответствия К_эс. Его вычисляют как отношение величины запаса на корню в возрасте спелости к запасу насаждений на почвах наиболее высокого плодородия, обеспечивающих выращивание насаждений наивысшей продуктивности в пределах того или иного географического района. Наивысший запас принимается за единицу; для всех других почвенных условий К_эс выражается в долях единицы. Коэффициент экологического соответствия может устанавливаться для типов, подтипов или видов почв, для типов условий произрастания, для типов леса, для классов бонитета.

Биологическая сущность коэффициента К_эс заключается в том, что почва, на которой произрастают насаждения данной породы (по богатству органическим веществом, наличию элементов минерального питания, механическому составу, влажности и другим свойствам) в большей или меньшей степени отвечает требованиям этой породы и насаждений с ее преобладанием в составе. Это соответствие находит количественное выражение в величине запаса древесины, общей продуктивности или среднего годичного прироста на единице площади.

Было бы методически более правильным оценку экологических условий давать не через запас или средний годичный прирост, а непосредственно сопоставлением требований той или иной древесной породы к отдельным элементам питания и наличия последних в данной почве. К сожалению, уровень современных знаний о биоэкологии древесных пород и насаждений разного состава не позволяет сделать это на достаточно высоком уровне. Поэтому получаемые результаты не смогут обеспечить необходимую точность. В то же время оценка почвы по величине урожая древесной массы выражает степень пригодности почвы для данной древесной породы и указывает на большее или меньшее содержание в ней питательных веществ, влаги для роста и развития насаждений. Урожай древесины на 1 га (по запасу стволовой массы) является обобщающим критерием для оценки качества почвы.

Фактически речь идет об оценке качества или, о бонитировке почв для выращивания леса определенного состава. Выделенные по генетической классификации типы или виды почв не полностью характеризуют степень пригодности их для роста леса, имеют значение также механический состав и влажность почвы. Качество почвы изменяется в зависимости от степени развития подзолообразовательного процесса. Пригодность почв для успешного роста леса снижается с усилением степени оподзоленности. Имеют значение также типы и интенсивность аккумуляции органического вещества, кислотность почв и т. д. Следовательно, для определения качества почвы необходимо учитывать её комплекс агрохимических свойств. Это весьма сложная задача, поэтому приходится идти на некоторые упрощения. Не отказываясь от оценки по типам почв, необходимо в пределах определенного географического района различать виды почв по степени оподзоленности и затем по группам механического состава. Большое значение имеет также подстилающая порода. Каждая почва отличается многими разнообразными свойствами, но не каждое из свойств коррелирует с урожайностью (Соболев, 1974). Поэтому необходимо отбирать те свойства, которые определяют урожай органической массы, в нашем случае древесины, т.е. коррелируют с продуктивностью.

Закон корреляции между свойствами почвы и урожайностью культур или продуктивностью естественных, в том числе лесных, угодий С.Соболев называет «важнейшим законом, основой современного почвоведения». Наиболее просто определить степень пригодности почвы для роста леса по механическому составу, степени оподзоленности и влажности в пределах типа почвы.

Таблица 4.2 Коэффициент экологического соответствия для сосны и ели
Тип почвы	Сосна	Ель
Тяжелосуглинистые Среднесуглинистые Легкосуглинистые Супесчаные Песок связный	-- 0,80 1,0 0,80 0,63	0,74 1,00 0,74 0,58 0,42

Например, в условиях Московской области для дерново-подзолистых почв разного механического состава коэффициент экологического соответствия для сосны и ели будет составлять следующие значения (табл. 4.2). как видим, наилучшие условия складываются для сосны на легкосуглинистых почвах, а ели – на среднесуглинистых.

Комплексная оценка почвы для сосны выражается по типам лесорастительных условий следующими величинами показателя К_эс (табл. 4.3 ). Оптимальной величиной К_эс для борового ряда оказывается в сосняке черничном - влажный бор (0,63), а для ряда суборей В₃ (1,00). Наилучшее экологическое соответствие для сосны складывается и в свежей рамени. Однако, здесь уже включаются в оценку пригодности этих условий для выращивания сосны качество древесины. Древесина в этих условиях уступает по качеству сосне, выращенной в брусничном и черничном типах леса.

Таблица 4.3. Коэффициенты экологического соответствия по ТЛУ для сосны центральной и западной частей зоны смешанных лесов
ТЛУ	Кэс	ТЛУ	Кэс	ТЛУ	Кэс
А1	0,37	А4	0,48	В3	1,00
А2	0,48	А5	0,25	В4	0,63
А3	0,63	В2	0,80	С2	1,00

Коэффициенты экологического соответствия по типам леса и классам бонитета для сосновых и еловых лесов Белоруси приведены в табл 4.4.

Как видим, и здесь наивысшая производительность сосны и ели связана с типами леса.

Сосняки имеют в Белоруси наивысший класс бонитета в кисличном типе леса (Iа) на дерново-подзолистых, легкосуглинистых, свежих почвах. Наивысший запас сосновой древесины здесь составляет 785 кубометров на гектар. Несколько меньшая продуктивность у сосняков брусничных и черничных (К_эс = 0,80). В целом, зеленомошная группа типов сосновых лесов оказывается наиболее продуктивной.

Табл. 4.4

Коэффициенты экологического соответствия для сосновых и еловых насаждений на почвах разного плодородия

Тип леса	Почвы	Класс бонитета	Запас на 1 га в возрасте спелости	КЭС
Сосновые леса
Сосняк кисличный	Дерново-подзолистые, легкосуглинистые, свежие	Ia	785	1,00
Сосняк орляковый	Дерново-подзолистые, суглинистые, подстилаемые суглинком, свежие	I	625	0,80
Сосняк черничный	Дерново-подзолистые, песчаные или супесчаные, оглеенные, влажные	I	625	0,80
Сосняк брусничный	Дерново-подзолистые, песчаные, свежие	II	494	0,63
Сосняк мшистый	Дерново-подзолистые, песчаные, свежие	II	494	0,63
Сосняк вересковый	Дерново-подзолистые, песчаные, суховатые	III	380	0,48
Сосняк лишайниковый	Дерново-подзолистые, песчаные, сухие	IV	293	0,37
Сосняк долгомошный	Торфяно-подзолистые, песчаные или супесчаные, сырые	III	380	0,48
Сосняк багульниковый	Торфяно-глеевые, слабопроточные	IV	293	0,37
Сосняк осоково-сфагновый	Торфяно-болотные, застойные	V	221	0,28
Сосняк сфагновый	То же	Va	158	0,20
Еловые леса
Ельник снытевый	Дерново-подзолистые, суглинистые, влажные	Ia	1126	1,00
Ельник кисличный	Дерново-подзолистые, супесчаные или сугдинистые, оглеенные, свежие	I	846	0,75
Ельник мшистый	Дерново-подзолистые, супесчаные, подстилаемые суглинком, свежие	II	640	0,57
Ельник черничный	Дерново-подзолистые, супесчаные, оглеенные, влажные	II	640	0,56
Ельник долгомошный	Дерново-торфяно-подзолистые, глеевые, сырые	III	474	0,42
Ельник осоково-сфагновый	Торфяно-болотные, слабопроточные	IV	353	0,31

Ельники высшего класса бонитета представлены снытевыми типами леса на дерново-подзолистых, суглинистых, влажных почвах с производительностью 1126 куб.м. на один гектар. Здесь почвы обеспечивают ели её повышенное требование к влаге и минеральному питанию. Однако, в отличие от сосняков, ель резко снижает свой К_эс в зеленомошной группе типов леса.

Обоснование величины годичного прироста и возможной продуктивности насаждений основных лесообразующих древесных пород на единицу площади для любого географического пункта можно провести более простым способом.

В результате анализа связи между величиной продуктивности разных древесных пород по запасу стволовой древесины или по среднему годичному приросту на 1 га и количеством тепла в различных лесорастительных зонах или подзонах К.Б.Лосицким и В.С.Чуенковым (1980) установлена общая закономерность, которую можно сформулировать следующим образом: на единицу радиационного баланса или на 100° С активных температур при общей обеспеченности влагой для насаждений отдельно взятой древесной породы в одинаковом возрасте приходится одинаковая величина годичного прироста древесины независимо от географического района.

Так 1 кДж тепла производит в пределах таежной зоны и зоны смешанных лесов в еловых насаждениях в среднем в год 0,06 м³ на 1 га стволовой древесины по запасу на корню, или 0,09 м³ по общей продуктивности; каждые 100°С активных температур обеспечивают годичный прирост древесины в еловых насаждениях в среднем 0,07 м³ по запасу и 0,12 м³ по общей продуктивности.

Эта величина условно названа авторами показателем потенциальной продуктивности леса на единицу тепла Р_r. Она является для насаждений отдельной древесной породы в одном и том же возрасте величиной постоянной (константой) и не зависит от географического района (табл. 4.5).

При определении этого показателя запас и продуктивность для хвойных и дуба брались для возраста 100 лет, для мягколиственных - 50 лет.

Путем умножения величины потенциальной продуктивности на величину радиационного баланса определяется средний прирост. Максимально возможный по естественному плодородию показатель потенциальной продуктивности определяется как частное от деления среднего показателя потенциальной продуктивности на средний для района коэффициент экологического соответствия. Этот метод применяется для определения потенциальной продуктивности чистых насаждений.

Таблица 4.5 Показатели потенциальной продуктивности (Рт) насаждений основных лесообразующих пород, м3/га/год (по К.Б.Лосицкому, В.С.Чуенкову, 1980)
Порода	На 1 кДж/см2/год		На 1000 активных температур
	По запасу на корню	По общей продуктивности	По запасу на корню	По общей продуктивности
Сосна	0,04	0,08	0,22	0,40
Ель обыкновенная	0,06	0,10	0,31	0,52
Дуб обыкновенный	0,03	0,05	0,19	0,31
Береза	0,04	0,05	0,20	0,27
Осина	0,05	0,07	0,26	0,38
Ольха черная	0,04	0,05	0,21	0,28

Для примера определим потенциальную продуктивность еловых лесов Белоруссиии.

При Р_r = 0,06 м³/га и радиационном балансе для Белоруссии в 126 кДж/см²/год средний годичный прирост еловых насаждений в республике будет равен 7,6 (0,06x126) м³, а потенциальный средний запас 760 м³ (7,6x100).

При среднем классе бонитета этих насаждений в Белоруссии I,5 средний К_эс составит 0,66. При К_эс = 1,0 наивысший средний годичный прирост составит 11,5 м³ (7,6:0,65), а потенциальный запас 1150 м³. Пользуясь К_эс (см. табл. 4.4), можно определить потенциальный запас для любого класса бонитета и типа леса.

Для Республики Марий Эл (R=117,2 кДж/см²/год) для березовых и сосновых насаждений средний годичный прирост по стволовому запасу составит 117,2*0,04=4,68 куб.м/га, а потенциальный средний запас в 100-летнем возрасте 468 м³.

Потенциальную продуктивность следует рассматривать как лесорастительный эффект климатических и почвенных ресурсов в их естественном состоянии, не измененных в результате хозяйственной деятельности человека. Еще правильнее считать потенциальной продуктивностью леса величину надземной фитомассы или части ее (стволовую древесину), которая обусловлена величиной солнечной радиации в данном районе, эффективной частью ее для роста леса — радиационным балансом. Сравнение фактической продуктивности с потенциальной может показать, какие резервы имеются при данных климатических условиях в естественном плодородии почв для получения с единицы площади древесины в большем количестве, чем получаем сейчас. Применение активных мер по улучшению условий произрастания (мелиорации, удобрений и т. д.) может значительно увеличить эти резервы.

Для примера фактических и потенциальных запасов на 1 га приведены данные о средних запасах древесины сосновых и еловых насаждений в возрасте спелости по лесохозяйственным районам Волго-Вятского экономического района по сосне и ели (табл. 4.6).

Таблица 4.6