Оценка роста елового подроста в разновозрастных березняках черничных Вологодской области

Введение. Еловые леса играют важную биосферную роль, являются источником древесины [1]. Ель – это одна из главных лесообразующих пород в России, занимающая четвертое место по площади, уступая только лиственнице, сосне и березе. Ель произрастает от тундры до лесостепи, но именно в таежной зоне в наибольшей степени проявляется ее лесообразующая и эдификаторная роль [2]. В Вологодской области на долю еловых лесов приходится почти 29 % [3]. Адаптивная стратегия ели направлена на прочное удержание за собой таежных ландшафтов и проявляется, прежде всего, в виде высокой семенной продуктивности и большой численности новых генераций [4].

Новые тенденции развития лесного хозяйства подразумевают применение современных технологий в лесном комплексе, не нарушающих постоянство пользования лесом. В этом контексте естественное возобновление является важнейшей особенностью лесных фитоценозов. Только применение рациональных, ресурсосберегающих технологий, рассчитанных, в первую очередь, на успешное естественное возобновление, способно обеспечить достижение этих целей. Совершенствование способов восстановления лесов и повышение их устойчивости являются основой развития лесного хозяйства, отраженной в лесном кодексе РФ (2006) и в Стратегии развития лесного комплекса Российской Федерации на период до 2030 года [1].

Познание специфики естественного возобновления хозяйственно ценных пород позволяет наиболее эффективно и с наименьшими денежными и трудозатратами решать сложные задачи воспроизводства хвойных лесов. На сегодняшний день особенности естественного возобновления ели европейской изучены не достаточно полно, а использование возобновительного потенциала ели из-за отсутствия комплексного подхода реализуется не в полном объеме. Нормативные документы, применяемые на практике, содержат лишь оценку естественного возобновления и рекомендации по проведению мер содействия, опирающиеся на исследования, не учитывающие множество факторов, и оказывающие существенное влияние на успешность этого процесса. Из этого следует, что данная тема заслуживает особого внимания и нуждается в дальнейшем исследовании [1].

Цель исследования : изучение жизненного состояния елового подроста под пологом разновозрастных березняков черничного типа условий местопроизростания для обоснования оптимального режима ухода за подростом ели для восстановления еловых формаций.

Основная задача исследования : оценка жизненного состояния елового подроста в процессе возрастного развития и формирования березового древостоя.

Объекты и методы исследования. Изучение естественного возобновления в мягколиственных насаждениях проводилось на территории Сямженского территориального отдела – государственного лесничества Вологодской области в 2016–2017 гг. По лесохозяйственному районированию район относится к средней подзоне тайги. Объектом исследования являлся подрост ели ( Picea abies Karst. ( Pinacea ) в разновозрастных березняках черничного типа условий местопроизрастания ( Betuletum myrtillosum ) (табл. 1).

Таблица 1

Состав	А, лет	Класс бонитета	Средние		N, шт/га	Р отн.	М, м3/га
			Д, см	H, м
15-летнее березовое насаждение
9БЕ+ОседС	15	1	8,7       1	7,2	2215	0,97	11
29-летнее березовое насаждение
9Б1ЕедОседС	29	3	14,0	10,6	1947	0,92	107
42-летнее берёзовое насаждение
8Б2Е+Ос+С	42	1 1	20,7	17,3	1648	0,79	179
53-летнее берёзовое насаждение
9БЕ+Ос+С	53	1 1	21,8	17,9	1294	0,74	187
62-летнее берёзовое насаждение
9Б1Е+СедОс	62	2 1	22,9	18,6	935	0,73	200
74-летнее берёзовое насаждение
9Б1Е+СедОс	74	1 1	24,0	20,2	687	0,64	243

Таксационная характеристика объектов исследования

Закладка пробных площадей велась с учетом требований ОСТ 56-69-83 [5]. Перечет подроста проводился методом пробных площадей (ПП) с учетом требований ГОСТ 16128-70 [6], обработка полевых материалов осуществлялась общепринятыми в лесоводстве и таксации методами.

Для оценки влияния разного возраста насаждения на рост и развитие естественного возобновления у елового подроста всех категорий крупности оценено жизненное состояние [7], измерены диаметр, протяженность и структура кроны, динамика годичного прироста терминального и боковых побегов, среднепериодический прирост главного побега [8].

Результаты исследования. По данным учета лесного фонда Вологодской области, мягколиственные леса занимают более 48 % площади лесного фонда [3]. Под их пологом имеется более 6,5 тыс. экз. жизнеспособного подроста разных пород. Доминирующее положение в составе подроста занимает популяция ели. Иногда на 1 га площади ее насчитывается более 4,2 тыс. экз., которые могут считаться резервом для восстановления ельников [9].

Многие ученые отмечают успешное предварительное возобновление ели на первых этапах формирования производных лесов и связывают его с достаточно высокой теневыносливостью этой древесной породы. Высокая толерантность к затенению является важнейшей биологической характеристикой ели обыкновенной, обеспечивающей ее успешное распространение и закрепление на столь широком ареале. Следует отметить, что ель обыкновенная способна расти и развиваться под пологом материнского древостоя, куда проникает иногда всего 3–5 % дневного света [10]. Свидетельством теневыносливости подроста ели в таежной зоне является тот факт, что в возрасте 40–50 и даже 100 (150) лет, он достигал лишь 1– 3 м роста. В шкале светолюбия ель занимает одно из последних мест, уступая только пихте и тису [4]. Именно за счет этого ель способна внедряться в другие растительные лесные сообщества и даже полностью вытеснять и сменять их [1].

Среди экологических факторов внешней среды в лесу свет является ведущим, непосредственно воздействующим на состояние подпологовых растений [11]. Поэтому изучение состояния светового режима в древостоях с присутствием подроста ели при их возрастных сменах позволяет делать соответствующие выводы о надежности выживания ели в каждом из них и в случае необходимости рекомендовать необходимые меры для ее сохранности [9].

На опытных участках естественное возобновление представлено еловым подростом 10Е (табл. 2).

Таблица 2

Исследуемое березовое насаждение	Средняя высота, м	t st0,95	Средний возраст, лет	Количество подроста в переводе на крупный, экз/га
15-летнее	1,47±0,02	-	11	5591
29-летнее	1,45 + 0,04	0,45	18	5340
42-летнее	1,42 + 0,06	0,79	27	3884
53-летнее	1,40±0,04	1,56	32	3515
62-летнее	1,39 + 0,03	2,22	36	3157
74-летнее	1,33±0,03	3,89	37	3039

Примечание: стандартный t 0,95 критерий – 2,0.

Таксационная характеристика елового подроста

Средняя высота елового подроста на исследуемых площадях (1,41 м), его количество с повышением возраста древостоя снижается в среднем на 11 %, а возраст увеличивается. Согласно «Правилам лесовосстановления» количество елового подроста, необходимого для естественного возобновления елового древостоя, в данном типе условий местопроизрастания составляет 700–

1500 экз/га [12]. По результатам проведенного исследования густота хвойного подроста на опытных объектах варьирует от 5591 до 3039 экз/га в переводе на крупный. Еловый подрост разных групп высот на исследуемых объектах значительно различается также по категориям жизнеспособности (рис.).

Категории жизнеспособности

• ■ 15-летнее березовое насаждение      ■ 29-летнее березовое насаждение

• ■ 42-летнее березовое насаждение      ■ 53-летнее березовое насаждение

• ■ 62-летнее березовое насаждение      ■ 74-летнее березовое насаждение

Характеристика елового подроста в березовых древостоях по его жизненному состоянию

Оценивая в целом жизненное состояние хвойного подроста в березняках черничного типа условий местопроизрастания, отметим, что с увеличением возраста березового полога условия для роста и развития подпо-логовой ели постепенно ухудшаются: снижается количество солнечной радиации, проникающей под полог, увеличивается корневая конкуренция за воду и элементы минерального питания со стороны главного полога и подлеска. Поэтому средняя категория жизнеспособности подроста в изучаемых древостоях снижается с 4,86 до 3,43. С увеличением возраста березового насаждения возрастает доля неблагонадежного подроста (категория 2-3) с 4,8 до 10,7 %.

Световой режим под пологом древостоя также оказывает влияние на биометрические характеристики подроста и скорости его роста в высоту. Являясь одним из наиболее легко определяемых признаков, прирост в высоту служит хорошим интегральным показателем жизненного состояния растения (табл. 3).

Результаты статистической обработки данных показали, что с вероятностью безошибочного заключения 95 %, при числе степеней свободы 38 можно сделать вывод, что различия в значениях среднепериодического прироста у елового подроста, произрастающего под пологом молодого березняка черничного типа условий местопроизрастания, статистически доказаны в сравнении с более взрослыми древостоями. Доказано, что при онтогенезе лиственного полога условия для роста подпологовой ели ухудшаются по мере увеличения возраста березового древостоя [13]. Это можно объяснить тем, что в молодом возрасте береза оказывает меньшее отрицательное воздействие на подрост ели в виде корневой конкуренции за элементы минерального питания. В этом же состоянии березы под полог основного яруса также проникает больше солнечной радиации, чем в приспевающем и спелом древостоях.

Таблица 3

Группа высот, см	Березовое насаждение
	15-летнее	29-летнее		42-летнее		53-летнее		60-летнее		74-летнее
	прирост, см/год	прирост, см/год	t st0,95	прирост, см/год	t st0,95	прирост, см/год	t st0,95	прирост, см/год	t st0,95	прирост, см/год	t st0,95
До 0,5	6,4±0,5 5,0-9,1	5,4±0,2 3,0-10,2	2,00	4,9±0,3 3,1-9,7	2,50	3,8±0,7 3,0-5,2	2,88	3,7±0,8 2,5-5,2	3,00	2,7±0,9 2,0-3,9	3,70
0,5–1,0	6,8±0,4 4,3-11,3	5,9±0,3 4,9-7,0	1,80	4,8±0,4 2,1-10,7	3,33	4,2±0,3 2,9-5,9	5,20	4,3±2,1 1,9-9,8	1,19	4,2±1,1 3,1-6,3	2,17
1,1–1,5	8,1±0,5 7,0-8,5	7,6±0,5 4,1-11,7	0,70	6,0±0,4 4,1-11,7	3,50	5,5±0,6 3,2-6,7	3,25	4,5±0,8 2,9-6,7	4,00	4,4±0,8 4,0-7,4	3,94
1,6–2,0	9,5±0,7 6,9-12,0	8,5±0,5 4,3-11,6	1,11	6,3±0,4 3,5-13,8	4,00	5,7±0,3 4,0-7,3	4,75	4,7±1,2 2,9-8,1	3,43	4,4±2,0 4,1-6,9	2,43
2,1–2,5	11,7±0,5 9,3-14,8	10,7±0, 4 6,2-14,0	1,66	7,5±0,3 5,7-11,1	7,00	6,9±0,2 5,1-8,0	9,60	4,8±1,3 2,7-7,1	4,93	4,7±0,9 2,1-5,0	6,80
Более 2,5	12,0±0,3 11,3-17,5	11,1±0, 5 4,0-19,1	1,50	7,7±0,2 6,1-11,4	10,7 5	7,0±0,8 6,3-9,0	5,55	5,3±1,0 3,3-7,6	6,15	4,9±1,0 1,3-6,1	6,80

Примечание. В группе древостоев: числитель – средние, знаменатель – экстремальные значение данных приростов подроста; стандартный t 0,95 критерий – 2,0.

Среднепериодический прирост главных побегов елового подроста в мягколиственных насаждениях

Длительное произрастание в условиях ограниченного освещения проявилось у хвойного подроста в строении кроны. Известно, что в условиях затенения деревья модифицируют строение кроны с целью эффективного ис- пользования слабого освещения. Для оценки состояния кроны нами использован экологический коэффициент (Кэк), определяемый как отношение прироста верхушечного побега к боковому (табл. 4).

Таблица 4

Группа высот, м	Березовое насаждение
	15-летнее			29-летнее			42-летнее			53-летнее			60-летнее			74-летнее
	При								рост, см/год
	гл.	б.	К эк	гл.	б.	К эк	гл.	б.	К эк	гл.	б.	К эк	гл.	б.	К эк	гл.	б.	К эк
До 0,5	6,4	5,1	1,2	5,4	4,9	1,1	4,9	4,6	1,1	4,1	4,0	1,0	3,7	4,0	0,9	2,5	3,0	0,8
0,5–1,0	6,8	5,2	1,3	5,9	5,3	1,1	4,9	4,7	1,0	5,0	5,3	0,9	4,3	4,4	0,9	3,3	5,1	0,6
1,1–1,5	8,1	6,9	1,2	7,6	6,7	1,1	6,0	5,7	1,0	6,3	7,5	0,8	4,5	5,1	0,8	4,0	5,4	0,7
1,6–2,0	9,5	7,0	1,3	8,5	6,4	1,3	6,3	6, 1	1,0	7,0	7,5	0,9	4,7	6,0	0,7	4,9	6,3	0,8
2,1–2,5	11,5	7,4	1,5	10,7	6,8	1,6	7,5	7,6	0,9	7,6	9,0	0,8	4,8	6,0	0,8	5,0	7,7	0,6
Более 2,5	12,0	7,5	1,6	11,1	7,3	1,5	7,7	9,1	0,8	7,7	10, 2	0,7	5,3	6,3	0,8	5,1	8,0	0,6

Условные обозначения: гл. – главный побег; б. – боковой побег; К эк – экологический коэффициент кроны.

Соотношение между приростом главных и боковых побегов ели (К эк )

С увеличением возраста древостоя рост главного побега елового у подроста значительно уступает росту боковых побегов в среднем на 17,4 %. Крона становится зонтикообразной и короткой, развивается ассиметрично. В таких условиях экологический коэффициент кроны у подроста всех категорий крупности ниже единицы. Из данных таблицы 4 видно, что с увеличением возраста насаждения экологический коэффициент кроны у подроста уменьшается, т. е. в более старших древостоях при- рост боковых побегов у елового подроста превышает прирост главного побега.

Другим важным диагностическим показателем оценки состояния кроны в целом является форма ее диаметра и протяженность по стволу. Пребывание елового подроста под пологом лиственных пород повлекло за собой поднятие кроны по стволу. Как видно из таблицы 5, в более старших насаждениях диаметр кроны у елового подроста более вытянут в горизонтальном направлении за счет более активного роста боковых побегов по сравнению с верхушечным. Крона представляет собой зонтикообразный уплотненный купол с близким расположением мутовок, экологический коэффициент у подроста всех категорий крупности – меньше единицы. В молодых березняках в результате опережающего роста главных побегов по сравнению с боковыми Кэк больше единицы, крона по форме больше походит на конус.

Таблица 5

Изменения морфологических показателей структуры кроны елового подроста средней категории крупности под пологом мягколиственных насаждений

Показатель	Березовое насаждение
	15-летнее	29-летнее	42-летнее	53-летнее	62-летнее	74-летнее
Высота, см	134,3±11,3	138,8±12,0	135,7±5,2	130,3±9,8	130,2±10,5	132,9±8,5
Живая крона: диаметр, см	74,5±5,1	93,9±7,2	106,6±8,9	121,3±9,5	131,7±14,6	143,6±14,8
протяженность, см	102,1±9,8	98,8±6,2	68,4±5,3	57,0±4,9	52,2±4,8	39,1±2,6
зона с сухими сучьями, см	18,8±1,9	24,8±2,3	45,2±4.6	46,6±5,2	47,6±5,1	50,3±4,9
бессучковая зона, см	13,4±1,2	15,2±1,6	22,1±1,9	26,7±2,1	30,4±2,4	43,5±4,1

Анализ показателей структуры кроны елового подроста показал, что с увеличением возраста березового полога увеличивается диаметр кроны у ели в среднем на 12,2 %, зона с сухими сучьями – на 17,1 %, а протяженность живой кроны по стволику сокращается в среднем на 17,8 %. В более молодых насаждениях протяженность по стволику живой кроны хвойного подроста превышает бессучковую зону в среднем в 7 раз. У елового подроста, произрастающего под пологом спелых березовых насаждений, крона шире в диаметре и меньше по протяженности в высоту, она более изреженная, свежая хвоя преобладает в основном в верхней части деревца. Этому способствует более мощная корневая система основного полога и подлеска, которая забирает из почвы большую часть воды с растворенными в ней минеральными веществами, и раскидистая крона берез, не пропускающая солнечную радиацию под полог древостоя [9].

Выводы. Рост и формирование елового подроста в березняках зависит от возрастного состояния основного древостоя. На ранних этапах развития лиственного насаждения, когда его густота еще не достигла своих максимальных значений, на подрост ели оказывают влияние экологические факторы среды, при которых его средний прирост в высоту достигает своих максимальных значений [13].

После того как кроны деревьев основного мягколиственного яруса начинают смыкаться, образуя полог, усиливается внутривидовая конкуренция елового подроста, где более высокие окрепшие деревца угнетают более мелкие, ущемляя их в получении света, тепла, воды и питательных веществ. С увеличением возраста березового насаждения увеличивается и подавление ели березой до тех пор, пока ель не выйдет в основной ярус [9].

Для естественного формирования елово-лиственного или елового насаждения под пологом среднетаежных березняков черничного типа условий местопроизрастания имеется достаточное количество хвойного подроста (5591–3039 шт/га).

В более старшем древостое создаются неблагоприятные условия для нормальной жизнедеятельности подроста ели и появления ее всходов по сравнению с молодым древостоем. Средняя категория жизнеспособности елового подроста с увеличением возраста березового насаждения снижается с 4,86 до 3,43, годичный прирост в высоту уменьшается в 2,1 раза.

По результатам проведенного исследования можно отметить, что состояние популяции ели под пологом березняков во многом связано со стадиями возрастного развития основного полога. По мере их прохождения условия для подпологовой ели ухудшаются. Для успешного роста и развития елового яруса необходимо изреживание березового древостоя с помощью проведения выборочных рубок интенсивностью 45–52 %. Первый прием должен проводиться в возрасте березы 45–55 лет, второй – через 6–8 лет. Выборочные рубки в березняках, улучшая условия роста и сохраняя лесную среду, значительно активизируют фотосинтетическую деятельность подроста, усиливают отток из хвои продуктов фотосинтеза, их метоболизацию в корнях и обратный возврат в надземные органы дерева [14].