Структура и форма кроны сосны в осушенном сосняке кустарничко-восфагновом при разном световом режиме

Европейский Север является главной лесосырьевой базой России и основным поставщиком древесины и ее продукции на мировой рынок и для удовлетворения внутренних потребностей страны [1]. Лесной комплекс составляет основу экономики Севера страны, и до последнего времени располагал значительной лесосырьевой базой суходольных хвойных лесов. Однако истощение базы высокопродуктивных экономически доступных лесов значительно обострило проблему лесопользования, вызвало необходимость изыскания новых путей получения хвойной древесины. В результате для удовлетворения потребностей страны в хвойной древесине в промышленную рубку стали широко вовлекаться спелые и перестойные старо-осушенные сосняки и ельники, площадь которых в регионе до последнего времени составляла около 738 тыс. га. [2]

Большое значение в решении проблемы лесопользования на осушаемых землях отводится также рубкам ухода за лесом. Известно, что за счет улучшения вертикальной и горизонтальной структуры формирующихся насаждений, светового и корневого питания деревьев рубки ухода способствуют значительному усилению физиологической и ростовой деятельности. [3,4]

Целью работы явился анализ роста и формирования осушенных и осветленных сосновых насаждений. Экспериментальные исследования нами проводились в 2007 году в осушенном сосняке, произрастающем на торфяно-болотной почве, в Холмогорском лесхозе Архангельской области, относящемся к средней подзоне тайги.

Закладка пробных площадей велась с учетом требований ОСТ 56-69-83 [5]. Биометрические показатели определялись с применением торсионных весов ВТ-1000 и штангенциркуля в 9-12 кратной повторности.

Обработка полевых материалов осуществлялась общепринятыми в лесоводстве и таксации методами. Кроме этого проводилась статистическая обработка данных с использованием современной вычислительной техники и применением соответствующего программного обеспечения.

Влияние рубок ухода изучалось в 52-летнем сосняке кустарничково-сфагновом V класса бонитета. Участок осушен в 1968 г. Осушение выполнено системой открытых каналов с расстоянием 140 м между ними. Осушение выполнено системой мелкой мелиорации. Расстояние между осушителями около 50 м, глубина осушителей 0,3 м. Все осушители (канавы) в хорошем состоянии. Рубки ухода на изучаемом участке проведены в 1988 г. вручную сотрудниками Архангельского института леса и лесохимии путем равномерной вырубки тонкомерной (угнетенной) части древостоя и фаутных деревьев. Опытные и контрольные участки в 52-летнем сосняке располагались в зонах интенсивного (10–15 м) и экстенсивного (50–60 м) осушения. Краткая лесоводственно-таксационная характеристика изучаемых участков дана в таблице 1.

Таблица 1. Лесоводственная характеристика объектов исследования

Объект исследования	Расстояние до осушителя, м	Состав древостоя	Средние показатели		Относи-тельная полнота	Запас, м3/га	Процент выборки (%)
			Д, см	Н, м			по количеству стволов	по запасу
Контроль	10-20	10СедБ	6,0	7,5	0,91	68	-	-
	50-60		3,9	6,6	0,90	64	-	-

Объект исследования	Расстояние до осушителя, м	Состав древостоя	Средние показатели		Относи-тельная полнота	Запас, м3/га	Процент выборки (%)
			Д, см	Н, м			по количеству стволов	по запасу
Опыт	10-20	10С+Б	7,6	8,9	0,89	76	54	22
	50-60		6,0	7,3	0,88	71	56	30

По данным таблицы видно, что в центре межканальной зоны высота сосны на контроле (без рубок ухода) равнялась 6,6 м, диаметр – 3,9 см, на участке с рубками эти показатели возросли до 7,3 м и 6,0 см.

Прирост в высоту служит хорошим интегральным показателем жизненного состояния растений. Характер текущего среднегодичного прироста сосны в высоту показан в таблице 2. Как видно из таблицы, у сосны средний прирост в высоту в 52-летнем сосняке кустарничково-сфагновом осушенном в отдельные годы изменяется от 21 до 30 см. Величина прироста боковых побегов также не остается постоянной, а изменяется, но при более низких абсолютных значениях (от 7,2 до 10,0 см). Максимальный прирост сосны в высоту приходится на более теплый с достаточным количеством осадков 2007 г.

Таблица 2 – Соотношение между приростом верхушечного и боковых побегов сосны (Кэк )

Годы	Контроль			Рубки ухода
	прирост побегов, см
	главный	боковой	Кэк	главный	боковой	Кэк
2007	30,1±2,3	7,2±1,3	4,3	35,6±2,9	12,2±0,7	2,9
2006	24,0±1,1	8,2±0,6	3,0	35,0±2,4	16,6±1,3	2,2
2005	24,9±2,0	11,3±0,7	2,3	29,1±2,8	15,3±1,0	1,9
2004	21,8±1,3	8,1±0,5	2,8	26,3±1,9	14,5±0,9	1,8
2003	21,0±1,4	9,2±0,7	2,3	27,1±1,7	15,9±1,1	1,7
2002	24,2±1,8	10,0±0,6	2,4	33,2±3,2	19,1±2,2	1,6

Улучшение светового и теплового режимов, активизация метаболической деятельности в результате вырубки части древесного яруса положительно сказались на росте сосны в высоту. За 19 лет после рубок ухода прирост верхушечного побега в отдельные годы увеличивался в 1,2-1,4 раза по сравнению с контролем. Прирост оказался существенным и статистически достоверным (tst 0,95=3,2…4,5). За все послерубочные годы суммарный дополнительный прирост верхушечных побегов составил: вблизи осушителей 1,1 м, на удалении 60 м от них 0,8 м.

Длительное произрастание в условиях ограниченного освещения проявилось у сосны в строении кроны. Для оценки состояния кроны нами использован экологический коэффициент (Кэк), определяемый как отношение прироста верхушечного побега к боковым (табл. 2).

Как показали исследования, в изучаемом сосняке рост сосны в высоту значительно опережает рост ветвей и боковых побегов. Однако, из-за перегущенности насаждения, крона становится короткой и узкой, хотя и развивается симметрично, но при этом приобретает близкую к пирамидальной форму. В этих условиях экологический коэффициент деревьев намного выше единицы.

Другим важным диагностическим показателем оценки состояния кроны в целом является форма ее поперечника и протяженность по стволу. Длительное пре- бывание сосны в перегущенном насаждении в стесненных условиях повлекло за собой поднятие кроны по стволу. Крона стала более фитонасыщенной на ограниченном пространстве по сравнению с деревьями, растущими в разреженном древостое (табл. 3).

Таблица 3. Форма кроны сосны в 52-летнем сосняке кустарничково-сфагновом

Расстояние до осушителя, м	Показатели формы кроны
	протяженность по стволу, м		поперечник, м		отношение поперечника к высоте кроны
	контроль	опыт	контроль	опыт	контроль	опыт
10-20	4,3±0,07	5,7±0,06	1,5±0,01	2,0±0,02	0,35	0,35
50-60	2,4±0,02	3,3±0,02	0,8±0,01	1,0±0,01	0,33	0,31

Как видно из таблицы 3, в ненарушенном древостое поперечник кроны у сосны менее вытянут в горизонтальном направлении за счет менее активного роста боковых побегов по сравнению с верхушечным. Крона более приближена к пирамидальной форме. Такое состояние кроны негативно отражается на ее функциональной деятельности и, прежде всего, на интенсивности фотосинтеза, поскольку внутренние побеги перекрываются периферийными побегами и ветвями и изолируют их от света.

Улучшение светового и теплового режимов в результате вырубки части древостоя привело к трансформации кроны в сторону ее улучшения. Прежде всего изменился экологический коэффициент кроны в результате ускоренного роста боковых побегов. У большинства деревьев экологический коэффициент кроны стал ниже по сравнению с контролем. Крона из пирамидальной стала более походить на конусообразную форму. Однако отношение поперечника кроны к ее высоте у деревьев сохранилось на уровне контроля. Через 19 лет после рубок ухода протяженность кроны по стволу у сосны на разреженном участке увеличилась в 1,3 раза, а поперечник возрос на 25 %.

В целом экологическое значение позитивных изменений в кроне, происходящих у сосны после проведения в сосновом насаждении лесохозяйственных мероприятий, состоит, прежде всего, в улучшении микроклиматических условий, связанных с увеличением проникновения под полог солнечной радиации и осадков. Это влечет за собой улучшение температурного режима почвы и воздуха и влаго-запасов в почве, улучшения условий для функционирования корневой системы и ассимиляционного аппарата сосны и подпологовых растений.

Морфологическая характеристика побегов может служить критерием оценки жизненного состояния древесного растения. Условия светового режима, оказывая влияние на различные стороны обмена веществ растений, определенным образом влияют и на их морфоструктуру. Анализ имеющегося у нас материала (табл. 4) показал, что после рубок ухода у сосны в соответствии с изменившимся световым режимом изменяется величина главных и боковых побегов, количество и масса на них хвои. Наибольшая масса хвои на побегах деревьев накапливается в разреженном участке насаждения (табл. 4). В этих условиях масса хвои на каждом побеге в среднем увеличена на 37 %.

Таблица 4. Биометрические показатели побегов и хвои сосны в 52-летнем сосняке и их изменение под влиянием рубок ухода

	Контроль			Рубки ухода
Наименование показателей	возраст побегов, лет
	1	2	3	1	2	3
Масса хвои, г/побег	0,92±0,02	0,61±0,01	0,82±0,02	1,48±0,09	1,27±0,06	1,62±0,09
Масса побега, г	0,11±0,01	0,10±0,01	0,18±0,01	0,28±0,02	0,26±0,01	0,40±0,03
Длина побега, см	3,70±0,01	3,22±0,02	4,10±0,03	5,95±0,03	5,20±0,04	7,35±0,04
Длина 10 хвоин, см	39,0±0,21	27,5±0,14	31,0±0,16	43,2±0,18	33,5±0,17	35,0±0,11
Масса 10пар хвоин, мг	0,23±0,04	0,15±0,01	0,18±0,02	0,25±0,04	0,17±0,01	0,21±0,06
Количество пар хвоинок: на побеге, шт. на 1 см побега, шт.	40 10,8	47 14,6	46 11,2	59 9,9	75 14,4	77 10,5

Длительное пребывание в условиях повышенной освещенности влечет за собой также увеличение длины и массы хвои на них. В разреженном древостое у сосны на побегах содержится от 1,5 до 1,62 г хвои или в 1,5 раза больше, чем в условиях слабого освещения.

Известно, что длина хвои, как и размер листьев, являются важным диагностическим признаком вида, критерием оценки условий местопроизрастания, успешности роста его. Измерения биометрических показателей хвои, взятой с однолетних побегов деревьев сосны, показало, что под влиянием разных световых условий они также существенно изменяются. Наибольшая длина 10 штук хвоинок (33,043,2 см) отмечена у сосны в разреженном насаждении. В этих условиях на побегах содержится и самое большое количество хвоинок (до 77 шт.). Самая короткая хвоя (2,7–3,9 см) и наименьшее количество хвоинок на побегах (40–47 шт.) у сосны на контрольном участке. На участке с рубками ухода по сравнению с контролем каждая хвоинка на 12…17 % длиннее, но и по массе она на 5–8 % тяжелее. В результате, общая масса хвои на побегах у сосны в насаждении с рубками на 46–53 % выше, особенно у деревьев, растущих вблизи осушителей.

Самая высокая насыщенность побегов хвоей наблюдается в естественном насаждении. Здесь на каждом сантиметре побегов содержится от 11 до 15 парных хвоинок. На участке с рубками ухода на 1 см побега имеется не более 14 штук парных хвоинок.

Масса одной хвоинки как и ее длина у сосны изменяется в соответствии с условиями местопроизрастания и возрастом. В наших условиях у сосны самая тяжелая оказалась молодая хвоя, причем наиболее тяжелая у сосны в разреженном насаждении.

Рубки ухода в сосновых насаждениях на осушенных землях, улучшая световые условия для сосны, положительно отражаются также на морфоструктуре побегов. Под их влиянием увеличилась масса и длина побегов, количество и масса хвои на них, длина и масса 10 парных хвоинок. Так, на разреженном участке масса хвои на побегах возросла в 1,6 раза по сравнению с контролем, а количество парных хвоинок почти удвоилось, при этом каждая парная хвоинка стала в 1,-1,3 раза тяжелее. В работах отдельных исследователей [6, 7] указывается, что у хвойных пород каждая единица массы хвои продуцирует две единицы органического вещества (углеводов), одна из которых идет на новообразование хвои, другая распределятся между органами дерева для поддержания жизнедеятельности и на рост. Следовательно, увеличение ассимилирующей массы на фоне усиленного (в 1,5-2,0 раза) фотосинтеза после проведения рубок ухода, позволяет осветленной сосне в разреженных древостоях больше продуцировать органических веществ, направляя их на формирование объемного ассимиляционного аппарата и усиление ростовых процессов.

В целом анализ роста и формирования осушенных и осветленных сосновых насаждений свидетельствует, что для успешного роста заболоченных сосняков целесообразно своевременное осушение с последующим после начала активного роста разреживанием их путем проведения рубок ухода.