способ трансформации производных мягколиственных насаждений в темнохвойные

Формула изобретения

Способ трансформации производных мягколиственных насаждений в темнохвойные, включающий цикл рубок, отличающийся тем, что срок первой рубки мягколиственных пород определяется по формуле:

y=0,01x²-0,8x+29,1,

где y - возраст подроста ели и пихты, при котором необходимо проводить первую рубку;

x - возраст мягколиственных пород в момент появления всходов ели и пихты,

а срок проведения последней многоприемной рубки при рубке трансформации в ельниках осуществляют в интервале возраста деревьев второго яруса 40-65 лет, в первый прием которой из первого яруса вырубают наиболее развитые деревья мягколиственных пород из категорий лучшие и вспомогательные.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к лесному хозяйству, в частности к рубкам, в том числе и к специализированному виду рубок, и может быть использовано при восстановлении коренных темнохвойных древесных пород на месте произрастания длительно-производных мягколиственных насаждений.

Известны рубки ухода за лесом (осветления, прочистки, прореживания, проходные рубки), которые проводятся в высокополнотных молодняках и средневозрастных насаждениях и заканчиваются за класс возраста до рубки спелых древостоев. Каждая рубка преследует свои цели и проводится в строго определенном возрастном периоде древостоя и при его полноте 0,7-0,8 и выше. После их выполнения полнота древостоя снижается до средней (0,6-0,7). Основная задача рубок ухода - «повышение продуктивности лесов и сохранение их полезных функций», «сокращение сроков выращивания технически спелой древесины» (Правила ухода за лесами, 2007). Некоторую специфику имеют рубки переформирования и обновления, но, являясь рубками ухода, они подчиняются общему правилу, по которому уход ведется за деревьями, относящимися к категориям «лучшие» и «вспомогательные», «путем рубки усохших, поврежденных и ослабленных деревьев» (Правила ухода за лесами, 2007, пункт 12). Или согласно Наставлению по рубкам ухода в лесах Урала (1994) «пользование древесиной при рубках ухода должно производиться не в ущерб главному пользованию» (пункт 2.7).

Известны двухприемные рубки по переформированию хвойно-мягколиственных молодняков в хвойные древостои умеренной, умеренно-высокой и высокой интенсивности (Наставление по рубкам ухода в лесах Урала (1994)).

Известны высокоинтенсивные рубки переформирования в средневозрастных и приспевающих березовых и осиновых насаждениях с явно выраженным вторым ярусом или подростом из темнохвойных пород (Наставление по рубкам ухода в лесах Урала (1994)).

Известна технология проходных рубок высокой интенсивности - 40-50%, нацеленная на выращивание крупномерной древесины мягколиственных пород и «с последующим преобразованием насаждений в хвойные» (Руководство по организации и технологии рубок главного и промежуточного пользования в мягколиственных насаждениях со вторым ярусом и подростом хвойных пород, 1997). Там же рекомендованы высокоинтенсивные равномерно-постепенные рубки и рубки переформирования в приспевающих насаждениях очень высокой степени изреживания. В первый прием при таких рубках рекомендуется вырубать крупномерные деревья березы и осины, оставлять в первом ярусе неспелые деревья сосны и ели, оставлять на доращивание и в качестве защитного полога тонкомерные мягколиственные деревья. При всех положительных моментах следует отметить:

1. Крайне «размытые» сроки повторяемости рубок переформирования «от 6 10 до 15 20 лет».

2. Технологию высокоинтенсивной проходной рубки, которая противоречит общей концепции рубок ухода по выращиванию высокопродуктивных насаждений и оставлению на доращивание лучших деревьев.

3. Вероятность появления обильной поросли мягколиственных пород и формирование вторично-производных мягколиственных насаждений после проведения проходной рубки и рубки переформирования высокой и очень высокой степени изреживания в средневозрастных и приспевающих березняках и осинниках.

4. Высокую вероятность вывала оставшейся части древостоя и, прежде всего, деревьев ели первого яруса после проведения первых приемов высокоинтенсивных рубок.

5. Неучтенное отрицательное влияние материнских деревьев на рост и развитие молодых поколений темнохвойных пород. Они оставляются на доращивание до заключительного приема рубок. В дальнейшем при рубках крупномерные деревья в наибольшей степени повреждают подрост и второй ярус темнохвойных пород, за которыми на протяжении длительного времени предпринимался уход.

Кроме того, «Руководство » является дополнением к основным нормативным документам и поэтому рекомендованным проходным рубкам и рубкам переформирования предшествуют все те же основные виды рубок ухода (осветления, прочистки, прореживания, проходные рубки) с их строго определенным назначением и методом отбора деревьев в рубку.

Анализируя предоставленную выше информацию, можно сделать вывод, что только для рубок ухода (осветления, прочисток, прореживаний, проходных рубок) конкретно и четко обозначены периоды их выполнения и зависят они от возраста породы, преобладающей в составе верхнего яруса древостоя (табл.1)

Таблица 1
Виды рубок ухода в зависимости от возраста насаждений
Виды рубок ухода	При возрасте рубок спелых древостоев (главного пользования), лет			40 и ниже
	101 и выше	60-100	41-60
Осветления	До 10	До 10	До 10	До 5
Прочистки	11-20	11-20	11-20	6-10
Прореживания	21-60	21-40	21-30	11-20
Проходные рубки	61 и выше	41 и выше	31 и выше	21 и выше

Технической задачей заявляемого изобретения является создание благоприятных лесорастительных условий для деревьев ели и пихты, произрастающих во втором ярусе производных мягколиственных насаждений, в возрасте кульминации их активного роста (наивысшее значение текущего радиального прироста древесины) в стадии подроста и в период наибольшей отзывчивости в виде увеличения радиального прироста древесины на изменение лесорастительной среды в более старшем возрасте.

Техническая задача достигается тем, что способ трансформации производных мягколиственных насаждений в темнохвойные включает цикл рубок, при этом срок первой рубки мягколиственных пород определяется по формуле: y=0,01x²-0,8x+29,1,

где y - возраст подроста ели и пихты, при котором необходимо проводить первую рубку;

x - возраст мягколиственных пород в момент появления всходов ели и пихты,

а срок проведения последней многоприемной рубки при рубке трансформации в ельниках осуществляют в интервале возраста деревьев второго яруса 40-65 лет, в первый прием которой из первого яруса вырубают наиболее развитые деревья мягколиственных пород, входящие в категории лучшие и вспомогательные.

Сравнение заявляемого изобретения с прототипом показывает, что оно отличается от прототипа следующими признаками:

- срок первой рубки мягколиственных пород определяется по формуле: y=0,01x²-0,8x+29,1;

- срок проведения последней многоприемной рубки при рубке трансформации в ельниках осуществляют в интервале возраста деревьев второго яруса 40-65 лет;

- в первый прием из первого яруса вырубаются наиболее развитые деревья мягколиственных пород, входящие в категории лучшие и вспомогательные.

Поэтому можно предположить, что заявляемое решение соответствует критерию «новизна».

Заявляемое изобретение может быть произведено при помощи известных технических средств, поэтому оно соответствует критерию «промышленная применимость».

Смена хвойных пород на мягколиственные характерна для многих регионов России, в том числе и для Урала, и связана она с началом промышленного освоения лесов, закреплением и доминированием до настоящего времени сплошнолесосечной формы хозяйства. К настоящему времени в Свердловской области доля площадей с преобладанием ели и пихты составляет 15,4%, а доля березовых и осиновых древостоев - 42,3% (Государственный доклад , 2007, 2008). Согласно информации, размещенной на сайте информационно-аналитического и энциклопедического портала «Русская цивилизация», скорость трансформации лесов в Уральском регионе составляет 270 км² в год. При таких темпах деградации коренных северотаежных лесов не останется через 55 лет, среднетаежных - через 140 лет, южнотаежных - через 60 лет. Подобное наблюдается и в районах Европейского Севера (Архангельская, Вологодская, Мурманская области, Коми). Подтвердился прогноз, сделанный 30 лет назад, согласно которому при действующей системе ведения лесного хозяйства в перспективе ожидается существенное увеличение площадей, занятых мягколиственными породами (Чупров, 1968; Моисеев, 1971), и, соответственно, снижение комплексной продуктивности лесов (Колданов, 1966; Лосицкий, Чуенков, 1973). Одним из вариантов решения проблемы смены пород может быть коренное переформирование длительно-производных мягколиственных насаждений в темнохвойные рубками трансформации в период до возраста спелости мягколиственных древостоев. Из категории длительно-производных насаждений наиболее перспективными для этих рубок являются первично-производные мягколиственные насаждения, которые характеризуются доминированием одного поколения деревьев мягколиственных пород в верхнем ярусе древостоя до его гибели или полного удаления. Рубки трансформации также имеют четко определенные сроки их проведения. Зависят они не от возраста преобладающей породы в древостое, а от времени заселения темнохвойного подроста последующей генерации на вырубке или под пологом сформировавшихся производных мягколиственных молодняков или средневозрастных мягколиственных древостоев. Чем старше возраст мягколиственного древостоя, под которым появился подрост темнохвойных пород, тем раньше необходимо проводить первую рубку трансформации.

Из известных видов рубок (рубки ухода и рубка спелых и перестойных насаждений) не одни не ставят перед собой задачу коренного изменения состава и возрастной структуры древостоев до возраста спелости длительно-производных мягколиственных насаждений.

Предлагаемый подход к определению сроков первого ухода за елью базируется на изучении биологических и экологических особенностей роста и развития деревьев ели второго яруса на ранних стадиях онтогенеза в условиях наиболее динамичного и во многом определяющего периода лесообразования. Основан он на определении периода, в течение которого у темнохвойных пород с начала их заселения и произрастания под пологом производных мягколиственных древостоев происходит активный рост. Этот период активного роста характеризуется ежегодным поступательным увеличением радиального прироста по отношению к предыдущему году до первой точки максимума, которая наступает в определенном возрасте дерева и после которой начинается его постепенное снижение. В биологическом смысле время активного роста - это период, когда на начальном этапе заселения и произрастания темнохвойного самосева и подроста под пологом мягколиственных пород комплекс эндогенных факторов не оказывает на него существенного негативного влияния. Период окончания активного роста, заканчивающийся максимальным абсолютным значением радиального прироста темнохвойного подроста, является возрастом, когда он начинает испытывать существенное влияние верхнего мягколиственного яруса. Этот возраст является оптимальным, при котором за подростом ели и пихты должен быть осуществлен первый уход. Исследования проводились в Нижнесергинском лесничестве (округ широколиственно-хвойных лесов, горные леса), Красноуральском лесничестве (южнотаежный округ, равнинные леса) и Серовском лесничестве (среднетаежный округ, равнинные леса). Было проанализировано более 300 образцов древесины темнохвойных пород в виде поперечных спилов и кернов. На основании полученных данных для каждого дерева строился график радиального прироста древесины по годам и определялся период их интенсивного роста. При сравнении полученных результатов установлена очень близкая динамика роста деревьев одного возраста по диаметру на пробных площадях в пределах таксационного выдела. Это позволило сгруппировать данные и построить общие графики радиальных приростов для ряда пробных площадей. Для примера на Фиг.1 представлено отображение радиального прироста по годам деревьев ели и пихты последующего происхождения разного возраста, произрастающих под пологом производных мягколиственных древостоев в Нижнесергинском лесничестве (округ широколиственно-хвойных лесов). Появление всходов ели и пихты непосредственно перед рубкой, во время или в первые годы после ее проведения происходит практически с одновременным появлением поросли осины и березы. В создавшихся экологических условиях у самосева и подроста темнохвойных пород в первый период жизни наблюдается постепенно увеличивающийся темп роста по диаметру, который достигает своего максимума в 30 лет. После этого периода их радиальный прирост начинает падать. На этом основании можно сделать вывод, что на ель и пихту в возрасте 30 лет верхний мягколиственный ярус начинает оказывать существенное отрицательное влияние. При рассмотрении других графиков можно отметить, что с уменьшением возраста подроста последующего происхождения сокращается период его активного роста. Так, при возрасте елового подроста 60-65 лет период активного роста составляет около 20 лет, а при возрасте 50-55 лет - смещается к 15 годам. Результаты корреляционного анализа подтверждают достоверную и тесную связь между возрастом темнохвойных древесных пород и периодом их активного роста в молодом возрасте (r=0,80, p=0,0001). Таким же способом был обработан и представлен материал, собранный на других пробных площадях и в других лесорастительных условиях. Полученные результаты были сведены в таблицу 2, где показан возраст и, соответственно, период активного роста подроста темнохвойных пород в зависимости от времени их заселения на вырубке или под пологом формирующихся мягколиственных молодняков или древостоев.

Условия роста и развития молодых поколений темнохвойных пород на каждом участке имеют свои особенности. Тем не менее, из данных таблицы 2 можно отметить, что между временем заселения подроста хвойных деревьев на вырубках и периодом их активного роста под пологом формирующихся производных мягколиственных древостоев существует обратная связь: чем позже он заселяется, соответственно, чем старше древостой, тем меньше этот период. При этом эта связь не является прямолинейной (коэффициент корреляции r=-0,81, корреляционное отношение =0,85). Использовать таблицу 2 для подроста ели с целью установления сроков проведения первых уходов за ним не совсем удобно. На основании табличных данных был построен график (Фиг.2) и подобрано уравнение регрессии (y=0,01x²-0,8x+29,1), по которому можно определить срок проведения первой рубки трансформации. В этом уравнении символом «y» обозначен возраст подроста ели и пихты, при котором необходимо проводить первую рубку трансформации. Аргументом «x» в этой функции является возраст мягколиственных пород в момент появления всходов ели и пихты. Согласно уравнению первый уход за елово-пихтовым подростом, заселившим вырубку примерно одновременно с мягколиственными породами (x=1), должен быть проведен при его возрасте около 30 лет. Оптимальный срок проведения первого ухода за темнохвойным подростом, заселившимся в 15-летнем мягколиственном молодняке (x=15) и попавшим под сомкнутый полог березы и осины, - в возрасте 20 лет. При появлении самосева ели и пихты в 25-летних мягколиственных древостоях оптимальный возраст темнохвойного подроста для проведения первой рубки трансформации будет составлять 16 лет. На основании выявленной тесной криволинейной связи между периодом активного роста подроста темнохвойных пород с временем его заселения под пологом мягколиственных деревьев можно утверждать, что при возрасте последних свыше 35 лет активный рост подроста темнохвойных пород будет продолжаться до возраста около 15 лет. Справедливость такого предположения была подтверждена на конкретном примере при анализе состояния насаждения после выборочной рубки 10-летней давности (Нижнесергинское лесничество, Бардымское участковое лесничество, кв.124, выд.3). На этом участке подрост ели и пихты заселился под пологом 45-летнего мягколиственного древостоя.

Подставляя значение возраста мягколиственного древостоя в момент заселения темнохвойных пород в уравнение (x=45) или используя график (Фиг.2), получаем возраст темнохвойного подроста, при котором необходимо провести первую рубку трансформации. Расчеты показывают, что этот возраст равняется 13-15 годам. К моменту рубки возраст темнохвойного подроста на обследованном участке рубок составлял около 15 лет. При анализе поперечных спилов подроста ели отмечена положительная динамика и наивысшие значения радиального прироста (по отношению к предшествующим годам) на момент рубки. На сегодняшний день при возрасте 25 лет средняя высота подроста ели и пихты достигла 3,6 м, его количество - 8,3 тыс.экз./га, участие в составе молодняка - 8 единиц (Фиг.3. Состояние насаждения через 10 лет на участке выборочной рубки (Нижнесергинское лесничество, Бардымское участковое лесничество, кв.124, выд.3).

В зависимости от времени заселения самосева темнохвойных пород на стадии длительно-производного мягколиственного насаждения цикл рубок трансформации может состоять из одной, двух или трех рубок. Последняя рубка трансформации должна быть приурочена к такому возрасту темнохвойных пород, при котором был бы обеспечен максимальный лесоводственный эффект. Этот эффект выражается степенью отзывчивости молодых поколений темнохвойных пород к изменению экологических условий. Конкретно - это максимальное увеличение их радиального прироста после рубки при определенном возрасте. Наибольший интерес представляет интервал возраста темнохвойных пород от 35 до 70 лет. С целью определения возраста наибольшей отзывчивости деревьев темнохвойных пород на изменение в результате рубок экологических условий в Нижнесергинском лесничестве (округ широколиственно-хвойных лесов), Красноуральском лесничестве (южнотаежный округ) и Серовском лесничестве(среднетаежный округ) было произведено исследование образцов древесины у внешне здоровых деревьев ели, пихты и кедра возрастом от 5 до 95 лет. Полученные результаты представлены в таблице 3.

Наиболее активная реакция деревьев ели и пихты, произрастающих во втором ярусе производных мягколиственных насаждений, на изменение в результате рубок лесорастительных условий происходит в возрастном интервале от 40 до 65 лет. На этом основании можно утверждать, что этот возрастной период для этих древесных пород является наиболее оптимальным для эффективного проведения последней многоприемной рубки в цикле рубок трансформации. Наибольшая отзывчивость кедра к изменившимся в результате рубок лесорастительным условиям в 9,3 раза произошла в возрастном периоде 60-65 лет. Отсюда следует, что восстановление кедровников займет более продолжительное время и наиболее эффективно может быть завершено при рубке спелых мягколиственных древостоев. Справедливость произведенных расчетов подтверждена при натурном обследовании состояния насаждения после проведения чересполосной постепенной рубки (Красноуральское лесничество, кв.206, выд.1) в производном березняке (7Б2Ос1Е+С) со вторым ярусом и подростом ели, пихты и кедра. Первый прием рубки проведен при возрасте деревьев ели второго яруса 40 лет, второй прием - при их возрасте 50 лет. В результате через 7 лет после заключительного приема рубки сформировался средневозрастный 55-летний чистый близкий к среднеполнотному (0,45) ельник, составом 8Е1П1Б, ед.К, высотой 12 м, среднем диаметре 14 см (Фиг.4. Состояние насаждения через 7 лет после проведения чересполосной постепенной рубки (Красноуральское лесничество, кв.206, выд.1)). На другом участке, имеющим сходную таксационную характеристику и вертикальную структуру, но вырубленном десятью годами позже, через те же 7 лет сформировался также чистый среднеполнотный (0,5) 65-летний ельник, средняя высота которого составляла 11 м, а средний диаметр - 12 см.

На основании вышеизложенного, а также с учетом того, что при проведении патентно-информационных исследований заявляемая совокупность признаков не выявлена, можно сделать вывод о том, что заявляемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Реализация заявляемого метода поясняется примерами.

Пример 1.

После сплошной вырубки древостоя самосев ели и пихты на лесосеке появился примерно одновременно с порослью мягколиственных пород. На вырубке возможно сохранение подроста темнохвойных пород предварительной генерации. Его возраст будет составлять 20-30 лет, а количество позволяет предположить его участие от 1 до 4 единиц в составе будущего древостоя. За ним (в случае необходимости, например, отрицательной динамики роста главного побега в высоту) при его возрасте 35-45 лет и возрасте мягколиственных пород до 20 лет может быть проведен уход, который будет заключаться в вырубке окружающих его берез и осин. Целью данного мероприятия является уход за потенциальными материнскими деревьями. Подставив в уравнение y=0,01x²-0,8x+29,1 (x=1), определяем, что первая рубка трансформации проводится при возрасте подроста последующей генерации около 30 лет. При выполнении вырубаются наиболее развитые деревья мягколиственных пород, т.е. относящиеся к категории лучшие и вспомогательные. Полнота древостоя снижается до 0,5-0,6. Вторая рубка трансформации проводится через 8-10 лет уже в 40-летнем березняке или осиннике при полноте начиная с 0,6 и при снижении текущего прироста у деревьев ели и пихты последующей генерации. Их возраст будет составлять 40 лет. В процессе рубки удаляются наиболее развитые деревья березы и осины. Полнота снижается до 0,5. Возраст деревьев хвойных пород, сформировавшихся из подроста предварительной генерации и выращиваемых в качестве материнских деревьев, будет составлять около 70 лет. Последняя третья рубка трансформации является многоприемной. В первый прием последней рубки трансформации, которая проводится уже в 45-50-летнем мягколиственном древостое, вырубаются единичные наиболее развитые мягколиственные породы и все хвойные деревья (если они имеются в составе древостоя) из первого яруса. Возраст последних к этому времени достигнет 80 лет. Целью данного метода отбора деревьев в первый прием последней рубки трансформации является создание условий, чтобы воспрепятствовать появлению и сдержать рост возможной поросли мягколиственных пород и удалить из насаждения наиболее подверженные ветровалу наиболее развитые деревья, в т.ч. и темнохвойные породы. Деревья ели и пихты, сформировавшиеся из подроста последующей генерации, к этому времени будет иметь возраст 45-50 лет. После первого приема полнота верхнего яруса снижается до 0,5. Заключительный (второй) прием последний рубки трансформации проводится в 50-60-летнем приспевающем мягколиственном древостое и, соответственно, с 50-60-летними деревьями ели и пихты. Предполагается, что предпринятые меры обеспечат достаточное количество темнохвойных деревьев, чтобы после заключительного приема последней рубки трансформации перевести участок в хвойное хозяйство. В осинниках количество рубок трансформации может быть сокращено до двух, а второй прием последней рубки трансформации должен быть осуществлен в возрасте осины около 50 лет.

Пример 2.

Самосев ели и пихты появился под пологом 15-летнего мягколиственного древостоя. Подставив значение возраста мягколиственных пород в уравнение y=0,01x²-0,8x+29,1 (x=15), определяем возраст темнохвойного подроста, при котором проводится первая рубка трансформации. Он равен 20 годам. То есть первая рубка трансформации проводится в 35-летнем мягколиственном древостое. Первый прием последней двухприемной рубки трансформации проводится в 55-летнем мягколиственном древостое, при 40-летнем возрасте деревьев ели и пихты, произрастающих во втором ярусе мягколиственных древостоев. В рубку поступают 80-летние хвойные деревья, сформировавшиеся из подроста предварительной генерации (если они есть в составе) и произрастающие в первом ярусе древостоя, и единичные крупномерные деревья березы и осины. Второй прием рубки трансформации проводится уже в спелом мягколиственном древостое, имеющем возраст около 65 лет, и при возрасте деревьев ели и пихты второго яруса 50 лет.

Пример 3.

Данный пример позволяет применить определенные авторами сроки проведения первой рубки трансформации для рубок спелых производных березовых древостоев, которые на этом этапе развития насаждений решают задачу получения спелой березовой древесины и восстановление на лесосеке коренных темнохвойных пород. Самосев темнохвойных деревьев появляется в 55-60-летнем производном чистом или смешанном березняке. Подставляем возраст деревьев березы в уравнение y=0,01x-0,8x+29,1 (x=55). Определяем, что первый уход за темнохвойным подростом или первый прием постепенной рубки необходимо провести при возрасте подроста ели и пихты 15 лет и при возрасте березы 70-75 лет. При его проведении в первую очередь вырубаются хвойные деревья из первого яруса (если они есть в составе древостоя, то их возраст будет достигать около 100 лет) и наиболее развитые деревья мягколиственных пород. Такой метод отбора деревьев в первый прием рубки позволяет в период до второго приема сдерживать поросль мягколиственных пород и повысить конкурентоспособность темнохвойного подроста. Данный пример показывает, что не стоит торопиться с вырубкой спелого березового древостоя при достижении им возраста 61 год, так как возраст технической спелости березы составляет 70-80 лет. Второй прием постепенной рубки проводится согласно действующим правилам через 6-9 лет.

Таким образом, при выдерживании сроков проведения первого приема рубки, который зависит от появления самосева темнохвойных пород под пологом мягколиственных насаждений, наиболее эффективно решается комплекс лесоводственных и экономических задач.