На правах рукописи

Большакова Наталия Владимировна

ВЛИЯНИЕ ГУСТОТЫ И РАЗМЕЩЕНИЯ

ПОСАДОЧНЫХ МЕСТ НА РОСТ ЕЛИ

ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ КУЛЬТУР

ПО ИНТЕНСИВНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

06.03.01 – Лесные культуры, селекция и семеноводство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург – 2007 2 Диссертация выполнена на кафедре лесных культур Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Маркова Инна Александровна

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Мартынов Алексей Николаевич кандидат биологических наук, Товкач Леонид Николаевич

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие «Северо-Западное государственное лесоустроительное предприятие»

( ФГУП «Севзаплеспроект»)

Защита состоится: « 12 » ноября 2007г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.220.02. в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова по адресу:

194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., д. 5., главное здание, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова

Автореферат разослан «_»2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Маркова И.А.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Преимущество лесного хозяйства перед другими сырьевыми отраслями состоит в том, что древесина относится к возобновляемым природным ресурсам. Необходимо сохранять лес, как отлаженный природой механизм, способный при сравнительно небольших затратах со стороны человека давать сырье и усваивать, консервировать энергию солнца.

Ускоренное лесовыращивание высокопродуктивных лесных культур является средством удовлетворения долгосрочных стратегических потребностей общества в древесине, позволяющим не только получать высококачественное сырье, но и сохранять природные ресурсы страны.

При ускоренном лесовыращивании эффект достигается за счет комплекса мероприятий, в котором одна операция дополняет и усиливает действие другой. А правильно выбранные густота посадки и размещение посадочных мест играют важнейшую роль в обеспечении быстрого роста и высокой производительности лесных культур.

Современные технологии лесокультурного производства ориентированы на механизированное исполнение работ по закладке культур и уходу за ними, что требуется учитывать при размещение посадочных мест.

Отсутствие возможности прохода техники между рядами культур ведет к отказу от уходов за ними, а следовательно к снижению сохранности и продуктивности насаждений.

Цель и задачи исследования. Цель исследования – обосновать оптимальную густоту и размещение посадочных мест ели при ускоренном лесовыращивании на оторфованных почвах.

Основные задачи

исследования:

- изучить влияние исходной густоты и размещения культур на рост при выращивании ели по интенсивным технологиям;

- исследовать горизонтальную, вертикальную структуру крон и особенности светового режима в опыте с разным размещением посадочных мест при одинаковой густоте;

- определить фитомассу крон ели в посадках с разной шириной междурядий и шагом посадки;

- разработать практические рекомендации по исходной густоте и размещению деревьев по площади.

Научная новизна. Впервые установлены оптимальные параметры исходной густоты и размещения ели при ускоренном выращивании культур на влажных почвах с механизацией основных технологических процессов. Получены данные по специфике горизонтальной и вертикальной структуры и освещенности крон ели в посадках с разным размещением при одинаковой густоте. Обоснованы рекомендации для оптимизации комплекса работ по закладке культур.

Практическая значимость. Даны предложения по совершенствованию интенсивной технологии выращивания культур ели в черничной и травяно таволжной группе типов леса таежной зоны Северо-Запада России.

Обоснованность и достоверность результатов подтверждается значительным объемом экспериментального материала, полученного на стационарных объектах с 30 – летним сроком наблюдений; применением современных методов математической статистики при обработке материалов исследований. В работе использовались стандартные методики полевых исследований с некоторыми дополнениями.

Предмет защиты. 1. Влияние густоты и размещения культур ели на рост ели. 2. Особенности структуры крон и освещенности культур при разном размещении посадочных мест. 3. Влияние освещенности на фитомассу надземной части ели. 4. Рекомендации по оптимизации комплекса работ при закладке культур ели на оторфованных почвах.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований автора представлялись и обсуждались на ежегодных Научно-технических конференциях Санкт-Петербургской лесотехнической академии в 2002- гг. и Международных научно-практических конференциях (Екатеринбург, 2005; Шопрон (Венгрия), 2006).

Личный вклад автора состоит в сборе, обработке, анализе полевых и камеральных материалов в период с 1999 по 2007 гг. Автору принадлежит решение всех задач, предусмотренных программой исследований, обобщение результатов, обоснование научных выводов и рекомендаций.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 6 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 136 страницах машинописного текста, состоит из введения, 6 глав, заключения и 4 приложений. Список используемой литературы включает 168 наименований, в том числе 12 иностранных. Текст иллюстрирован 16 таблицами и 11 рисунками.

Успешность роста насаждения и реализация его целевого назначения в значительной мере определяются тремя характеристиками: густотой посадки, размещением растений и индексом равномерности. Эти факторы оказывают большое влияние на обеспечение оптимальных условий для развития корневой системы деревьев, формирования крон и, как следствие, высокого запаса древесины. Вопросам изучения этих факторов в лесоводственной литературе всегда уделялось большое внимание: Тюрмер, 1891; Ткаченко, 1952; Нестеров, 1961; Грейг-Смит, 1967; Злобин, 1974; Кайрюкштис, Юодвалькис, 1975, 1976; Титов, 1978; Редько, 1978; Писаренко, Мерзленко, 1990; Маслаков, 1984; Прокопьев, 1983; Кузнецов, 1992; Шутов, 1985; Мартынов, 1974, 1998;

Мартынов, Красновидов, 1984; Маркова, 1985, 1995, 1996; Сеннов, 1990;

Штукин, 2001; Чернов, 2002; Малинаускас, 2003 и многие другие.

Как следует из обзора изученной литературы, основная масса исследований по густоте и размещению культур проводилась без учета возможности механизации последующего цикла лесокультурных работ. По нашему мнению, недостаточно данных по оптимальной густоте ели при выращивании культур по интенсивным технологиям на оторфованных почвах.

В большинстве случаев исследовались культуры на дренированных почвах, а также в той или иной степени подвергающиеся угнетению травяным покровом и лиственными породами, что сдерживало реализацию биологических возможностей еловых древостоев. Остается вопрос, какой же должна быть оптимальная густота насаждения, обеспечивающая вместе с другими агротехническими приемами ускоренное получение заданного запаса древесины при механизированном исполнении лесокультурных работ.

ГЛАВА 2. Программа, методика и объекты исследования Программа исследований включала следующие вопросы. 1) Изучить научную литературу по влиянию густоты и размещения посадочных мест на рост культур ели. 2) Проанализировать влияние методов агротехнического ухода на параметры культур разной густоты. 4) Исследовать горизонтальную и вертикальную структуру крон ели при разном размещении в рядах. 5) Оценить особенности светового режима в культурах с различным размещением посадочных мест. 6) Изучить формирование фитомассы крон в культурах с разным шагом посадки и шириной междурядий. 7) Разработать рекомендации по оптимизации густоты и размещения посадок ели при ускоренном лесовыращивании.

Для оценки структуры и продуктивности ценозов ели европейской в экспериментальных посадках разной густоты и размещения посадочных мест, а также изучения структуры и формирования фитомассы крон деревьев в древостоях ели с различными шагом посадки, были взяты насаждения ели первого - второго класса возраста, ранее созданные лабораторией лесовосстановления ФГУ «СПбНИИЛХ» под руководством профессора, доктора биологических наук Е.Л. Маслакова.

Изучаемые опытные объекты располагаются в подзоне южной тайги на территории опытного лесхоза «Сиверский лес» (южная часть Ленинградской области), в типичных для данного региона лесорастительных условиях. Было исследовано 32 постоянных пробных площади культур ели европейской, половина из которых заложена массивами (площадью 0,3 - 0,4 га) с последующим их разреживанием. Площадь остальных пробных площадей 0,01 - 0, га. Замеры показателей роста культур ели на этих пробных площадях осуществлялись систематически каждые 3 - 5 лет на протяжении всего срока наблюдений, который составлял 11 - 30 лет.

Объекты исследований. Опытный объект № 1 – заложен в 1975 г. на площади 11 га, в эдатопе С3-4 стандартными сеянцами (Е3) по плужным пластам высотой 30 см. Исследовались варианты по густоте 1,0; 2,0 и 4,0 тыс.

шт./га. Среднее расстояние между рядами по всем вариантам посадок 3,5 м.

При густоте 1,0 тыс. шт./га расстояние в ряду 3,2 м, при густоте 2,0 тыс.

шт./га - 1,6 м, 4,0 тыс. шт./га - 0,8 м.

На опытном объекте был проведен комплекс мероприятий: создание осушительной сети, механическая обработка почвы, сортировка посадочного материала, 2-х кратное устранение конкуренции травяной растительности в полосах шириной 1 м вдоль рядов культур с помощью гербицидов, подкормки минеральными удобрениями. Все варианты опытов выполнены в двух повторностях.

Опытный объект № 2 – заложен в 1983 г. на свежей вырубке ельника кислично-черничного (С3), посадкой саженцев (Е2+3) под лопату по целине.

Исходная густота культур во всех вариантах опыта 2,0 тыс. шт./га. Размещение посадочных мест: 0,68,4 м; 0,86,3 м; 1,14,6 м; 2,22,3 м.

Опытный объект № 3 – заложен в 1992 г. в кислично-черничных условиях (С3). Заложено 7 вариантов обработки почвы с посадкой 1-9 саженцев (Е2+2) биогруппами. Среднее расстояние между саженцами в группе 0,7 м, между рядами микроповышений 2,5 - 3,5 м в зависимости от их размера.

Средняя густота посадки культур по площади 2,5 - 2,8 тыс. шт./га.

В качестве основы для определения различий в росте насаждений применялась методика сравнения биометрических показателей культур ели I-II классов возраста. Были произведены замеры диаметров ствола на высоте 1, м (не менее 100 на каждую пробную площадь), и диаметров кроны вдоль и поперек ряда (не менее 50 замеров), замеры высот культур сначала выполнялись мерными шестами, а в культурах 15 лет и старше - высотомером.

Объем кроны деревьев рассчитывали по формуле А.В. Тюрина (1945).

Площадь перекрытий крон - по методике М.Д. Мерзленко, А.С. Яковленко (2003). Процент влажности фитомассы модельных деревьев по фракциям после высушивания определяли через формулу Б.Н. Уголева (2004).

Конверсионный коэффициент массы кроны (Кcr), отражающий отношение массы кроны к общей массе ствола в коре, фитомасса надземной части древостоя (Mstn, кг) и запас углерода в древостое (Cst, кг) расчитывался по формуле В. А. Алексеева,1994.

Коэффициент перевода фитомассы в углерод для зеленых частей растений принимался равным 0,5 (Алексеев, Бердси 1994).

Объем ствола деревьев при сплошном перечете определяли по формуле В.С. Моисеева (1980). Объемы ствола модельных деревьев, вычисляли по формуле объемов цилиндра и конуса.

Диаметр ствола на различных высотах расчитывался по формуле:

где Rсевер, Rюг – радиусы дерев на различных высотах в северном и южном направлениях.

Определения освещенности в культурах ели с разным размещением посадочных мест производились по методу В.А. Алексеева, 1963, 1975, с некоторой модификацией выбора мест замеров.

Все результаты сведены в таблицы, а также представлены в виде рисунков и графиков. Показатели освещенности в кроне приводятся в процентной доле от освещенности на открытом месте.

В процессе камеральной обработки экспериментальных данных была оценена связь размещения посадочных мест (индекса равномерности (Ир)) с освещенностью кроны на разной высоте дерева. Аналогичный корреляционный анализ (R) был сделан и для массы надземной части культур.

ГЛАВА 3. Влияние размещения посадочных мест на рост культур ели Одна и та же густота посадки культур может быть достигнута путем изменения шага посадки и ширины междурядий. Выбор ширины междурядий тесно связан с условиями увлажнения почвы, а также параметрами техники, используемой при выполнении уходов за культурами.

На опытном объекте № 3 к 11 годам при посадке в целину средний диаметр рядовых культур составляет 25,9±2,15 мм, что примерно на 9 % выше среднего диаметра групповых культур (ср. D1,3 – 23,6±1,80 мм). Различия по высоте есть, но они не достоверны при 5% уровне значимости (табл. 1).

Самые высокие показатели параметров ствола ели наблюдаются в рядовых культурах с обработкой почвы шнековым плугом ПШ- (ср. D1,3 – 33,2±1,54 мм, ср. Н – 331±11,0 см).

посадочного (контроль) Микроповышения объемом, м плуга ПШ- Средний объем ствола культур на целине находится в диапазоне 0,009м3, на дискретных микроповышениях и плужных грядах 0,0017- 0,024 м, что с вязано с положительным влиянием обработки почвы посадочных мест, за счет сдваивания гумусового горизонта почвы.

Кроме того, вдоль гряд плуга ПШ-1 проходит лесокультурная борозда, спускающая воду в собиратель, тем самым, исключая затопление корневой системы и вымокание культур.

Различия по среднему значению диаметров стволика в вариантах посадок ели по целине и дискретным микроповышениям достоверны при 5%-ном уровне значимости (tтабл. – 1,97; tрасч. - 2,36). Достоверны также различия между диаметрами посадок культур по целине и в пласты плуга ПШ- (tтабл. – 1,97; tрасч. - 3,83).

Различия между средними значениями диаметров в варианте с посадкой культур по дискретным микроповышениям и по грядам плуга ПШ-1 недостоверны и находятся в пределах ошибки среднего.

Однако превосходство рядовых культур над групповыми по средним показателям роста, в 11-летнем возрасте нельзя считать объективным.

В таблице 2 представлены данные по росту тех же культур в пересчете на 500 и 1000 лучших деревьев (деревья будущего).

Из табл. 2 следует, что групповые культуры, посаженные 33 шт. в рядке в одно большое повышение, в пересчете на 500 шт./га лучших превосходят по диаметру рядовые культуры в среднем на 13%, по высоте на 19%, а по объему ствола на 26%. Разница между показателями диаметра и объема ствола между группами из 3-х деревьев (треугольник), 5 деревьев (конверт) и рядовыми культурами находится в пределах ошибки опыта.

Рост 11-летних групповых культур ели на свежей вырубке ельника кислично-черничного Целина 3/треугольником 2,2±0,23 259±15,3 0,0009 3,1±0,22 313 0,0022 3,8±0,24 361 0, При пересчете на 1000 лучших диаметр культур выше средних данных по сплошному перечету в 1,5 раза. Групповые культуры, посаженные рядками 33 шт., превосходят культуры с рядовой схемой посадки по диаметру на 7 %. Различия между вариантами достоверны на 5%-ом уровне значимости.

Превышение в показателях объема ствола составляет 16%.

Показатели продуктивности в групповых посадках по 3 дерева (треугольник) и по 5 деревьев (конверт) ниже показателей роста в рядовых культурах в среднем на 17%, а в групповых культур с посадкой по 9 шт. в среднем на 23%.

Таким образом, в 11-летних посадках ели различия в параметрах групповых и рядовых культур больше связаны с обработкой почвы, чем с размещением, так как внутривидовая дифференциация деревьев находится еще в начальной фазе.

3.2. Влияние размещения рядовых культур на параметры ели Анализ роста 23-летних посадок ели на опытном объекте № 2 с разным размещением посадочных мест при одной густоте 2 тыс. шт./га показал, что лидирующее место по производительности занимают культуры, произрастающие при Ир=1,1 (размещение 2,22,3 м). Средний диаметр ствола = 10,7±0,33 см, Н = 9,0 м, запас = 102 м3/га.

При Ир = 14,0 (0,68,4 м) отставание по диаметру составляет 24%, по высоте – 21%, по запасу – 46%; отставание в показателях от культур с Ир=4, (1,14,6 м) составляет по диметру 10%, высоте – 21%, запасу – 26% и отставание от показателей роста от культур, произрастающих при Ир-7, (0,86,3 м): составляют, соответственно, 5,8 и 12%, запас -38%.

Таким образом, с уменьшением шага посадки показатели роста ели резко ухудшаются. В то же время ширина междурядья 2,3 м не обеспечивает безопасный для культур проход техники между рядами при механизированных уходах за посадками. Это связано с тем, что, ель имеет поверхностную корневую систему и широкую, конусовидную в нижний части крону, которая плохо очищается от сучьев. При уходе за посадками используются агрегаты на базе трактора МТЗ-82 (ширина 2 м) или ЛХТ-55, ТДТ-55 (ширина 2,3 м).

Эти агрегаты плохо проходят даже по междурядью шириной 3,0-3,5 м.

Таким образом размещение саженцев через 1,1 м в ряду и ширине междурядий 4,6 м (Ир=4,2) является компромиссным решением при котором обеспечиваются хорошие показатели роста ели (потери по диаметру в пределах 10%) при отсутствии повреждений культивируемых деревьев.

С возрастом, после предусмотренного технологией в 25 - 30 лет разреживания культур в рядах, индекс равномерности приблизится к оптимальному значению.

Глава 4. Влияние густоты на рост и горизонтальную сомкнутость Густота посадок культур определяет площадь питания растений. Первоначально внутривидовая конкуренция проявляется при смыкания корневых систем, однако её последствия визуально плохо наблюдаются. Существенное влияние деревьев друг на друга проявляется с наступлением фазы смыкания крон: первым снижается прирост по диаметру ствола, а затем и по высоте.

Уменьшаются фитомасса надземной части дерева и запас стволовой древесины. Ветви соседних деревьев входят в кроны друг друга. Фаза смыкания является сигналом к первому разреживанию, так как заметно снижается освещенность крон.

На рис. 1 показана динамика роста крон в посадках ели 30-летнего возраста (опытный объект № 1).

В первые 5 - 6 лет несмотря на смыкание крон в ряду, площадь питания достаточна и способна обеспечить ель всем необходимым даже при густоте 4,0 тыс. шт./га.

Потери прироста деревьев по высоте в культурах с исходной густотой посадки 4 и 2 тыс. шт./га начинаются с 7 - 9 лет. К этому возрасту проявляется и снижение показателя D2H. При посадке сеянцами на расстоянии 0,8 - 3, м друг от друга до 11 лет развитие крон вдоль ряда идет практически одинаково.

С 11 летнего возраста снижение прироста в высоту становится еще более выраженным. В 12 - 13 лет в древесных сообществах устанавливается устойчивая дифференциация деревьев по ранговым группам. Конкуренция в этот период становится наиболее очевидной (рис. 2).

Рис.1 Динамика изменения диаметра крон вдоль ряда посадки Рис. 2 Динамика изменения диаметра крон поперек ряда посадки Таким образом, временной период 9 - 13 лет может считаться оптимальным для проведения первого разреживания культур ели, что в дальнейшим позволит предотвратить торможение роста посадок, связанное с недостаточной площадью питания растений.

К 30 годам в культурах с густотой 1тыс. шт./га нет перекрытия крон у 60,7% деревьев, стоящих рядом. 39,3% елей имеют однократное перекрытие.

В посадках с густотой 2,0 тыс. шт./га у 17% деревьев кроны не перекрывают друг друга; 80,3% деревьев имеет однократное перекрытие, 2,4% двухкратное -, 0,3% - трехкратное.

При густоте 4,0 тыс. шт./га 28,4% крон рядом стоящими деревьями имеет однократное перекрытия, 63,5% - двухкратное, 3,4% – трехкратное, без перекрытий – 4,6%.

Прямой реакцией на ухудшение освещенности внутри крон ели является уменьшение среднего диаметра ствола в посадках с густотой 2,0 тыс.

шт./га на 13%, а с густотой 4,0 тыс. шт./га на 33% по сравнению с посадкой 1,0 тыс. шт. сеянцев ели на 1 га.

ГЛАВА 5. Анализ совместного влияния густоты и методов агротехнического ухода на производительность культур ели В данной главе проанализированы результаты опыта с разными вариантами ухода за культурами с густотой 1, 2 и 4 тыс.шт./га на фоне осушения и механической почвы плужным орудием.

Подавление рост травяной растительности гербицидами в полосах вдоль ряда культур сильнее всего проявляется в первые 10 лет выращивания (рис. 3).

Средний объем Рис. 3 Динамика изменения показателя среднего объема ствола Одновременно с устранением конкуренции трав гербициды ускоряют разложение торфа в плужных пластах, расположенных рядом со сточной бороздой, что способствуют повышению актуального плодородия почвы. Увеличению содержания подвижных форм азота в корнеобитаемом слое почвы способствует также разложение растительной массы надземной и подземной частей трав. Один - два ухода с помощью гербицидов, дают возможность культурам полностью справиться с конкуренцией со стороны нежелательной растительности и фактически служат азотной подкормкой для культур.

Следовательно, на потенциально богатых торфяных почвах, актуальное плодородие которых после осушения, механической обработки почвы и применения гербицидов существенно повышается, применение подкормок минеральными удобрениями не дает желаемого эффекта и от них можно отказаться. Внесение удобрений на богатых почвах требуется только при стрессовых ситуациях в случаях повреждения культур вредителями, болезнями, пожарами, после рубок ухода и т.п.

Еще одним фактором, повышающим производительность культур, является их разреживание (табл. 3). Через 4 года после разреживания культур 26-летнего возраста с 2 тыс. до 1 тыс. елей на 1 га, средний объем ствола в разреженных культурах увеличился по сравнению с не разреженными на 41%, диаметр ствола - на 22%, средний запас составил 162 м3/га (без разреживания - 174 м3/га).

В культурах с исходной густотой 4 тыс. шт./га через 4 года после разреживания до 1,5 тыс. шт./га средний объем ствола увеличился на 38 %, диаметр ствола - на 21%, средний запас составил 175 м3/га (без разреживания м3/га).

Эффект разреживания в 30-летних культура в опыте с *- Разреживание в декабре 2000- январе 2001 гг.

В вариантах опытов, где уходов не проводилось, лучшие показатели роста по диаметру ствола в течение 30-лет наблюдались при густоте 1 тыс. шт./га (табл. 4). Средний диаметр ствола в этих культурах превосходит этот же показатель в посадках с густотой 2,0 тыс. шт./га на 23 %, а в культурах с густотой 4 тыс. шт./га - на 33 %.

Таким образом, в культурах с густотой 4 тыс. шт./га накопление запаса идет за счет большего количества деревьев, но со снижением в составе доли крупномерных стволов. При низкой густоте закладки культур (1 тыс.шт./га) не обеспечивается требуемое запасное количество растений для отбора лучших деревьев при разреживании и сводится к минимуму получение древесной продукции в процессе промежуточного пользования.

Параметры 30-летних культур ели в опыте с различной густотой Следовательно, на фоне качественной подготовки лесокультурной площади и своевременного проведения агротехнических и лесоводственных уходов за культурами, посадка крупномерных саженцев ели в количестве тыс. шт./га будет оптимальным решением, так как обеспечит интенсивный рост ели на протяжении всего срока выращивания насаждения.

ГЛАВА 6. Влияние освещенности, в культурах с различным размещением посадочных мест, на рост и продуктивности фитомассы Фитомасса отдельных фракций и надземной части является своеобразным итогом физиологической деятельности растительного организма и, в частности, его ассимиляционного аппарата (Бабич, Мерзленко, 1998; Солнцева, Холопова, 2000). В работах А.С. Яблокова (1934), В.П. Тимофеева (1976), В.В. Смирнова (1971), В.А. Усольцева (1988), А.Ф. Чмыра (2002);

З.Я Нагимова, О.В. Суставовой (2006) и других показана тесная связь надземной фитомассы, а также радиального и объёмного приростов древесины с массой хвои, диаметром ствола на высоте груди, площадью сечения и произведением квадрата диаметра на высоту.

Наивысшая продуктивность растительных сообществ может быть достигнута тогда, когда в них сформирован оптимальный по размерам фотосинтетический аппарат (Молчанов, 1971). Распределение фитомассы по морфологическим частям дерева дает представление о том, в какой мере расходуется органическое вещество, накопленное в процессе фотосинтеза, на воспроизводство соответствующих органов данного вида растительности. Сопоставление указанных соотношений с продуктивностью вида в определенных условиях позволяет установить оптимальные параметры органов растений в их морфологической взаимосвязи. Это в свою очередь позволяет регулировать данные соотношения технологическими приемами и лесохозяйственными методами (Калинин, 1983).

В свою очередь, работа ассимиляционного аппарата и его продуктивность связаны со строением кроны дерева. Густота стояния древостоя и связанная с ней освещенность, непосредственно влияет на формирование кроны дерева и распределение фитомассы по его морфологическим частям.

6.1. Горизонтальная и вертикальная сомкнутость крон в культурах с различным размещением посадочных мест На опытном объекте № 2, где культуры созданы с одной густотой и разным размещением была исследована горизонтальная и вертикальная структура крон при разном размещении. Как и на опытном объекте № 1 здесь было исследование перекрытие крон (табл. 5) при посадки ели крупномерными саженцами (3+2).

При шаге посадки 2,2 м в 21 год кроны культур не перекрывают друг друга.

При шаге посадки 1,1 м однократное перекрытие крон имеет место почти у половины елей. Дальнейшее уменьшение шага посадки ведет к массовому одно- и двукратному перекрытию крон.

Степень горизонтального перекрытия крон культур ели с различным размещением посадочных мест при густоте 2тыс. шт./га минимальная конкуренция между растениями и оптимальная освещенность крон, что обеспечивает более быстрый рост насаждения.

При шаге посадки 1,1 м наблюдается однократное перекрытие крон практически у всех деревьев. Остается открытой только верхняя треть деревьев, что позволяет деревьям хорошо расти (рис. 4).

При уплотнении посадок в ряду до 0,6 м у значительного количества (36%) растений, наряду с однократным, наблюдается и двукратное перекрытие. Максимальное загущение крон по вертикали наблюдается на высоте 1, – 2,5 м. На высоте 2,6 - 4,5 м двукратное перекрытие переходит в однократное. Открытыми остаются только вершины крон. Из-за повышенной конкуренции между деревьями в ряду происходит снижение интенсивности процесса фотосинтеза, следствием чего является снижение темпов роста культур.

Рис. 4 Схема перекрытий крон по вертикали в 21-летних культурах ели с размещением посадочных мест 2,22,3 и 1,14,6 м - кроны без перекрытия; - однократное перекрытие; - 2-кратное перекрытие К 23-годам степень горизонтального перекрытия крон в рядах посадки ели увеличивается.

В варианте с размещением культур 2,22,3 м кроны сомкнулись как в рядах, так и между рядами, и однократное перекрытие составило в среднем 22,4%.

При размещении культур 0,68,4 м двукратное перекрытие крон имело место у 67% посадок. У 9% деревьев крона перекрывалась тремя соседними елями.

С увеличением площади перекрытий фитомасса крон уменьшилась:

при размещении 1,14,6 м – на 29%, 0,86,3 м – на 28%, 0,68,4 м – на 44% (контролем является фитомасса культур с размещением 2,22,3 м) Максимальный прирост фитомассы побегов последних двух лет отмечен в варианте с размещением 1,14,6 м, что связано с наличием хорошего верхнего и бокового освещения деревьев. В культурах с равномерным размещением боковое освещение ухудшилось из-за смыкания посадок между рядами, следствием чего стало отмирание нижних ветвей ели.

Различия в освещенности на разной высоте дерева в культурах, обусловлены архитектоникой крон ели, сформированной под влиянием ширины междурядья и шага посадки. В 20 - 25 летних культурах при индексе равномерности 1,1 - 4,2 освещенность на высоте 3 м (0,5Н ствола) составляла 37 от полной, что в два раза больше, чем при Ир 7,9 - 14. На высоте 0 - 1 м от поверхности почвы освещенность кроны колебалась в пределах 1 - 16% от полной и существенно зависела от бокового освещения, которое обусловлено шириной междурядий. Таким образом, освещенность в кроне тесно связана со степенью смыкания деревьев в культурах (рис. 5).

Освещенность, % Размещение культур по площади существенно влияет на распределение фракций фитомассы кроны по высоте дерева – с улучшением светового довольствия увеличивается масса хвои по отношению к массе побегов (рис.6).

Существует тесная положительная связь (коэффициент корреляции R= + 0,905 при P=0,146) между индексом равномерности и показателем охвоенности ветвей в кроне. При увеличении индекса равномерности от 1,1 до объем кроны возрастает, а масса хвои в кроне уменьшается. Вследствие черезмерной загущенности крон в ряду при шаге посадки саженцев 0,6-0,8 м и отсутствии разреживания в 8 - 12 лет ветви елей активно растут только в сторону хорошо освещенного междурядья, образуя при этом сплющенную крону. Накопление массы хвои в кроне идет также, в основном, за счет боковых побегов, направленных в сторону междурядья.

Существует отрицательная связь между индексом равномерности и массой надземной части дерева (коэффициент корреляции R= - 0,800 при P=0,090) и массой ствола (R = - 0,805 при P = 0,074). Реакцией дерева на уменьшение количества поступающего в крону прямого солнечного света и массу световой хвои является торможение роста ствола по диаметру.

Вероятно (Мартынов, Красновидов, 1984), первоначальной являлась реакция корней на уменьшение расстояний в ряду и освещенности крон, но раскопка корневых систем культур нами не была выполнена.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы.

1. В диапазоне исследованной исходной густоты культур ели 1 - 4 тыс.

шт./га наибольшие показатели диаметра ствола в 30-летних посадках получены при густоте 1 тыс. шт./га. Превышение среднего диаметра составляет 20 по сравнению с густотой 2 тыс. шт./га и 30 - 35% по сравнению с густотой 4 тыс. шт./га. Однако, при низкой густоте закладки культур не обеспечивается требуемое количество запасных растений для отбора лучших по генотипу деревьев при разреживании, а также исключается возможность коммерческого промежуточного пользования.

2. В 9 - 13 лет происходит устойчивая дифференциация деревьев по рангам и начинают проявляться различия в развитии крон вдоль и поперек рядов посадки.

Учитывая это, временной интервал 9 - 13 лет может считаться оптимальным для проведения первого разреживания культур ели, выращиваемых по интенсивным технологиям на богатых почвах с применением механической обработки, осушения, крупномерного посадочного материала и уходов.

Это позволит предотвратить торможение роста культур на 7 - 10% в год, связанное с ухудшением освещенности выращиваемых деревьев.

3. Даже запаздалое разреживание культур в 25 лет с интенсивностью 50% (исходная густота 2 тыс. шт./га) и 60% (4 тыс. шт./га) увеличивает средний объем ствола ели на 40%, а его диаметр - на 22%. Культуры с исходной густотой 2 тыс. шт./га через 5 лет после разреживания, по запасу стволовой древесины (162 м3 /га) не уступают культурам с исходной густотой 1 тыс.

шт./га.

4. Напряженность внутривидовых отношений является фактором, определяющим закономерности развития крон, так как накопление фитомассы в насаждении имеет прямую зависимость от расстояния между деревьями. К 20 годам при увеличении индекса равномерности с 1,1 до 4,2 фитомасса надземной части ели снижается на 29 %, при увеличении Ир до 14,0 (размещение посадок 0,68,4 м) - на 44 %.

5 К 23 годам лидирующее место по массе и приросту побегов последних двух лет занимают культуры с размещением посадочных мест 1,14,6 м. Это связано с наличием хорошего верхнего и бокового освещения деревьев (на высоте 0,5Н - 37% от полной). В культурах с размещением 2,22,3 м уменьшение массы хвои и побегов последних лет связано со снижением боковой освещенности после смыкания культур между рядами.

6. Сравнение показателей роста 11-летних групповых и рядовых культур не позволяет сделать достоверных выводов о преимуществах этих способов посадки. Более высокие показатели роста ели на плужных грядах ПШ- обусловлены достоинствами этого способа обработки влажных почв по сравнению с дискретным и не связаны с размещением посадок. Можно, однако, отметить, что групповое размещение культур обеспечивает более раннюю дифференциацию посадок и позволяет с первых лет закрепить размещение деревьев будущего на площади. Представляется целесообразным сочетать групповую посадку культур с дискретным размещением крупных микроповышений по предварительно осушенной площади.

На Северо-Западе России, где значительная часть лесокультурных площадей характеризуется переувлажненными почвами, можно рекомендовать посадку культур ели попарно – сближенными рядами (расстояние между рядами посадки 2,1-3,2 и 3,8-4,5 м), при шаге посадки саженцев ели 2+2 1,0м. Исходная густота культур 2,5 -2,8 тыс. шт./га (Ир=3,8). После первого разреживания в 13-15 лет и уборки в рядах поврежденных и отставших в росте деревьев Ир приблизится к единице. Задержка с разреживанием приводит к потери производительности культур и снижению их устойчивости вследствие ухудшения роста корневой системы.

При использовании крупномерных селекционно-улучшенных саженцев "гейстеров" густота культур может быть снижена до 1,8 тыс. шт./га. с шагом посадки 1,5 - 1,7 м. Эта густота культур исключает первое не коммерческое разреживание ели.

Ширина междурядий 3,5 - 4,5 м (чем влажнее почва, тем шире) является минимально необходимой для прохода агрегатов на базе трактора ЛХТ- илиМТЗ-80 при уходах за культурами. При отсутствия возможности механизации уходов с помощью катков-осветлителей культуры на богатых почвах зарастают лиственными породами и существенно снижают производительность вследствие их отенения.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1.Большакова Н.В. Влияние размещения и густоты культур ели на их производительность// Леса Евразии – Белые ночи: Материалы III Международ. конф. молодых ученых. – М.: Изд-во МГУЛ, 2003. – С. 79-81.

2.Маркова И.А., Шестакова Т.А., Большакова Н.В., Бутенко О.Ю.

Обобщение 30-летнего опыта плантационного лесовыращивания в таежной зоне России // Труды СПбНИИЛХ. – СПб; 2004.- Вып. 2 (12). – С.58-76.

3.Большакова Н.В. Влияние густоты и методов уходов на продуктивность плантационных культур ели // Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка: Сб. тезисов Международ.

научно-практической конф. молодых ученых (16-18 ноября 2004 г). в СанктПетербургской лесотехнической академии. Под. ред. А.А. Егорова. – СПб.:

СПбЛТА, 2005. – С. 8 - 9.

4.Большакова Н.В. Совершенствование технологии по выращиванию лесных культур ели на Северо-Западе России //Леса Евразии – Уральские горы: Материалы V Международ. конф. молодых ученых, посвященной 175-летию первого лесоустройства на Урале и 160-летию со дня рождения лесовода Ф.А. Теплоухова. – М.:МГУЛ, 2005. – С. 89-91.

5.Большакова Н.В. Влияние размещения посадочных мест на показатели роста культур ели // Леса Евразии – Венгерский лес: Материалы VI Международ. конф. молодых ученых. – М.: МГУЛ, 2006. – С. 51-53.

6.Большакова Н.В. Влияние размещения посадочных мест на показатели роста культур ели // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии / Сб. докладов молодых ученых на ежегодной научной конф. СанктПетербургской лесотехнической академии. - СПб: СПбГЛТА, 2006. – Вып. 11. - С. 60-63.