Лес. Рост, развитие и возобновление леса

Лес – это саморегулирующаяся система. Для леса характерна самовосстанавливаемость. В лесу этот процесс происходит беспрерывно. Лесовозобновление, как сложный биологический процесс в жизни леса, заканчивается смыканием крон молодых деревьев. Важными элементами лесовосстановления являются рост, развитие и продуктивность древесных пород.

Рост – это воспроизведение и накопление клеток, вызывающее увеличение размеров органов и всего растения в целом. Рост леса характеризуется увеличением высоты, диаметра, объёма и массы деревьев, кустарников и живого напочвенного покрова.

Интенсивность роста зависит от физиологических процессов, происходящих в растении, и от внешних условий. К наиболее важным физиологическим процессам, влияющим на рост растений относятся следующие: поглощение воды и минеральных веществ из почвы, кислорода и углекислого газа из воздуха, транспирация, дыхание, углеводный и азотный обмен, регуляция роста гормонами. Основными факторами внешней среды, влияющими на рост растений являются влажность и температура почвы и воздуха, энергия солнечной радиации, элементы азотного и минерального питания, углекислый газ и кислород.

По характеру роста древесные породы делятся на быстрорастущие и медленнорастущие. Быстрорастущими считаются породы, которые быстро растут в первую половину своей жизни и к 30-50 годам достигают максимальной высоты; затем их рост в высоту замедляется. К медленнорастущим относятся породы, которые в первую половину своей жизни, особенно в первые 5-10 лет, растут медленно и достигают максимальной высоты к 80-120 годам. Быстрота роста древесных пород зависит от: а) биологических свойств; б) условий местопроизрастания; в) происхождения (семенное или вегетативное); г) влияния внутренней среды; д) возраста и т.д.

По быстроте роста древесные породы, начиная с наиболее быстрорастущих, образуют следующий ряд: тополь, акация белая, лиственница, береза, ольха черная, ильмовые, сосна, ясень, орех черный, клен, граб, дуб, бук, ель, пихта, тис.

Возраст кульминации и прекращения роста у отдельных древесных пород не одинаков. Он связан с быстротой роста деревьев. Быстрорастущие породы быстрее достигают возраста кульминации и прекращения роста, чем медленнорастущие древесные породы. Ниже приводятся возраста кульминации и прекращения роста у основных древесных пород.

Таблица 7. Возраст наивысшего прироста и возраст прекращения роста у различных древесных пород (по В.Г. Нестерову)

Возрасты наивысшего прироста и прекращения роста меняются в зависимости от лесорастительных условий. В более благоприятных почвенно-климатических и лесорастительных условиях прекращение роста наступает обычно позднее.

Прирост деревьев по диаметру также увеличивается до конца периода формирования леса, а затем в среднем возрасте падает и прекращается в периоде старения и отмирания. Запасы древесины увеличиваются в древостое с такой же последовательностью.

Усиления роста растений и, соответственно, повышения продуктивности лесов можно достигнуть созданием оптимальных условий для светового и почвенного питания и использованием методов селекции и генетики при отборе для выращивания деревьев и кустарников с заданными свойствами по быстроте роста, качеству древесины и плодоношению.

Развитие леса в онтогенезе – это переход из одного качественного состояния древостоя в другое в результате количественных изменений. При одинаковом росте развитие может быть различным и определяется по внешним морфологическим, таксационным и физиологическим признакам.

Одним из наиболее наглядных признаков развития леса является начало периода плодоношения древостоя. У деревьев одинакового роста и возраста, но разного развития плодоношение наступает в разное время их жизни.

Г.Ф. Морозов выделил шесть фаз развития для древостоев с 20-летними классами возраста:

• 1) молодняк I класса до смыкания крон и после смыкания и образование чащи;
• 2) жердняк II класса;
• 3) средневозрастной лес III класса;
• 4) приспевающий лес IV класса;
• 5) спелый лес V и VI классов;
• 6) перестойный лес VII класса и старше.

Продолжительность фаз развития древостоев нельзя охарактеризовать одинаковыми для всех условий сроками; они зависят от многих факторов: климата, почвы, биологических свойств пород, густоты древостоя и т.д.

Продуктивность лесов неразрывно связана с сохранением их устойчивости. Принято различать фактическую и потенциальную продуктивность леса. Фактическая продуктивность характеризуется реальной продукцией, создаваемой данным насаждением. Потенциальная продуктивность означает максимально возможную в данных условиях продуктивность насаждения, достижимую при наиболее полном использовании им почвенного плодородия.

В настоящее время выделяют следующие виды продуктивности лесов: древесную, биологическую, экологическую, рекреационную и комплексную [8].

Продуктивность древостоя определяется накоплением древесной массы за определенный период времени. Темпы накопления запаса древесины зависят от древесных пород, условий среды, хозяйственной деятельности человека и т.д. Продуктивность леса варьирует в зависимости от того, насколько потребности древесных пород обеспечиваются благоприятными почвенно-климатическими условиями. Благоприятными факторами для роста леса следует считать оптимальные соотношения тепла и влаги в воздухе и почве, наличие зольных элементов, азота и микроэлементов в почве для питания растений. Отрицательными факторами для роста леса являются резкие колебания температуры воздуха и почвы, недостаток или избыток влаги в почве, обилие конкурентных организмов и т.д.

Биологическая продуктивность, по Н.Ф. Реймерсу, определяется как биомасса производимая популяцией или сообществом на единице площади за единицу времени. Следовательно, биологическая продуктивность леса включает в себя помимо древесного запаса, всю зеленую массу растений и биомассу других лесных организмов.

Экологическая продуктивность леса определяется И.С. Мелеховым оценкой его средообразующей роли, защитных свойств, возможностей компенсирования техногенных, рекреационных и других нагрузок. Экологическая продуктивность тесно связана с биологической продуктивностью леса. Она обусловливается фитонцидностью лесных растений, климаторегулирующими, водоохранными, почвозащитными, шумопоглощающими и фильтрующими свойствами лесов.

Рекреационная продуктивность леса представляет собой тот рекреационный комфорт, который удовлетворяет потребности населения в рекреации в течение неограниченного времени.

Комплексная продуктивность леса включает в себя все выше перечисленные виды продуктивности.

Возобновление леса. Лесные ресурсы, в отличие от природных ископаемых ресурсов (уголь, газ, минеральные руды и др.), являются восполняемыми ресурсами. По мере использования они непрерывно восстанавливаются самой природой, однако их естественное воспроизводство часто не соответствует темпам их расходования.

После сплошных рубок леса и после пожаров лесные территории определённое время остаются оголёнными и малопродуктивными. Поэтому на таких лесных участках должно осуществляться лесовозобновление – естественное или искусственное. Восстановление леса должно подготовляться до рубки, начинаться во время рубки и осуществляться вслед за рубкой леса. Основными этапами такой работы являются сохранение подроста, оставление семенников, очистка лесосек от порубочных остатков, меры содействия естественному возобновлению и др.

И.С. Мелехов определяет возобновление леса (лесовозобновление) как процесс восстановления основного компонента леса — древесной растительности. В более широком экосистемном смысле возобновление леса он рассматривает как возобновление лесной экосистемы.

Процесс образования нового поколения леса естественным путем называется естественным возобновлением. Различают предварительное, последующее и сопутствующее возобновление леса. Предварительное возобновление леса происходит под пологом леса до его рубки. Последующее возобновление происходит на вырубке после удаления древостоя. Сопутствующее возобновление происходит под пологом насаждения в результате постепенных и выборочных рубок.

Естественное возобновление бывает семенным и вегетативным.

Рис. 10. Естественное возобновление дуба

Естественное семенное возобновление осуществляется путем распространения семян, появления всходов, их роста и последовательного перехода в стадии самосева, подроста и молодняка. Насаждения, созданные семенным путем, характеризуются долговечностью и высокой производительностью.

Вегетативное возобновление обусловлено свойством многих древесных пород воспроизводить новое поколение порослевыми побегами, корневыми отпрысками, отводками, образующимися соответственно от пня, корня, стебля из спящих или придаточных почек. Из всех трёх видов вегетативного возобновления леса наибольшее хозяйственное значение имеет порослевое возобновление. Образование поросли, и её рост происходят за счёт жизнедеятельности корней родительских деревьев. Естественное изреживание порослевого подроста идёт очень интенсивно, и обычно из многих порослевин в большинстве случаев отмирают все за исключением одной-двух.

Рис. 11. Корнеотпрысковая осина

По данным В.Г. Нестерова порослевая способность наших древесных пород такова:

Таблица 8. Порослевая способность древесных пород

У быстрорастущих древесных пород порослевая способность исчезает раньше, чем у медленнорастущих. При неблагоприятных лесорастительных условиях максимум и прекращение порослевой способности у деревьев наступает раньше. Например, Г.Ф. Морозов указывал, что дуб на супесчаных почвах сохраняет порослевую способность до 60 лет, а на суглинках – до 100 и более лет.

По способности давать поросль, её многочисленности и долголетию В.Г. Нестеров делит все древесные породы на 4 группы:

1. Древесные породы, дающие обильную поросль долгое время, – липа и каштан, дуб, ясень, ильмовые, груша, клёны.
2. Древесные породы, дающие слабую поросль, но долгое время, – бук.
3. Древесные породы, дающие обильную поросль, но недолгое время, – ольха, береза.
4. Древесные породы, не дающие деловой поросли, все наши хвойные породы.

Порослевые насаждения менее долговечны и отличаются низкой товарностью древесины.

Искусственное возобновление [7] осуществляется посевом семян или посадкой саженцев, выращенных в специальных питомниках. Искусственно созданные посадки древесных пород называются лесными культурами.

Рис. 12. Культуры сосны

Комбинированное возобновление – это сочетание на одном и том же участке как естественного, так и искусственного возобновления. В практике лесного хозяйства пользуются и искусственным, и естественным, и комбинированным возобновлением.

Успех семенного и вегетативного возобновлений зависит от экономических условий, условий местопроизрастания и биологических особенностей древесных пород. На результативность семенного возобновления большое влияние оказывает урожай семян древесных пород.

Интенсивность налета семян определяется наличием источников обсеменения (куртин и стен леса), периодичностью плодоношения, т.е. сроком повторяемости семенных годов с обильным урожаем. Этот срок зависит от биологических особенностей древесно-кустарниковых пород, почвенно-климатических и др. факторов и колеблется от 1 до 7 лет. В средней полосе РФ каждый год или через год обильно плодоносят берёза, осина, ива; через 4 года – сосна, ель, лиственница; через 4-5 лет – пихта, через 6-7 лет – дуб. Чем благоприятнее почвенно- климатические условия, тем чаще повторяются семенные годы, и наоборот [6].

В урожайные годы 1 га спелого леса дает более 1 млн семян. Однако чаще всего в лесу ощущается недостаток семян, что вызвано рядом причин: периодичностью плодоношения, неодинаковой всхожестью семян, гибелью семян от различных причин и т.д. Тем не менее благодаря огромному количеству семян в урожайные годы, особенно при слабом задернении, рыхлой лесной подстилке и редком напочвенном покрове самосев может насчитывать до нескольких десятков тысяч на одном гектаре.

Обильность плодоношения зависит от биологических свойств древесных пород и от условий окружающей среды. Примерные урожаи семян основных лесных пород для средней полосы европейской части России следующие (кг/га): сосна — 2,5; ель – 2,5; береза – 1,0; дуб – 500 [4].

Величина урожая зависит от возраста древостоя. При этом урожай нарастает с возрастом постепенно. По данным В.Г. Нестерова, плодоношение сосновых древостоев начинается в I классе возраста и далее непрерывно растет, достигнув максимума в древостоях II и III классов возраста и удерживаясь на высоком уровне до V класса возраста.

Существенное влияние на обильность плодоношения оказывает полнота древостоя. Установлено, что густые насаждения плодоносят слабее, чем редкие. Однако, чрезмерно редкие древостои дают семян так же мало, как и очень густые [5].

Урожайность древесных пород сильно изменяется также в зависимости от почвенно-климатических условий. Установлено, что по мере снижения плодородия почвы урожай снижается. Кроме того, чем благоприятнее климат для данной древесной породы, при прочих равных условиях, тем обильнее урожай семян.

Урожайность древесных пород можно определить несколькими методами: 1) глазомерно, 2) подсчетом плодов на пробных ветвях, 3) на модельных деревьях, 4) семеномерами, 5) на учетных площадках. В практике лесного хозяйства при глазомерной оценке плодоношения деревьев чаще всего используют шестибальную шкалу О.Г. Каппера: 0 неурожай – плодов и шишек нет, 1 очень плохой урожай – плоды и шишки имеются в насаждении в ничтожных количествах, 2 слабый урожай – в насаждении плодоношение слабое, по опушкам и на свободно стоящих деревьях удовлетворительное, 3 средний урожай – удовлетворительное плодоношение деревьев в насаждениях и хорошее по опушкам и на свободно стоящих деревьях, 4 хороший урожай – хорошее плодоношение деревьев в насаждениях и обильное по опушкам и на свободно стоящих деревьях, 5 очень хороший урожай – обильное плодоношение в насаждениях, по опушкам и на свободно стоящих деревьях.

Для хозяйственно-практических и научных целей необходима оценка естественного возобновления. Целью учета естественного возобновления является выявление количества и качества самосева и подроста главных ценных древесных пород.

Рис. 13. Самосев сосны, берёзы и дуба

Успешность его определяется густотой или численностью особей молодого поколения леса на единицу площади (обычно на 1 га), его составом и возрастом.

Ход естественного возобновления леса можно оценить двумя методами: глазомерно и учётом самосева на пробных площадках. При глазомерном способе учёта тщательно осматривают участки с естественным возобновлением и дают ориентировочную оценку естественного возобновления леса.

При учёте самосева и подроста закладываются специальные пробные площади или учётные полосы в зависимости от возраста молодняка и места его расположения. Если молодое поколение не вышло за пределы от 1 года до 5 лет, учётные площадки закладываются размером в 1 или 2 м². При возрасте подроста в 5-10 лет учётные площадки должны быть по 4,5 и 10 м². При более старшем возрасте подроста закладывают пробные площади размером 0,1-0,2 га с проведением сплошного учёта подроста.

На обследуемом участке должно быть заложено 15-25 учётных площадок размером 1 и 2 м² или 10-15 площадок размером 4 и 5 м² [2].

Разработаны несколько методик оценки и учета естественного возобновления леса (С.С. Пятницкого, М.Е. Ткаченко, В.З. Гулисашвили, Н.М. Горшенина, В.Г. Нестерова и др.). В основу большинства из них положены численность самосева и подроста главных древесных пород, их жизнеспособность и качество, морфометрическая и возрастная структура.

В зависимости от практических потребностей оценку естественного возобновления можно проводить по региональным шкалам, разработанным с учетом местных условий.

Практически считают, что количество благонадёжного подроста хозяйственно-ценной породы к моменту его смыкания и началу самоизреживания должно быть не менее 2 тыс. шт./га, что соответствует возрасту примерно в 10-15 лет и старше. В более молодых возрастах минимальное количество благонадёжного самосева должно быть не менее 5 тыс./га.

Н.М. Горшениным [1] разработана следующая шкала оценки естественного возобновления:

Таблица 9. Шкала оценки естественного возобновления

Для оценки порослевого возобновления леса закладывают пробные площади размером 0,5-1,0 га по три в каждом насаждении.

С целью создания наиболее благоприятных условий для восстановления леса в практике лесного хозяйства осуществляют мероприятия, направленные на содействие естественному возобновлению. К ним относятся все мероприятия по сохранению жизнеспособного подроста, огораживание вырубок, минерализацию почвенного покрова и т.д. [3].

Список литературы:

1. Горшенин Н.М., Швиденко А.Н. Лесоводство. Львов, 1977.
2. Мелехов И.С. Лесоведение. М.: Изд-во МГУЛ, 1999
3. Набатов Н.М. Лесоводство. М.: Изд-во МГУЛ, 1997
4. Нестеров В.Г. Общее лесоводство. М.: Сельхозгиз, 1960.
5. Нестеров Н.С. Очерки по лесоведению. М.: изд-во Сельхозгис, 1960.
6. Обыденников В.И. Лесоведение. Текст лекций. М.: Изд-во МГУЛ, 1998
7. Романов Е.М. Выращивание сеянцев древесных растений: биоэкологические и агрономические аспекты. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2000.
8. Энциклопедия лесного хозяйства. М.: ВНИИЛМ, 2006. Т. I-II.