Технологические процессы естественного возобновления леса

Процесс образования нового поколения леса естественным путем называют естественным возобновлением. Естественное возобновление процесс не стихийный. В любом случае он управляется активными (различные меры содействия естественному возобновлению, что будет рассмотрено несколько ниже) и пассивными мерами (назначением определенных способов рубок, их параметров, соответствующих технологий лесоразработок и т.п.).

Естественное возобновление бывает семенным и вегетативным. Насаждения, образованные семенным путем, отличаются долговечностью и высокой производительностью. Насаждения, сформировавшиеся вегетативным путем, менее долговечны, и хотя лес вегетативного происхождения растет в молодом возрасте быстрее, чем семенной, и скорее достигает спелости, качество древесины и выход ценных сортиментов в нем остаются низкими из-за искривления стволиков и поражения их различными заболеваниями.

Естественное семенное возобновление

Семенное естественное возобновление то, при котором молодое поколение леса образуется из семян древесных пород. За один вегетационный период в спелом насаждении может образоваться такое количество семян, которое удовлетворит потребность в них для восстановления материнского древостоя. В урожайный год с 1 га спелого соснового леса можно получить более 1 млн. семян. Однако в большинстве случаев в лесу ощущается недостаток семян, что объясняется следующими обстоятельствами. Урожай семян древесных пород бывает не ежегодно, а через определенные для каждой породы промежутки. Кроме того, до 30-40% семян не всходят. Более 10% их уносится ветром. Большое количество семян поедают птицы, звери и другие животные. Поэтому одним из главных факторов для успешного семенного возобновления леса является наличие семян. Однако достаточное количество семян еще не означает, что цель лесовосстановления достигнута. Очень важно знать и уметь регулировать начальные этапы возобновления. К ним относятся условия дальнейшего формирования самосева и подроста до периода смыкания крон и образования самостоятельного насаждения.

Плодоношение леса. Возраст, с которого деревья начинают регулярно плодоносить, называется возрастом возмужалости или возобновительной спелости. Этот период в жизни деревьев является качественно новым этапом, на протяжении которого периодически повторяется обильное плодоношение. Пластичность и приспособляемость к условиям среды в период плодоношения понижаются, уменьшается рост деревьев в высоту.

Возраст возобновительной спелости у древесных пород различен. Так, у быстрорастущих светолюбивых древесных пород (березы, осины, ольхи, ивы, тополя, лиственницы и сосны) возраст возмужалости наступает раньше, чем у теневыносливых пород (ели, пихты, бука). У одной и той же породы возраст возобновительной спелости зависит от условий местопроизрастания. Деревья, растущие на свободе, начинают плодоносить на 10-20 лет раньше деревьев, произрастающих в лесу. Это объясняется более интенсивным освещением крон деревьев на открытом месте.

Различные древесные породы достигают возраста возобновительной спелости в разное время: ольха черная в 15-20, береза в 20-25, ильмовые в 25-40, липа в 20-30, лиственница в 20-30, сосна в 40-50, кедр сибирский и ель в 40-60, пихта в 50-60 лет.

Цветение - наиболее ранний показатель урожайности семян, которую определяют по цветению весной и в начале лета, когда цветет большинство древесных пород. Для каждой древесной породы время наступления и окончания цветения может несколько изменяться в зависимости от погоды.

Оценка урожайности семян по цветению предварительна - возможны отклонения. Например, при сильном цветении может не быть урожая семян из-за гибели цветов в результате неожиданных заморозков или от других причин. Весенние засухи, град, сильные ливни, ураган губительно действуют на цветение. Насекомые и грибы также могут повреждать цветы древесных пород. Кроме того, мужские и женские цветы развиваются в разное время, а количественное несоответствие между теми и другими является причиной преждевременной гибели их или пустотелости семян.

Время созревания семян древесных пород зависит от условий местопроизрастания и метеорологических особенностей вегетационного периода. Необходимо знать сроки созревания семян главнейших древесных пород, так как с этим связан ряд производственных мероприятий (сбор семян, подготовка почвы для содействия естественному возобновлению и др.).

В различных климатических районах семена созревают в разное время. Однако ориентировочно можно назвать следующие сроки: тополя, ивы, ильмовые в мае-июне; береза, желтая акация, черешня, черемуха, лещина в июле-августе; дуб, бук, груша, яблоня, ольха, белая акация, гледичия, бересклет, сосна, пихта, ель, лиственница в сентябре-октябре.

Причина несвоевременного созревания семян заключается в затяжных дождях и других метеорологических факторах. Кроме того, на вызревание семян влияют почвенные условия: на богатых, достаточно увлажненных почвах процесс вызревания семян замедляется, на бедных и сухих почвах ускоряется. Опадение и распространение семян происходит в разное время и различными путями. Например, у ивы, тополя, березы, ильмовых, пихты, кедра семена опадают вскоре после их созревания.

Семена сосны и ели долго остаются в шишках на дереве, и только в апреле, а у ели в марте следующего года начинается вылет семян. У лиственницы вылет семян в северных условиях начинается в феврале-марте, а в южных районах, где более теплая и сухая осень, в сентябре, т.е. вскоре после созревания. Ветер разносит семена сосны, ели, лиственницы, пихты, липы, клена, ильмовых, тополей, ивы, березы, ольхи и многих других пород на большие расстояния. Благодаря наличию крылышек семена сосны, ели, пихты, лиственницы распространяются ветром на расстояние до 250 м. Кроме того, семена хвойных очень часто переносят звери и птицы. Распространению осины и березы способствует ветер, уносящий семена на расстояние до 2 км и далее.

Семена кедра обычно опадают рядом с материнским деревом либо скатываются под действием силы тяжести и переносятся потоками весенней снеговой или летней дождевой воды.

Периодичность плодоношения и его изменчивость

У многих древесных пород цветочные почки закладываются не ежегодно. Некоторые породы хотя и плодоносят ежегодно, но по-разному: в одни годы плодоношение бывает обильным, в другие слабым. Годы обильных урожаев называют семенными. Семенные годы повторяются через 2-5 лет и более. От частоты и обилия плодоношения главной породы зависит успех естественного возобновления. Как правило, чаще и обильнее плодоносят древесные породы, имеющие мелкие семена, реже и менее обильно - породы, имеющие крупные семена. Строгой закономерности в семенных годах не наблюдается. Периодичность в наступлении обильного плодоношения подвержена географической изменчивости и зависит от различий в климате, биологии древесных пород и типов условий местопроизрастания. Не все деревья одной породы в насаждении плодоносят одинаково. Причина этого заключается в наследственных особенностях деревьев и их различиях в приспособляемости к условиям среды, а также в неодинаковом положении дерева в общем пологе. Русскими лесоводами А. Н. Соболевым и А. В. Фомичевым было установлено резкое различие плодоношения у деревьев разных классов роста.

Плодоношение ели в зависимости от классов роста

Рисунок 1. Плодоношение ели в зависимости от классов роста (/-V)

Плодоношение сильно варьирует в пределах одного класса роста в зависимости от типов развития дерева. Наиболее интенсивное плодоношение наблюдается у деревьев I класса роста типа "б", которые отличаются крупными размерами, редкой кроной, замедлением прироста в высоту, толстыми сучьями.

Обилие плодоношения зависит от почвенных условий. Почвенные условия влияют па качество семян и на энергию роста Всходов. Средняя масса семян па плодородных почвах больше, чем на менее плодородных. Поэтому всхожесть и энергия прорастания семян лиственницы, собранных в древостоях IV-V классов бонитета, оказываются ниже, чем у семян, собранных в древостоях I - III классов, а рост сосенок бывает более энергичным в том случае, когда высевают семена, собранные в древостое I класса бонитета с плюсовых и элитных деревьев.

Происхождение семян в пределах одного и того же климатического района имеет большое значение для создания устойчивых древостоев.

Для средней полосы европейской части России средними урожаями являются: для сосны 2,5 кг/га, для ели 2,5; для березы 1; Урожай семян зависит от полноты насаждения: чрезмерно редкие насаждения приносят мало семян, как и слишком густые.

Обильные урожаи семян часто в значительной степени уничтожаются различными болезнями. Например, ржавчинный грибок иногда поражает 90-100% еловых шишек, в результате выход семян и их всхожесть резко снижаются. Семена повреждают насекомые. Поврежденные смолевкой шишки сосны преждевременно опадают и дают небольшое количество семян. Лиственничная муха в периоды массового размножения полностью уничтожает обильные урожаи семян лиственницы сибирской.

Учет урожайности насаждений

Для проектирования мероприятий по содействию естественному возобновлению леса, а также для планирования и обеспечения сбора семян необходимо определить на изучаемых объектах ожидаемый и фактический урожай плодов.

Урожайность древесных пород рекомендуется определять несколькими методами:

1) глазомерно;

2) подсчетом плодов на пробных ветвях;

3) на модельных деревьях;

4) семеномерами;

5) на учетных площадках.

При глазомерной оценке плодоношения рекомендуется использовать шестибальную шкалу О. Г. Каппера:

(неурожай) - шишек или желудей нет;

(очень плохой урожай) - шишки или желуди имеются в насаждении в ничтожных количествах;

(слабый урожай) - в насаждении плодоношение слабое, по опушкам и на свободно стоящих деревьях удовлетворительное;

(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.

Образование и развитие всходов

Проросшие семена древесных пород до одного года называют древесными всходами. Успешный рост и развитие всходов обеспечиваются оптимальным сочетанием воздуха, воды и тепла в окружающей среде. Различные индивидуальные данные и изменчивость наследственных особенностей семян, обусловливающие дифференциацию растений в самом начале появления всходов, усиливаются за счет влияния индивидуальных микроусловий, в которых находится каждое растение. Чем глубже окажутся семена в почве, тем труднее росткам пробивать толстый слой почвы, тем позднее в сравнении с другими они появятся на поверхности почвы.

Различные древесные породы требуют разных температурных условий. Для нормального прорастания семян большинства древесных пород необходимо, чтобы температура воздуха была 8-20 °С. Сосна начинает прорастать при температуре 5-6 °С, ель - при 20 °С. Семена большинства древесных пород прекращают всхожесть при температуре 40 °С и более. Однако при перемене температуры прорастание активизируется.

Для прорастания семян сосны, ели, березы, ивы, осины, ольхи, лиственницы благоприятны минерализованный грунт, сильно разложившийся перегной и торф, хорошо защищенные от прямых солнечных лучей и ветра.

Появление всходов и их рост под пологом материнского леса зависят от доступа света. Древесный полог спелого материнского древостоя пропускает лучи солнца к поверхности почвы. Они прогревают ее, способствуя прорастанию семян, находящихся в почве. При этих условиях под пологом спелого леса появляется благонадежный самосев и подрост.

Благоприятна для развития самосева подстилка из листьев березы, рябины, ольхи, молодой осины. Менее благотворное влияние на самосев имеет еловый опад. На прорастание семян влияет богатство почвы, состояние и видовое соотношение травяного покрова, влажность почвы, рельеф и микрорельеф местности, экспозиция склонов и другие факторы условий среды в сочетании с наследственными особенностями семян.

Развитие самосева

Молодое поколение древесных растений в возрасте до 3-5 лет, а в условиях севера до 10 лет, образовавшееся из семян естественным путем, называют самосевом. Всходы, появившиеся на поверхности почвы в результате посева семян, называются сеянцами.

На первом году своей жизни размеры самосева далеко не одинаковы. Высота 2-летней семенной сосны колеблется от 2 до 14 см, а высота 2-летних семенных берез варьирует от 11 до 76 см. Значительное различие высоты, диаметров и других внешних признаков самосева и подроста было объяснено еще Ч. Дарвиным. Колебания в росте и развитии он объяснил прежде всего индивидуальной изменчивостью. Наследственные особенности организмов в пределах одного вида различны.

Индивидуальная изменчивость растений наиболее ярко проявляется в молодом возрасте. Для всходов или сеянцев внешними условиями среды являются травяной покров, ливни, снеговал, снегопады и другие факторы. Они усиливают процесс дифференциации. который в конечном итоге завершается отпадом. Происходит естественное изреживание, т.е. отпад части самосева, который длится в насаждении на протяжении всей жизни древостоя, но имеет, максимум в молодом возрасте.

Рост всходов зависит также от толщины и плотности подстилки. С увеличением толщины лесной подстилки общее количество самосева и подроста уменьшается. В типах леса, где подстилка состоит из опада лиственных пород - ясеня, дуба - и хвойных, развитие самосева сосны может быть успешным. При наличии плотной подстилки из листьев клена, осины, липы, ильмовых всходы, прикрытые этими листьями, погибают. Материнские деревья в лесу создают благоприятные - условия для развития самосева, защищая, например, нежные всходы от солнца, не давая буйно разрастаться травянистой растительности.

Отрицательную роль в процессе естественного возобновления играет злаковый напочвенный покров, особенно вейник, луговик, мятлик и др. Злаковые растения образуют плотную дернину, препятствуя появлению и развитию всходов. Однако не всегда злаки и мхи имеют отрицательное значение. На ранних стадиях своего развития сфагнум может быть дополнительным увлажнителем всходов березы пушистой.

Плотные моховые подушки из кукушкина льна или сфагнума в таежном хвойном лесу препятствуют успешному развитию самосева. Появившиеся всходы при сильном разрастании мохового покрова или злаков могут погибнуть из-за недостатка влаги. Происходит иссушение верхних горизонтов почвы. При наличии под пологом леса или на вырубке вереска исключается появление дернинных злаков и создаются благоприятные условия для роста и развития сосны. Такие растения, как иван-чай, вереск, копытень европейский, купена, вороний глаз, способствуют разрыхлению почвы.

Произрастание некоторых растений в напочвенном покрове может вызвать опасность некоторых заболеваний древесных растений. Так, в северных районах тайги ель поражается ржавчинным грибом, переходящим с багульника.

Живой напочвенный покров на вырубках может быть полезен для всходов древесных пород, так как он защищает их от заморозков, ожогов солнцем, иссушающего действия ветра. Защитное влияние на самосев хвойных пород имеет иван-чай и др. Однако покров опасен для древесных всходов как конкурент, отнимающий у них влагу, пищу, свет и тепло. Некоторые растения (например, люпин и клевер) обогащают почву азотом, улучшая условия развития леса. Зная характер травяного покрова, можно легко предупредить его отрицательные влияния на ход роста самосева главных древесных пород.

Развитие подроста

Молодое поколение древесных растений под пологом леса или на вырубках, способное сформировать древостой, называют подростом. Наличие достаточного количества подроста под пологом леса или на вырубке еще не означает, что лес, нужный для хозяйства, сформирован. Существует ряд факторов, которые прямо или косвенно отрицательно влияют на дальнейший ход формирования леса. Низкие температуры и заморозки часто повреждают подрост, вследствие чего растения плохо растут и принимают искривленную форму. На тяжелых влажных и сырых почвах подрост выжимается морозом из почвы. Среди молодого подроста имеется большое количество повреждений и заболеваний.

Смыкание крон подроста обозначает новый качественный этап в формировании леса. В случае равномерного распределения подроста, возникшего из семян одного семенного года, образуется равномерное смыкание. С этого периода подрост считают насаждением, а площадь, занятую им, относят к покрытой лесом. В случае куртинного размещения подроста смыкание крон происходит позднее, чем при равномерном размещении. Куртинное возобновление характерно для темпохвойных разновозрастных лесов.

Подрост отдельных древесных пород классифицируют с учетом их особенностей. Так, еловый подрост делят на три категории благонадежности: устойчивый, сомнительный и ненадежный.

Состояние подроста (его рост и развитие под пологом леса) находится в зависимости от сомкнутости крон материнского полога. Наибольшее количество благонадежного подроста в хвойных лесах бывает при полноте 0,4-0,6. Снижение или увеличение сомкнутости полога отрицательно сказывается на благонадежности и численности подроста. В насаждениях высокополнотных к поверхности почвы проникает мало света и тепла, влаги в почве недостаточно, верхний слой почвы находится длительное время в переохлажденном состоянии. Поэтому и те всходы, которым "посчастливилось" здесь появиться, в дальнейшем почти все погибают. В редком лесу другая крайность. Обилие света и тепла способствует разрастанию

дернины. В этих условиях подрост сосны, получив самостоятельное значение, не выдерживает конкуренции с травяным покровом и погибает либо от заморозков, либо от солнцепека.

Различные древесные породы под сомкнутым пологом леса могут находиться в состоянии угнетения длительное время. Например, еловый и пихтовый подрост до 60 лет и более. Сосна, береза и осина длительного затенения не выносят. Положительную роль в возобновлении леса играет подлесок.

Подрост, находящийся под пологом леса, в разной степени реагирует на резкое осветление. Подрост хвойных пород после удаления материнского лесного полога может получить ожог или значительно замедлить рост и ускорить развитие.

Естественное вегетативное возобновление

Естественное вегетативное возобновление в наших лесах происходит следующими способами: пневой порослью (иногда стволовой); корневыми отпрысками и отводками Молодое поколение, которое образуется из пневой или корневой поросли, называют порослевым возобновлением. В данном случае ростки образуются из спящих почек, которые закладываются одновременно с формированием годичного кольца и способны долгое время существовать, не давая нормальных побегов. Кроме того, ростки могут образовываться из придаточных почек, возникших в разных частях растений между лубом и корой, в результате повреждения побега или корня. Молодые побеги, появившиеся из спящих или придаточных почек на пне или корнях деревьев и кустарников, называют порослью. Для получения пневой поросли делают посадку на пень. Поросль березы образуется от пня срубленного дерева. Однако часто можно наблюдать поросль, образующуюся на стволе дерева (лиственница, ель, дуб и другие лиственные). В этом случае поросль называют волчками или водяными побегами. Поросль может образовываться не только от срубленного пня, но и от подроста, вышедшего из-под полога и усохшего от выставления на свет или погибшего при пожаре.

 Пневая поросль

Рисунок 2. Пневая поросль.

Корневая поросль

Рисунок 3. Корневая поросль

Появление поросли зависит от времени рубки древостоя. Если рубка происходит зимой, поросль образуется с весны. До осени порослевины успевают одревеснеть. При весенней рубке поросль появляется летом, к осени не успевает одревеснеть и гибнет. Порослевины, оставшиеся живыми, в этих случаях плохо растут и ненормально развиваются

Порослевая способность зависит от возраста дерева. В молодом возрасте пень срубленного дерева дает больше поросли, чем в старом. Большинство лиственных сохраняет порослевую способность до 50-80 лет. С увеличением диаметра пня уменьшается число пней с порослью. Обильной порослью обладают пни березы диаметром до 15 см.

Деревья порослевого происхождения имеют характерные признаки: саблеобразный изгиб ствола, что объясняется появлением побегов из почек, расположенных на боковой поверхности пня; гнездовое расположение стволов; одностороннее развитие корневой системы; широкие годичные кольца на поперечном срезе ствола; преобладание крупных листьев в кроне дерева по сравнению с листвой деревьев семенного происхождения; более раннее прекращение роста в высоту по сравнению с ростом семенных экземпляров; сравнительно укороченный период жизни; низкое качество древесины по сравнению с древесиной стволов семенного происхождения.

Молодые растения, образовавшиеся из придаточных почек на корнях деревьев и кустарников, называют корневыми отпрысками. Значение вегетативного размножения древесных и кустарниковых пород огромно. Во многих районах в условиях сурового климата или при интродукции деревья плохо плодоносят или совсем не дают плодов. В этом случае разводить лес можно вегетативным путем. Быстрый рост в молодом возрасте при вегетативном размножении имеет большое значение при выращивании древесины для народного хозяйства.

При закладке плантации в заливаемых поймах рек, когда нельзя создавать лес семенным путем, организуют подсечное хозяйство, основанное на способности древесных пород давать поросль на стволах.

Вегетативное возобновление древесных пород - надежный способ лесовосстановления при вырубке спелых деревьев в насаждениях, где древесные породы представлены одним полом. Чтобы регулировать процесс вегетативного возобновления, надо знать биологические особенности древесных пород, время рубки, способ рубки, возраст, в котором деревья имеют максимальную побегопроизводительность. Учитывают также условия среды (богатство почвы, влагообеспеченность и др.). Отмечаются следующие закономерности: чем хуже бонитет, тем больше поросли; чем тоньше дерево, тем жизнеспособнее поросль. При рубке дубового леса в возрасте 150 лет поросли от пня может не быть; чем хуже растет дерево, тем больше закладывается у него почек и при вырубке оно дает много побегов.

Вегетативное размножение деревьев и кустарников, особенно при коротком периоде хозяйства, имеет некоторые преимущества перед семенным. За один оборот рубки хвойного леса можно дважды снимать урожай спелой древесины лиственных пород. Однако семенное возобновление обеспечивает формирование высокопродуктивных древостоев с высокими физико-техническими свойствами древесины.

Оценка естественного восстановления

Таблица 1. Шкала оценки естественного возобновления на вырубках

 

Степень

увлажнения почвы

Количество жизнеспособного подроста, тыс. шт. на 1 га

Мероприятия по содействию естественному

 возобновлению

Хвойные породы по группам высот, м

Дуб и твердолиственные

породы

семенного

происхождения

 

до 0,5

0,6-1,5

свыше 1,5

 высотой от 0,5 м

В содействии не нуждается

Требуются подсев семян или частичная подсадка лесокультур

Необходимо искусственное лесовосстановление

Сухая

Свежая

Влажная

Сухая Свежая Влажная

Сухая

Свежая

и влажная

Свыше

6 Свыше

5 Свыше

4

2-6 1,5-5 1,5-4

Менее 2

Менее

1,5

Свыше

4 Свыше

3 Свыше

2 1,5-4

1-3

1-2

Менее 1,5

Менее

1,0

Свыше

3 Свыше

1,5

Свыше

1

1-3

0,5-1,5

0,5-1

Менее 1

Менее

0,5

Свыше 4 Свыше 3

"2

2-4 1-3 1-2

Менее 2 Менее 1

 

Содействие естественному возобновлению

Активные меры под пологом насаждений для содействия предварительному и сопутствующему возобновлению следующее:

Сдирание подстилки до минерального слоя почвы.

Перемешивание подстилки с минеральным слоем почвы.

Обработка почвы для создания микропонижений (в условиях с недостатком влаги) и микроповышений (в переувлажненных условиях).

Вырубка подлеска.

Регулирование состава подроста рубкой или арборицидами с целью его формирования ценными породами.

Огораживание особо ценных участков для предотвращения потравы возобновления дикими и домашними животными.

Устройство скотопрогонных дорог для предотвращения разбредания домашнего скота при организации их выпаса.

Посев семян в тех местах, где естественное возобновление не идет или идет слабо.

На сплошных вырубках применяются как перечисленные мероприятия, так и специфические, а именно:

9. Сохранение в процессе лесозаготовок предварительного возобновления.

Оставление обсеменителей для обеспечения вырубок семенами.

Очистка лесосек от порубочных остатков, образующихся в результате вырубки древостоя.

Уничтожение травяно-кустарничковой растительности вокруг самосева, не вышедшего из-под ее влияния.

Запрещение пастьбы скота и сенокошения.