1. Повышение продуктивности леса — важнейшая задача лесоводства. Необходимость решения этой задачи определяется не только все возрастающими объемами пользования лесной продукцией, но и многогранными аспектами экологического плана. Лес — один из главных факторов поддержания стабильности биосферы и обеспечения жизнедеятельности человека. Путем повышения продуктивности леса, в числе прочих мер природоохранного порядка, можно попытаться компенсировать то негативное воздействие, которое природная среда испытывает в результате хозяйственной деятельности человека.
2. Одной из наиболее эффективных мер повышения продуктивности леса является применение минеральных удобрений в лесном хозяйстве. При этом наилучший эффект достигается тогда, когда удобрения применяются в комплексе с другими лесохозяйственными мероприятиями, прежде всего, рубками ухода и гидромелиорацией лесных почв.
Многочисленные и достаточно длительные эксперименты с удобрениями доказали высокую эффективность их применения в лесу. При правильном, регламентированном использовании удобрений существенно повышается прирост древостоев, их биологическая устойчивость, товарность, улучшается приживаемость лесных культур, ускоряются восстановительные процессы в нарушенных природными факторами или деятельностью человека фитоценозах.
Выявилось, что эффективность ухода обусловлена четкостью его регламентации и систематичностью. Такое наблюдение послужило основанием для разработки программ комплексного ухода за лесом и первым попыткам внедрения их в производство, используя при этом более современные формы организации ухода за лесом, в частности, блочный метод. Наметился подход к формированию хозсекций ускоренного лесовыращива-ния.
3, К концу 1980;х годов интерес к научно-исследовательской тематике, связанной с использованием удобрений в лесном хозяйстве, стал ослабевать и уже в начале 90-х годов можно было говорить о наметившемся кризисе данного направления в лесной науке и производстве. В науке это связано, прежде всего, с исчерпанием основных направлений исследований и накоплением большого объема экспериментальных данных, подтверждающих достаточно высокую эффективность применения удобрений в лесу. Разработаны практические рекомендации, утилитарные аспекты проблемы кажутся решенными, интерес производства ослабевает. Дальнейшие исследования в этой области требуют более углубленного и детального изучения реакции лесных экосистем на удобрения, надежды же на быструю отдачу и внедрение в производство новых находок уже не так велики, как ранее.
В свою очередь, низкая интенсивность ведения лесного хозяйства стала препятствием для внедрения в производство высокоинтенсивных систем формирования и ускоренного выращивания высокопродуктивных насаждений. Нереализация более первоочередных мер по повышению продуктивности леса, в частности, предотвращения нежелательной смены пород на вырубках и формирования целесообразного состава молодняков, а также качественных жердняков, вполне естественно отодвигала применение удобрений в системах ухода за лесом на дальний план. Положение еще более усугубляется слабым сбытом тонкомера и низкокачественной древесины от рубок ухода, отсутствием мощностей и технологий для их переработки, нерациональным использованием заготовленной древесины.
Все это наложилось на общий кризис экономического и юридического плана в лесном хозяйстве. Таковы объективные предпосылки снижения интереса, к данному направлению исследований в науке и на производстве.
4. Вместе с тем, при более пристальном взгляде, нельзя не заметить, что исследования остановились как-бы на полпути, а точнее — на подходе к новому, более высокому уровню — уровню теоретических обобщений с попыткой прогнозирования развития лесных биогеоценозов. Используя накопленную информацию, на этом этапе появляется возможность получить представление не только о «ближнем», но и о «дальнем» эффекте действия удобрений. Чисто утилитарные результаты могут найти подтверждение и обоснование через познание механизмов поддержания целостности и устойчивости лесных ценозов, структурно-функциональных связей, обеспечивающих равновесие этих систем, динамику их развития. Появляется возможность глубже познать природу лесных биогеоценозов, а затем, используя эти знания, более корректно и обоснованно воздействовать на эти природные объекты с определенными хозяйственными целями.
Рубки ухода являются тем фактором, который выводит системубиогеоценоз из состояния устойчивого подвижного равновесия и вызывает в ней ответные восстановительные реакции. Изучение этих реакций позволяет нам лучше познать те структурно-функниональные связи в ценозе, посредством которых обеспечивается его устойчивость. Удобрение же является дополнительным ресурсом и своего рода «реагентом», который, попадая в систему, стимулирует биокруговорот и тем самым позволяет выявить связи в его звеньях, пути и последовательность реализации дополнительных ресурсов и энергии в биогеоценозе, их роль в восстановительных процессах.
Таким образом, появляется возможность проверить и на практике применить многие положения теории систем, а также прояснить некоторые «смутные» вопросы современного лесоведения. Комплексный характер исследований, затрагивающих практически все основные компоненты лесных фитоценозов, а также некоторые почвенные характеристики, дает более основательно базу для аналитической работы и теоретических обобщений.
5. Продолжение исследований в данном направлении требует обобщения и осмысления ранее накопленной информации, длительных экспериментов в лесу и наличия достаточного количества объектов с рубками ухода, удобрениями и комплексным уходом. Все это имеется на экспериментальных объектах — постоянных пробных площадях СПбНИИЛХа, где сотрудниками института и ЛТА проводятся исследования с начала 70-х годов. Что же касается изучения эффективности рубок ухода, то эти исследования осуществляются на опытных объектах с более чем 60-летним сроком наблюдений. Накоплен богатый экспериментальный материал, сделаны обобщения и выводы, положенные в основу нескольких кандидатских диссертаций, подготовленных под руководством проф. С. Н. Сеннова. Таким образом, база для дальнейших исследований, разработок и теоретических обобщений существует, что во многом облегчило выбор тематики и направления наших исследований.
6. Данная работа имеет целью обобщить накопленный материал, подвести итоги четвертьвековых исследований в области комплексного ухода за лесом, дать практические рекомендации для производства и, что наиболее важно, разработать теоретические основы комплексного ухода, опирающиеся на познание структурно-функциональных связей и свойств лесных экосистем. Особое внимание здесь уделяется практически неизученному этапу затухания действия (последействия) удобрений. Длительные сроки наблюдений повышают объективность и ценность получаемой информации. Это позволяет не только выявить новые аспекты проблемы комплексного ухода, но и дает возможность переосмыслить некоторые прежние положения и представления, нашедшие отражение в ранее написанных диссертационной работе и статьях.
7. Изучение эффективности комплексного ухода затрудняется, с одной стороны, сложностью объекта, и вытекающей отсюда многоуровнево-стью исследований, а с другой стороны, необходимостью изучения не только комплексного эффекта разреживаний и удобрений, но и их действия в отдельности. При таких условиях приходится выделять главные направления в исследовании, стремиться к более четкой структуре и обобщениям, хотя бы и в ущерб полноты воспроизведения всей имеющейся информации по конкретному вопросу. Тем более, и это приходится иметь ввиду, что при большом объеме информации существует опасность вовлечения в «боковые» направления, уводящие от главного, магистрального направления поисков.
До настоящего момента речь шла о научно-методических аспектах изучения проблемы комплексного ухода за лесом. Однако, существует и ряд моментов технико-технологического и юридического плана, которые практически не принимаются во внимание, но сами по себе являются аргументами в пользу более широкого внедрения в практику систем комплексного ухода за лесом.
8. В современных условиях интенсивность рубок ухода возрастает, повышается уровень их механизации в связи с переходом к многооперационным машинам, получают преобладание узкопасечные технологии. Под технологические коридоры используется более 20% площади делянок, что невольно заменяет селективный способ рубки схематическим. Почти повсеместно стараются переходить к поздним проходным рубкам, минуя этапы прореживаний и ранних проходных. Такие рубки не только снижают прирост, запасы и товарность древостоев, но и их устойчивость. Применение же удобрений в комплексе с проходными рубками позволяет компенсировать потери прироста и избежать негативных последствий возрастающей интенсивности механизированных рубок, правда, при условии достаточно высокого качества работ.
Удобрения несомненно стимулируют восстановительные процессы в фитоценозах нарушенных воздействием извне. Выявить спектр, особенности и границы этого стимулирующего воздействия удобрений является вполне актуальным направлением исследований.
9. Современные условия лесовладения создают более благоприятные предпосылки для внедрения систем комплексного ухода в лесном хозяйстве. Наиболее предпочтительной в этом отношении представляется долгосрочная аренда лесного фонда, стимулирующая более рациональное и бережное пользование лесными ресурсами. По меньшей мере, быструю отдачу от удобрений можно получить при их внесении в древостой за 10 лет до главной рубки. Такая практика давно применяется в некоторых европейских странах, особенно в Скандинавии, и она вполне может рассматриваться как первый шаг в переходе к более сложным и совершенным системам ускоренного лесовыращивания. Тотальный отказ от проходных рубок, регулярно декларируемый в связи с их низким качеством, оказывается совершенно неприемлемым для интенсивных хозяйств, однако эта неприемлемость должна найти надежную опору в повышении качества ухода за лесом и применении более современной техники и технологии. Низкое качество проходных рубок абсолютно несовместимо с системами комплексного ухода, поскольку изначально обесценивают эффект ухода за лесом. Зато верно и обратное утверждение — возврат вложенных средств будет осуществляться с тем большей прибылью, чем выше качество работ и тщательнее соблюдается режим ухода и технология. Это необходимое условие для внедрения современных систем комплексного ухода за лесом.
10. Таким образом, актуальность данной работы определяется необходимостью подведения итогов четвертьвековых экспериментов с комплексным уходом, обобщения и теоретического осмысления накопленной информации с дальнейшим использованием ее для разработки и совершенствования систем ухода за лесом, прогнозирования лесоводственного эффекта как на ближнее время, так и более отдаленные сроки. Базой для реализации рекомендаций по комплексному уходу являются чистые и смешанные хвойные одноярусные и лиственно-еловые двухъярусные насаждения высокой и средней продуктивности, произрастающие в условиях средней и южной тайги Северо-Запада РФ. Современное состояние данного направления лесоводства и сложившаяся на данный момент конъюнктура не могут быть определяющими при выборе тематики исследований такого рода. Предпочтительнее принимать во внимание тот факт, что задача повышения продуктивности леса будет постоянно стоять перед лесоводством и на основании того, как будет решаться эта задача, будут судить об интенсивности производства и уровне ведения лесного хозяйства.
Целью исследований является обобщение эмпирического материала, его аналитическая опенка и разработка теоретических основ комплексного ухода за лесом, что позволит более объективно и обоснованно решать практические задачи составления и совершенствования целевых программ и рекомендаций по их применению в лесохозяйственном производстве.
Исследования осуществляются в три этапа:
1) этап накопления экспериментального материала;
2) его анализ и теоретическое осмысление;
3) разработка, и аппробирование практических рекомендаций по комплексному уходу за лесом.
Соответственно и материал, представленный в данной работе, подразделяется на три аналогичных блока: экспериментальный, теоретический и практический. На каждом из этапов решались свои, вполне определенные задачи.
На первом этапе предполагалось изучить:
1) реакцию чистых и смешанных древостоев на изреживание их рубками ухода в сочетании с внесением удобрений (изменение текущего прироста, запаса, отпада и др. таксационных показателей);
2) влияние комплексного ухода на структуру древостоя;
3) реакцию на комплексный уход других компонентов лесных фито-ненозов (подрост, подлесок, живой напочвенный покров);
4) влияние комплексного ухода на отдельные физико-химические характеристики и органическое вещество почвы (содержание валового и подвижного азота, кислотность, баланс органического вещества почвы: интенсивность разложения органики и ее поступление с опадом);
5) влияние комплексного ухода на звенья биокруговорота, включая поглощение отдельных элементов питания (азота) растениями;
6) особенности внутриструктурных перестроек в древостое, вызванных разреживаниями и внесением удобрений, — перераспределения прироста по фракциям надземной фитомассы древостоя (стволы, живые охвоен-ные ветви, сухие сучья);
7) зависимость прироста деревьев от их горизонтального взаиморасположения;
8) особенности динамики распределения ресурсов в древостое на внутрипопуляционном уровне (путем анализа эндогенных колебаний радиального прироста деревьев);
9) особенности структурных изменений в лесном фитоценозе, вызванные комплексным уходом;
10) динамику восстановительных процессов: пути, порядок, и последовательность реализации удобрений в структуре лесных фитоценозов;
11) дополнительный прирост и сроки эффективного действия, затухания и последействия удобрений, применяемых в системе комплексного ухода за лесомопределить признаки, характеризующие каждый из этих этапов;
12) влияние неравномерности внесения удобрений при механизированном комплексном уходе на прирост деревьев в пасеках.
В процессе данных исследований предполагалось выявить не только те условия, при которых реализация удобрений в фитоценозе сопровождается вполне положительным лесоводственным эффектом, но и те моменты, которые вполне определенно препятствуют достижению такого результата.
На этапе теоретических обобщений стояли задачи:
1) изучить механизмы устойчивости лесных фитоценозов;
2) выявить характер и направление восстановительных реакций в лесных фитоценозах;
3) определить роль удобрений в этих процессах;
4) определить основные пути и последовательность реализации удобрений как энергетических ресурсов в лесных экосистемах;
5) выявить общие закономерности воздействия рубок ухода и комплексного ухода на сукцессию лесного фитоценоза, включая динамику лесовозобновления под пологом материнского древостоя;
6) на основе изучения этих закономерностей дать прогноз динамики лесных фитоценозов в разных лесорастительных условиях и при разном режиме хозяйственного воздействия;
7) уточнить и расширить общетеоретические положения, касающиеся обоснования комплексного ухода за лесом, как системы ускоренного выращивания высокопродуктивных ценных насаждений;
8) выявить положительные и отрицательные стороны применения комплексного ухода за лесом;
9) реализовать принципы системного подхода, в разработке основ теории комплексного ухода за лесом.
При решении этих задач особое внимание уделялось изучению структурно-функциональных связей в системе и применялись те или иные положения теории систем.
На последнем этапе предполагалось:
1) уточнить ранее разработанные программы комплексного ухода, откорректировав режим рубок и применения удобрений с учетом накопленного опыта;
2) дополнить рекомендации по комплексному уходу (для лиственно-еловых и сосново-еловых древостоев);
3) дать практические рекомендации по организации комплексного ухода в производственных условиях;
4) дать экономическую оценку рекомендуемым программам комплексного ухода за лесом.
Научная новизна. Впервые для условий Северо-Запада России подведены итоги четвертьвековых экспериментов с комплексным уходом за лесом. Разработаны теоретические основы комплексного ухода, опирающиеся на познание структурно-функциональных связей и свойств лесных биогеоценозов. Выявлено влияние регулярных рубок ухода и удобрений на динамику развития (сукцессию) лесных фитоценозов, включая лесовозобновление под пологом материнского древостоя. Изучено влияние комплексного ухода на отдельные звенья биокруговорота, различные компоненты лесных фитоценозов, а также структуру надземной фитомассы древостоев. Выявлены порядок и функциональная направленность действия удобрений в структуре лесного фитоценоза. Изучены разные аспекты устойчивости лесных фитоценозов, выявлены закономерности взаимодействия между различными компонентами фитоценозов, их роль в поддержании целостности и устойчивости лесной экосистемы, подвергающейся хозяйственному воздействию в виде регулярных целенаправленных разреживаний и внесения удобрений. Изучены особенности внутрии межвидовых отношений, роли конкуренции и факторов саморегуляции в восстановительных реакциях лесных биогеоценозов и поддержании их устойчивости. Отмечено, что факторы внутрии межвидовой кооперации, проявляющиеся на уровне популяции и сообщества, способны компенсировать негативные последствия усиливающейся конкуренции или неблагоприятных факторов среды. На основе изучения эндогенных колебаний радиального прироста выявлены закономерности (зональность) распределения ресурсов в древостое. Выявлена зависимость прироста деревьев от их горизонтального взаиморасположения и влияние комплексного ухода, на пространственную характеристику прироста. Анализируются последствия неравномерного распределения удобрений в пасеках при их механизированном внесении с помощью МВУ-1. Впервые изучена реакция на комплексный уход сосново-еловых древостоев. Уточнены сроки действия удобрений, изучены различные аспекты периода затухания действия (последействия) удобрений в лесных биогеоценозах. Внесены коррективы в ранее составленные программы комплексного ухода, уточнены расчеты экономической эффективности программ. Анализируется производственный опыт применения программ. Выявлены как положительные, так и негативные аспекты применения удобрений в лесу. Намечена проблематика и перспективы дальнейших исследований в данной области.
Практическая значимость исследований реализована в программах комплексного ухода и рекомендациях по их применению на производстве. Результатом использования данных программ является увеличение выхода целевых сортиментов на 30−40% и более по сравнению с неразреженными древостоями, сокращение срока их получения на 10−30 лет в зависимости от вида сортиментов и характеристики древостоя. Рекомендуемый режим ухода за лесом позволяет в значительной мере компенсировать те негативные моменты, которые связаны с возрастающей интенсивностью рубок ухода, повышением уровня их механизации, включая применение современной многооперационной техники (харвестеров и форвардеров), и неизбежным при этом переходе к узкопасечным технологиям. Выбор оптимального режима разреживаний и внесения удобрений обеспечивается при наилучших показателях соотношения добавочной прибыли и дополнительных затрат на уход. Предлагаемые программы и рекомендации могут использоваться лесопользователями при организации хозсекций ускоренного целевого ле-совыращивания.
Личный вклад. Автором определено направление и намечена проблематика исследований, составлена программа и методика работ, выполнена большая часть полевых и лабораторных исследований, за исключением химических анализов. Выполнена аналитическая обработка полученного материала с использованием методов математической статистики и обработки данных на ЭВМ, его обобщение и теоретическое осмысление. Результаты исследований нашли отражение в разработке программ комплексного ухода за лесом и практических рекомендаций, которые прошли опытно-производственную проверку при непосредственном участии автора.
Обоснованность выводов опирается на значительный объем экспериментальных данных, полученных на стационарных объектах с четвертьвековым сроком наблюдений и неоднократным повторением приемов комплексного ухода. Использованы современные методы сбора и обработки экспериментальных данных, элементы системного подхода к решению конкретных задач исследования.
Реализация результатов исследований. Отдельные положения и разделы диссертации нашли отражение в отчетах по темам НИР II.3.3. «Целевые программы», III. 1.1. «Программа рубок» по плану НИР Госкомлеса СССР, по единому заказ-наряду 1.1.94 «Устойчивость лесной экосистемы», а также в рамках программы «Российский лес» и комплексных исследований лесохозяйственного факультета СПб ЛТА. Результаты работы использованы при составлении методических и практических рекомендаций по рубкам ухода и комплексному уходу за лесом (Сеннов и др., 1984; Сеннов и др., 1985; Мельников, 1986; Сеннов и др., 1990; Мартынов и др., 1991). На протяжении нескольких лет, с 1984 по 1990 год, рекомендации по организации комплексного ухода за лесом внедрялись в четырех лесхозах и леспромхозах Ленинградской области и Псковском лесокомбинате. Получен положительный лесоводственный эффект от применения программ комплексного ухода в производственных условиях, что подтверждено в ходе последующей проверки результатов этой работы. Отдельные материалы, положения и выводы диссертации включены в учебную программу подготовки студентов и магистров СПбЛТА по курсу лесоводства.
Апробация. Основные положения диссертации доложены на научной конференции по изучению закономерностей роста и производительности древостоев (Каунас, 1985), на Всесоюзном совещании по применению минеральных удобрений в лесном хозяйстве (Архангельск, 1986), на Всесоюзном научно-техническом совещании по экономическим проблемам использования лесосырьевых ресурсов в Европейско-Уральской зоне (Шарья, 1986), на научно-технических конференциях, проводимых в ЛТА им. С. М. Кирова по итогам научно-исследовательских работ (ЛенинградСанкт-Петербург, 1986;1998), на заседании секции лесоведения и дендрологии Всесоюзного Ботанического Общества в БИН (Ленинград, 1988), на.
Всесоюзной конференции по проблемам лесовосстановления в таежной зоне СССР (Красноярск, 1988), на российско-финском семинаре по проблемам рубок ухода за лесом (Йоэнсуу, 1992). По материалам диссертации опубликовано статей, 5 брошюр (в т.ч. 4 в соавторстве) и 1 листовка Ленинградского ЦНТИ (в соавторстве).
Предметом защиты являются:
1. Выявленные закономерности реакции лесных биогеоценозов на комплексный уход.
2. Лесоводственное обоснование и основные положения теории комплексного ухода за лесом.
3. Методические и практические рекомендации по регламентации и применению комплексного ухода за лесом.
Автор выражает глубокую признательность своим фактическим руководителям — проф. С. Н. Сеннову и проф. А. Н. Мартынову, без ценных советов и помощи со стороны которых, а также их настойчивости и всяческой поддержки эта работа вряд ли бы состоялась. Автор благодарит также тех сотрудников ЛТА и СПбНИИЛХа, лесничих, студентов и магистров, которые в разные годы оказали ему реальную помощь и сделали возможном появление этой диссертации: А. С. Аникина, Н. А. Баневу, К. Ф. Береснева, А. В. Грязькина, А. П. Звирбуля, А. Ф. Игнатьева, А. А. Кавина, О. Н. Кранкину, Е. Н. Кузнецова, Е. Л. Маслакова,.
A.П.Смирнова, Б. Н. Соколовского, Д. П. Столярова,! И. В. Шутова,.
B.Н.Федорчука, С. Ф. Храбскова, Н. Н. Декатова, О. Б. Давыдову, В. О. Павлова и других.
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.
1.1. Причины возникновения комплексного ухода как высокоэффективного метода ухода за лесом.
Возникновение интереса к комплексному уходу является следствием поиска наиболее эффективных мер ухода за лесом. В комплексном уходе органично и целенаправленно сочетаются наиболее сильные стороны рубок ухода и применения удобрений в лесу. Задачи, решаемые каждым из этих видов ухода в отдельности, различны, но именно эти различия и позволяют добиться качественно нового, интегрального эффекта, не сводящегося к простому суммированию эффектов от каждого из видов ухода [ЮО]. Вместе с тем, таким путем удается устранить или хотя бы частично ослабить негативные моменты, являющиеся «оборотной стороной» как рубок, так и удобрений.
Появление комплексного ухода, является логичным результатом развития теории и практики ухода за лесом. К комплексному уходу обратились тогда, когда стало ясно, что одними, хотя бы и хорошо регламентированными, рубками ухода общую производительность древостоев повысить нельзя [30, 37, 159, 160]. Исключения могут быть сделаны для смешанных двухъярусных древостоев, но и здесь возможности рубок оказываются заметно ограниченными. Без активного воздействия на лесорастительный комплекс и улучшение условий минерального питания эту проблему решить нельзя. Именно в этот период, в конце 1960;х и начале 1970;х годов, усиливается интерес к минеральным удобрениям и начинаются активные эксперименты с ними в лесу. Другой причиной, вызвавшей такой интерес к удобрениям, явилось прогрессирующее повышение уровня механизации рубок, что неизбежно вело к их дальнейшей технологизации. В реальных условиях это сопровождалось повышением интенсивности рубок. Усилилась опасность перерубов, снижения запасов и устойчивости формируемых древостоев, ухудшения их санитарного состояния. Компенсировать недостатки интенсивных механизированных рубок можно путем их четкой регламентации, усиления контроля за качеством работ, а также стимулируя восстановительные процессы в разреженных древостоях [100, 160]. Первое возможно с помощью программ ухода за лесом, последнее связано с применением удобрений, которые реально повышают текущий прирост, ускоряют восстановительные реакции не только в древостое, но и в других компонентах лесного фитоценоза [9, 10, 81, 142, 147,160].
Вместе с тем, выяснилось, что применение удобрений в лесу требует не менее четкой регламентации, чем рубки ухода. Их эффективность обусловлена правильностью выбора объекта, режима ухода за лесом и дозы вносимого удобрения. Далеко не всегда оказывается выгодным удобрять неразреженные, неухоженные насаждения. Без предварительной подготовки объектов, целенаправленного разреживания древостоев или лесоосуши-тельной мелиорации, применение удобрений может не дать того эффекта, на который можно было бы рассчитывать. Необходимость согласованной регламентации рубок ухода и внесения удобрений вызвала к жизни появление программ комплексного ухода за лесом [86, 94,162, 163, 169].
Еще одной причиной возникновения интереса к комплексному уходу и стимулирования исследований в данной области явилось развитие такого направления в лесокультурном производстве, каким является плантационное лесовыращивание [88, 209]. Хотя комплексный уход и не имеет прямого отношения к плантационным культурам, его иногда относят к «полуплантационным» методам лесовыращивания. Некоторые основания для такого определения есть, поскольку в обоих направлениях используются сходные элементы технологии ухода за лесом и преследуются похожие цели. Но существуют и серьезные различия, делающие эти направления в лесовыращи-вании вполне самостоятельными и «конкурентоспособными»: в отличие от плантационного лесовыращивания базой для комплексного ухода являются, в основном, насаждения естественного происхождения. Комплексный уход требует меньше затрат, поскольку отпадает необходимость в трудоемком и дорогостоящем лесовосстановлении. Упрощается цикл работ по уходу за лесом и соответственно заметно снижаются расходы на них. Стержнем плантационного лесовыращивания является лесовосстановле-ние, комплексного ухода — уход за лесом и формирование высококачественного главного пользования. Таким образом, сходство целей отнюдь не является препятствием для реализации различных методов интенсивного лесовыращивания.
Интерес к комплексному уходу вполне закономерно проявился в связи с разработками систем ускоренного целевого лесовыращивания. Результатом работы в этом направлении стали программы рубок ухода и комплексного ухода за лесом, посредством которых регламентируется уход за насаждениями в целях достижения хозяйственно необходимого эффекта, как правило, при возможном минимуме затрат [86, 94, 163, 169, 199]. Удобрения, вносимые в разреживаемые рубками ухода древостой, ускоряют восстановительные реакции и, таким образом, позволяют более динамично и эффективно корректировать ход роста выращиваемых целевых древостоев. Возможность реального повышения производительности древостоев, увеличения выхода ценной товарной продукции делает удобрения особенно привлекательным элементом системы целевого лесовыращивания. В свою очередь, достоинства удобрений в наибольшей мере могут быть реализованы именно в системах целевого лесовыращивания с полным набором технического и технологического обеспечения.
Несмотря на почти четвертьвековой опыт применения комплексного ухода, публикаций по данной проблеме относительно немного. В этом отношении исследования в области комплексного ухода разделяют участь научной тематики, существующей на стыке нескольких крупных «традиционных» направлений или дисциплин. Несравненно больше источников по проблемам рубок ухода, имеющим богатую и длительную историю развития. Менее обширен опыт применения удобрений в лесу, но и здесь накоплен достаточно большой объем информации, позволяющий подвести определенные итоги и составить более или менее полное представление о проблеме. Основные итоги этого опыта предполагается осветить в последующих разделах литературного обзора. Без ознакомления с опытом рубок ухода и применения удобрений в лесу многие аспекты проблемы собственно комплексного ухода могут оказаться недостаточно раскрытыми или вовсе не привлекут нашего внимания.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
1. Важнейшей задачей лесного хозяйства является повышение продуктивности леса. В числе мер, направленных на решение этой задачи, особую роль можно отвести комплексному уходу за лесом, т. е. рубкам ухода в сочетании с внесением удобрений. Комплексный уход является наиболее эффективным средством активного, направленного воздействия на лесные биогеоценозы с целью формирования высокопродуктивных насаждений различного хозяйственного назначения. Применение разреживаний и удобрений в комплексе позволяет повысить эффективность каждой из этих мер ухода за лесом, взятых в отдельности. Интегрирование эффекта, получение нового качества, проявление наиболее положительных сторон обеих составляющих — характерная и наиболее ценная черта комплексного ухода.
Высокая эффективность комплексного ухода доказана в процессе многочисленных и достаточно длительных экспериментов с рубками ухода и удобрениями на опытных и производственных объектах. Регулярными разреживаниями обеспечивается формирование древостоев хозяйственно-необходимого состава, структуры и качества, удобрениями — ускоренное восстановление текущего прироста и запаса, повышение общей производительности этих древостоев. В результате заметно увеличивается выход продукции, в т. ч. и целевого назначения, сокращаются сроки получения технически спелой древесины. Следствием внесения азотных удобрений оказываются положительные изменения в эдафотопе — повышение биологической активности и уровня актуального плодородия почвы, что сопровождается интенсификацией биокруговорота элементов питания при сохранении стабильного баланса органического вещества в лесном биогеоценозе. Вследствие этого ускоряются восстановительные процессы не только в разреженном древостое, но и в фитоценозе, во всех его структурных звеньях. В ряде случаев удобрения повышают биологическую устойчивость отдельных видов, экологических групп и популяций растений как в древостое, так и в нижних ярусах растительности.
Важным условием успеха в реализации комплексного ухода является правильный выбор режима ухода и метода его организации. Эффективность комплексного ухода зависит от упорядоченности его во времени и пространстве, а также от четкости целевых установок лесовыращивания. Упорядоченная система регламентации и организации комплексного ухода нашла выражение в разработке целевых программ комплексного ухода за лесом, составлении рекомендаций по расчету программ и их реализации в производственных условиях.
2. Таковы, в общих чертах, результаты тех экспериментов с комплексным уходом, которые проводились в 1970;80-х годах. Значительный объем накопленного материала и положительные практические результаты породили иллюзию изученности проблемы, что привело к ослаблению интереса к тематике, связанной с комплексным уходом. Ситуация осложнилась трудностями с финансированием лесной науки и производства в 1990;х годах. Вместе с тем, актуальность данной тематики вовсе не представляется утерянной, а ее проблематика — исчерпанной. Актуальность исследований в данном направлении подтверждается необходимостью разработки и совершенствования современных высокоэффективных методов продуктивности леса. Иначе говоря, это направление исследований является частной формой решения одной из важнейших и постоянных проблем лесного хозяйства.
Также стало понятно, что исследования в данной области остановились на подходе к новому этапу — этапу теоретических обобщений с более глубоким познанием закономерностей функционирования и развития лесных биогеоценозов и их реакции на целенаправленное хозяйственное воздействие. Из сферы получения чисто прагматических, утилитарных результатов интерес здесь смещается в сторону более глубоких, комплексных изысканий с использованием элементов системного подхода. Методологической базой для подобных исследований становится теория природных систем и акцент здесь делается на изучение свойств таких сложноорганизованных систем, какими являются лесные биогеоценозы. Эксперименты с комплексным уходом предоставляют достаточно информации для работы в этом направлении.
Двойственный" характер экспериментов с комплексным уходом дает уникальную возможность изучить, с одной стороны, восстановительные реакции системы — биогеоценоза на воздействие извне (разреживание), с другой, — особенности биокруговорота, пути и последовательность реализации дополнительных ресурсов (удобрения) в разных его звеньях. Появляется возможность более детально изучить такие явления в природной системе — лесном биогеоценозе, которые проявляются на уровне функциональной интеграции. Более доступными для исследования становятся механизмы поддержания целостности и устойчивости ценозов, структурно-функциональные связи, обеспечивающие равновесное состояние системы или возврат в его состояние после возмущающего воздействия извне. Вместе с тем, теоретизированная форма исследования не является самодав-леющей, поскольку она имеет целью более глубокое познание природы лесных биогеоценозов и выработку способов наиболее корректного воздействия на них с конкретными, вполне осознанными хозяйственными целями.
3. Последующие исследования показали, что удобрения заметно стимулируют восстановительные реакции в разреженных рубками ухода дре-востоях и проявляется это не только в усилении их интенсивности, но и в изменении динамики, последовательности восстановительных процессов как в древостое-эдификаторе, так и в целом. Удобрения, как дополнительные ресурсы, используются ценозом, в первую очередь, на функционально важных направлениях восстановительных процессов, последовательно реализуясь через звенья биокруговорота. Первоначально за счет этих ресурсов усиливаются позиции наиболее важных структурообразующих элементов: в древостое — деревьев-лидеров и согосподствующих, в фитоценозе — древостоя как эдификатора. Вместе с тем, расширение ресурсной базы делает возможным повышение степени жизнеспособности и даже развития других элементов, играющих менее заметную, но достаточно важную роль в поддержании устойчивости как отдельной популяции, так и растительного сообщества в целом. В древостое это относится к отставшим в росте деревьям или деревьям второго яруса и выражается в повышении их толерантности (особенно характерно для ели), в фитоценозе — к другим ярусам растительности. Данная схема в значительной мере контролируется напряженностью конкурентных отношений в фитоценозе, особенно в древостое.
4. Удобрения, реализуемые в системе комплексного ухода, вызывают изменения в лесном биогеоценозе, имеющие весьма важное значение: первоначально они интенсифицируют биокруговорот, затем — повышают продуктивность и впоследствии ускоряют сукцессию, изменяя динамику и последовательность прохождения тех или иных фаз в развитии ценоза. Расширение ресурсной базы и усиление энергетических потоков неизбежно вызывают адекватные изменения в структурно-функциональных связях в системе, что, прежде всего, выражается в достаточно четко проявляющихся структурных перестройках в древостое и других компонентах фитоценоза. Система начинает функционировать на более высоком энергетическом уровне, а значит, и уровне продуктивности.
5. Эксперименты с удобрениями, особенно в системе комплексного ухода, доказали, что после двух-трехкратного их применения древостой реально «закрепляется» на более высоком уровне продуктивности. Такой уровень сохраняется даже по истечении срока эффективного действия удобрения и перехода в стадию его эффекта (последействия), т. е. за пределами 10-летнего срока после последнего приема внесения удобрения (13−14 лет спустя). Опасения, связанные с кратковременностью действия удобрений, усилением нежелательных флуктуаций в системе и возможностью проявления депрессивных состояний по окончании срока их действия, не подтвердились. Удобрение «работает» как реальный стимулятор обменных процессов и элемент питания, а не допинговое средство. Хотя удобрения и стимулируют разложение почвенной органики, истощения почвенного плодородия не наблюдается. Повышение актуального плодородия почвы сопровождается интенсификацией биокруговорота, в результате чего восстанавливается баланс органического вещества и элементов питания в почве. Весьма важную роль играет здесь микробоценоз, не только «развязывающий» ранее недоступные для растений почвенные ресурсы, но, на определенных этапах, также иммобилизующий свободные, невостребованные растениями элементы питания (азот). Растительность нижних ярусов, помимо самого древостоя, закрепляет часть свободных ресурсов и переводит их в систему малого биокруговорота. Заметно положительную роль здесь играет и достаточно высокая буферность почв, характерных для кисличных и черничных типов лесов.
6. Вместе с тем, возможности удобрений в отношении повышения продуктивности ценоза ограничены. Реализуются они, прежде всего, в восстановительных реакциях и лишь во вторую очередь — в повышении продуктивности древостоя. Связано это с тем, что удобрения «работают» в относительно «мелком» слое, не изменяя коренным образом всего почвенного комплекса, характеризующего ее лесорастительные свойства. Удобрения интенсифицируют динамические процессы в системе, относительно слабо влияя на ее наиболее стабильные элементы: активизируется биокруговорот, но экологическая ниша расширяется незначительноповышается актуальное плодородие почвы, но потенциальное остается сравнительно стабильнымувеличивается текущий прирост, но нарастание запаса выше уровня контроля проблематично. Попытки с помощью удобрений значительно повысить запас древостоя выше характерной для данных лесорастительных условий «нормы» неизбежно приводят либо к усилению отпада, либо к непроизводительным структурным перестройкам в древостое и даже фитоценозе. Таким образом, перспективы значительного увеличения конечных запасов при целевом лесовыращивании ненадежны, тогда как повышение интенсивности в процессе комплексного ухода вполне оправдано.
7. Регулярные разреживания ускоряют сукцессию лесных фитоцено-зов, удобрения к тому же изменяют и последовательность тех фаз, которые проходит фитоценоз в своем развитии. Такие изменения обусловлены, прежде всего, проявлением ресурсосберегающей функции, а затем — особенностями внутрии межвидовых отношений в ценозе. В системе после ухода получают наибольшее развитие те элементы, посредством которых активизируется биокруговорот и обеспечивается усиление потока внутри энергии. В древостое это деревья диаметром выше среднего, в ЖНП — разнотравье: в сосняках — в основном, злаки, в ельниках — широкотравье (мезои мегат-рофы). Расширение ресурсной базы, как правило, позволяет свое положение в фитоценозе и относительно консервативном, малопродуктивном элементам: в древостое — отставшим в росте деревьям, в ЖНП — мхам, кустарничкам и некоторым видам трав, осуществляющим функцию закрепления тех ресурсов, которые не востребуются более динамичной и продуктивной частью ценоза. В результате происходят структурные изменения как в древостое, так и во всех других компонентах фитоценоза. Постепенно начинают формироваться те элементы, которые проявляются обычно на более поздних возрастных этапах развития фитоценоза. Если они занимают сходные экологические ниши, то между ними возникают напряженные конкурентные отношения. Исход конкуренции зависит от степени конкурентоспособности, динамичности развития и «комплиментарности» по отношению к эдификатору-древостою. Так, подлесок, динамично разрастающийся под пологом спелого березово-елового древостоя, становится заметным препятствием для развития подроста ели и удобрение, косвенным образом, усугубляет это процесс.
8. Однако, главным фактором регуляции ценотических отношений в разных ярусах растительности является эдификатор-древостой. От степени напряженности внутрии межвидовых отношений в древостое во многом зависит исход конкурентных отношений как между ярусами растительности, так и внутри самих ярусов. Так, внесение удобрения в спелый неразреженный березово-еловый древостой (Г1П1-А1) первоначально усилило позиции лиственного яруса, более активно реагировавшего на дополнительный азот. Усиление конкуренции со стороны березы временно ослабило положение ели второго яруса, что создало благоприятные условия для появления и роста «комплиментарного» по отношению к березе подроста ели. Развитие подлеска из рябины, не обладающего такой «комплиментарно-стью», оказалось задержанным, что также положительно сказалось на появлении молодой генерации ели.
Таковы первые итоги, но затем начинается второй этап в развитии удобренного насаждения. Результатом интенсификации прироста и ускорения сукцессии становится усиление отпада в перестойном и менее долговечном березовом ярусе, которое совпадает по времени со сроками окончания действия удобрения. Именно в этот период, т. е. в последнее десятилетие, толерантная ель активно усилила свои позиции. Конкурентное давление на ценозе ее стороны заметно возросло, что стало препятствием для появления новой генерации елового подроста. Несомненно, это является признаком перехода роли эдификатора от березовой к еловой части древостоя.
В контрольном, неудобренном древостое (ПП 1-А) ход естественного лесовозобновления под пологом характеризуется как боле последовательный, хотя и растянутый во времени. Такова картина в спелом древостое, когда межвидовая конкуренция проявляется уже в сильно ослабленном виде. Напряженные межвидовые отношения, усиленные действием удобрений, в более молодом, средневозрастном березово-еловом древостое (ПП 13−2) вызывают даже задержку в развитии ЖНП. Явления подобного рода характерны для неразреженных еловых и лиственно-еловых древосто-ев, где недостаток освещенности под пологом и сильная конкуренция со стороны древостоя ограничивают разрастание ЖНП. Они практически не проявляются в светолюбивых сосняках с достаточно высоким уровнем освещенности под пологом, а также во всех разреженных рубками древостоях.
9. На определенных возрастных этапах, особенно в средневозрастных высокополнотных древостоях, чрезвычайно напряженная внутрии межвидовая конкуренция сама становится фактором, лимитирующим продуктивность и развитие фитоценоза. Внесение удобрений в таких условиях сопровождается внутрии внешнеструктурными перестройками в древостое без выраженного положительного лесоводственного эффекта, т. е. без дополнительного прироста по запасу. Внешнеструктурные перестройки проявляются в перераспределении прироста между деревьями разных ранговых групп: крупные деревья повышают прирост, мелкие — уменьшают. Аналогичный баланс прироста отмечается и в отношениях между ярусами, например, в лиственно-еловых древостоях, но с той разницей, что, по сравнению с отставшими в росте экземплярами — кандидатами на неизбежный отпад, толерантная ель второго яруса более динамична и способна снова усиливать свои позиции по мере того, как береза начинает снижать прирост по окончании срока действия удобрений (ПП 13−2). В такой реакции проявляются явные признаки целостности, устойчивости и определенной популяционной самостоятельности елового яруса.
Внутриструктурные перестройки выражаются в изменении соотношения между кроновой и стволовой (возможно и корневой) частями фито-массы. Непродуктивное разрастание крон является результатом удобрения высокополнотных, с высоким уровнем конкуренции, древостоев. Сопряжено оно со снижением интенсивности фотосинтеза и усилением дыхания и, казалось бы, сопровождается потерями энергии, однако, именно таким путем обеспечивается сохранение устойчивости древостоя, налаживается транзит дополнительных элементов питания, интенсифицируется биокруговорот и реализуется функция ресурсосбережения. В разреженных вариантах, при ослаблении конкуренции в древостое, удобрения заметно усиливают продуктивность фотосинтеза и ускоряют восстановительные процессы. Более быстрыми темпами восстанавливается не только прирост, но и структура древостоя. Так, в вариантах комплексного ухода отмечается более сбалансированное соотношение между кроновой и стволовой фитомас-сой по сравнению с неудобренными разреженными древостоями (ПП 11−3).
10. Изучение пространственной характеристики прироста и изменений в структуре древостоя показывает, что на внешнепопуляционном уровне господствует конкуренция, на внутриценотическом — элементы кооперации, выражающиеся в компромиссном распределении ресурсов. При усилении конкуренции, прежде всего межвидовой, в популяции проявляются защитные реакции, направленные на повышение ее толерантности, сохранение целостности и устойчивости ценоза. Анализ эндогенных колебаний (автоколебаний) прироста деревьев в березово-еловом древостое (ПП серии 13) показывает достаточно высокую зависимость их ритма, четкости и быстроты ежегодной смены зон повышенного и пониженного прироста от напряженности конкуренции в древостое. Зональность прироста является следствием компромиссного распределения ресурсов в древостое, тогда как характер ритма эндогенных колебаний прироста зависит от степени напряженности конкурентных отношений в том же древостое. С усилением конкуренции в древостое отмечается более ритмичное, организованное («в очередь») пользование ресурсами. Разреживание древостоя, снижая уровень конкуренции, заметно ослабляет напряженность ритма автоколебаний и ускоряет процесс перемещения зон. Удобрение, внесенное в разреженный древостой, усиливает эту тенденцию, что служит признаком первоначального ослабления конкуренции на фоне избытка доступных ресурсов.
К аналогичному выводу можно прийти, анализируя также зависимость прироста деревьев от соседних экземпляров. После разреживания верхнего яруса в нижнем еловом проявляются все признаки усиления такой зависимости — ослабление популяционного, фонового влияния со стороны лиственного яруса сопровождается усилением индивидуального (локального) в еловой части древостоя. Удобрение заметно ослабляет эту тенденцию, а значит и напряженность ценотических отношений в ярусах. Однако впоследствии, и достаточно быстро, начинают проявляться признаки усиливающейся конкуренции и давления на ель со стороны разреженного, но по-прежнему доминирующего лиственного яруса.
11. В целом же, тезис о том, что удобрения усиливают межвидовую конкуренцию и ослабляют внутривидовую, имеет под собой вполне определенные основания. И относится он, прежде всего, к смешанным, сложным по структуре древостоям. Усиление межвидовой конкуренции, как результат внесения удобрений, делает проблематичным уход за елью в двухъярусных лиственно-еловых древостоях. Лиственный ярус оказывается более конкурентоспособным в потреблении дополнительного питания, хотя ель, противодействуя давлению со стороны лиственных, и повышает свою толерантность. Разрыв ценотической целостности доминирующего яруса снимает пресс межвидовой конкуренции и позволяет практиковать уход не только за полностью осветленной елью второго яруса, но и за смешанным древостоем, в котором сохраняется ограниченное присутствие лиственных пород. Мера такого присутствия — 20 (не более 30%) от общей величины запаса древостоя или 120−150 экземпляров березы в 30−40-летнем древостое. При большем долевом участии в составе ценотическая целостность лиственных не разрывается или быстро восстанавливается, усиливается конкуренция за дополнительные ресурсы и угнетающее воздействие на ель со стороны лиственных становится неизбежным. Таким образом, для комплексного ухода в лиственно-еловых двухъярусных древостоях существует две альтернативы: уход за елью с предварительным полным удалением лиственного яруса или сохранение смешанного состава с минимально допустимой долей лиственных до возраста их технической спелости.
Аналогичные придержки можно рекомендовать и для смешанных сосново-еловых древостоев, где более конкурентоспособная сосна также «препятствует» получению полноценного эффекта от удобрения в еловой части древостоя.
12. Внесение удобрения, как дополнительного ресурса и источника энергии, усиливает энергетический поток в системе. Быстрое, активное усиление этого потока неизбежно должно сопровождаться возникновением «завихрений» — стохастических, аритмических колебаний в системе, ослабляющих поток и противодействующих ему. Возникает угроза снижения устойчивости, на которую система реагирует внутриструктурными перестройками, позволяющими организовать этот «остаток» энергии. В системе усиливаются те элементы, которые способны связать дополнительные ресурсы, реализовать и вовлечь их в биокруговорот. Повышается устойчивость ценоза и система выводится высокий уровень, если и не организации, то функционирования. Таким образом, внутриструктурные перестройки, вызванные комплексным уходом, направлены на урегулирование энергетических потоков в системе, их организацию и «снятие» стохастических, дезорганизующих влияний, ослабляющих устойчивость и мощность потока, а также устойчивость и продуктивность системы. Структура древостоя и фитоценоза, с их упорядоченностью и иерархичностью отношений между элементами системы, являются своего рода результатом упорядоченности потребления ресурсов в системе.
13. Положительный эффект от комплексного ухода наблюдается при ослаблении конкуренции в древостое, но, в то же время, и при условии сохранения популяционной целостности и тех структурообразующих элементов, которые обеспечивают успешность реализации восстановительной функции. При резком нарушении целостности и структуры (сверхнормативное разреживание, резкое, одноприемное удаление лиственного яруса) преизбыток ресурсов (удобрение) способен вызвать дезорганизацию в восстановительных реакциях. Так, адаптация елового яруса после полного удаления лиственных в удобренном двухъярусном древостое замедляется на 2−3 года против «нормы». И хотя уже в следующем пятилетии происходит компенсация потери продуктивности, режим ухода желательно изменить (ПП 13−3 и 16−3). Избежать таких негативных моментов можно двумя путями: либо сохраняя, хотя бы частично, структуру сложного древостоя, либо внося удобрение только после периода адаптации елового яруса, т. е. спустя 5−10 лет после полного удаления лиственных.
14. Этот опыт показывает, что в сложноорганизованных ценозах возможность сохранения их устойчивости зависит от уровня функционирования и степени сохранности, прежде всего, эдификатора-древостоя, а в самом древостое — главных структурообразующих элементов, т. е. деревьев высокого рангового положения. Удаление деревьев-лидеров в одноярусных древостоях или верхнего яруса в лиственно-еловых (рубки по верхнему методу) приводит к снижению устойчивости оставшейся части древостоя. Применение удобрений, на первом этапе, здесь даже нежелательно, так как способно ухудшить ситуацию.
Чем более высокое положение занимает компонент ценоза в иерархическом ряду системы, тем выше его влияние на устойчивость всего сообщества. Если нарушения, вызванные воздействием извне, не затрагивают основных структурообразующих элементов или затрагивают их слабо, оставляя возможность для быстрого их восстановления, то в системе возможна последовательная компенсация функций, утраченных одним компонентом, за счет усиления функций соседних компонентов, которые занимают наиболее близкое положение в иерархическом ряду. Так, ель второго яруса, как правило, уже в первом десятилетии компенсирует потери прироста, связанные с полным или частичным удалением лиственного ярусаразрастающийся подлесок, хотя и угнетающе влияет на развитие ЖНП, одновременно усиливает свою роль в малом биокруговороте и тем предотвращает потери ресурсов в системе. Независимо от того, разрежен древостой рубкой или не разрежен, удобрения усиливают динамику структурных изменений. Эти изменения происходят в таких направлениях и с такой последовательностью, которые позволяют наиболее полно, без значительных потерь реализовать дополнительные ресурсы в разных звеньях биокруговорота.
15. Воздействие извне в виде внесения удобрений или комплексного ухода вызывает флуктуации в системе. Эти флуктуации тем сильнее, чем меньше вероятность перехода системы (биогеоценоза) на более высокий уровень продуктивности. И, наоборот, чем такая вероятность выше, тем слабее флуктуации. Так, в низкопродуктивных древостоях отмечается резкое возрастание прироста с последующим столь же быстрым его снижением. Для высокопродуктивных древостоев характерно более стабильное и длительное повышение текущего прироста без таких выраженных колебаний, которые присущи низкопродуктивным насаждениям. Главной причиной данного явления представляется большая или меньшая емкость системы и биокруговорота, в которые вливается поток дополнительной энергии. Более емкая система быстрее поглощает и гасит колебания. Другой причиной усиливающихся флуктуаций в системе может оказаться недостаточность или неадекватность меры ее организации. Стохастические колебания в системе усиливаются при слабой организации энергетических потоков, т. е. в тех случаях, когда система не справляется с возрастающим потоком дополнительных ресурсов и энергии. По мере усиления организации системы более организованным, точнее регулярным, становится и ритм колебаний.
Усиление колебательных явлений в системе, по крайней мере, в отдельных ее компонентах, может быть связано также с истощением фонда дополнительных элементов питания, ослаблением потока энергии и наметившимся перерасходом ресурсов. Такое, относительно кратковременное, явление характерно для этапа затухания или последействия удобрений, когда потребности разросшейся продуцирующей фитомассы уже не могут удовлетворяться почвенными ресурсами. В биокруговороте появляются звенья, которые начинают «давать сбои» и нарушать стабильность потока энергии. Ослабление потока энергии в «старых» структурных рамках усиливает элементы дискретности и, соответственно, вызывает колебания, связанные с нехваткой энергии («заголоданием» системы). Такие колебания наиболее заметны в деятельности микробоценоза, обеспечивающего растения доступными для них формами почвенного питания.
16. Азотные удобрения стимулируют биологическую активность почвы. Уже в первый год, с максимумом на 2−5-й годы, после внесения удобрения активизируется деятельность микробоценоза, интенсифицируется разложение почвенной органики и выделение подвижных форм азота. Фонд азотного питания увеличивается не только за счет азота самих удобрений, но и «экстра-азота», т. е. резервного азота, «развязанного» в результате резкого усиления деятельности микробоценоза. Доля «экстра-азота», по расчетам, составляет не менее половины запасов доступных для растений форм азота. Аммонийный азот является элементом большого биокруговорота, так как потребляется, в основном, древостоем. Существует достаточно тесная прямая корреляция его содержания в почве (в весенних образцах) с приростом. Нитратный азот является, главным образом, элементом малого биокруговорота, поскольку потребляется растительностью нижних ярусов, особенно травами. Такая дифференцированность в потреблении ресурсов почвенного азота обеспечивает поддержание жизнеспособности всех компонентов фитоценоза и способствует более длительному и устойчивому эффекту от действия удобрения. Ресурсосберегающая роль микробоценоза проявляется в сезонной (осенней) иммобилизации невостребованного растениями азота. Иммобилизация усиливается также по мере освоения древостоем дополнительных ресурсов, особенно заметно — со смыканием полога древостоя.
Почвозащитная, ресурсосберегающая функция в удобренных древо-стоях проявляется иначе, нежели в неудобренных. Если для разреженных без удобрения насаждений характерно стремление к первоначальной «консервации» высвобожденных ресурсов с последующим постепенным их расходованием, то для удобренных — возможно быстрейший захват этих ресурсов и вовлечение их в биокруговорот. В последнем случае реакция системы направлена на реализацию возможностей, связанных с повышением актуального плодородия почвы, и, вместе с тем, на сохранение ее потенциала.
Признаки затухания действия удобрения начинают проявляться не ранее, чем через 10 лет после его внесения в древостой. Выравниваются показатели интенсивности разложения почвенной органики (целлюлозы) в удобренных вариантах с неудобренными и именно на этом этапе усиливается амплитуда колебаний в системе, вызванная перерасходом ресурсов. В первую очередь, такие флуктуации характерны для микробоценозов, как компонента, определяющего и регулирующего уровень доступности ресурсов для растений.
17. Внесение дополнительного азота улучшает условия питания растений, увеличивает ресурсы и энергетический потенциал системы. Если эта энергия привносится в неразреженный высокопродуктивный древостой, то возможность ее усвоения будет ограничена «емкостью проводника» — древостоя, функционирующего на максимуме своей продуктивности с контролирующими ее жесткими внутрии межвидовыми отношениями. Древостой оказывается не в состоянии усвоить эти ресурсы, т. е. реализовать их в приросте и тогда происходит внутриструктурное перераспределение — аккумуляция данных ресурсов в кроновой фитомассе и в ризосфере. Соотношение между кроновой и стволовой фитомассой изменяется в пользу первой, содержание азота в хвое и листьях заметно возрастает. Если древостой был предварительно разрежен, то такой ярко выраженной структурной перестройки не наблюдается. Здесь, на фоне снижения конкуренции в древостое, при лучших условиях освещенности крон усиливается поглощение элементов питания, повышается продуктивность фотосинтеза и резко увеличивается прирост древостоя. Повышенное содержание азота в листьях и хвое фиксируется в течение десятилетия, а в корнях — и более длительный срок.
По соотношению азота в хвое, листьях и активных корнях деревьев можно судить, хотя и косвенно, о степени их конкурентоспособности, а также о тех защитных реакциях, которые направлены на поддержание жизнеспособности и продуктивности популяции. Так, в средневозрастном лиственно-еловом древостое удобрения явно стимулирует усиление конкуренции между ярусами. Береза оказывается более сильным конкурентом, соответственно содержание азота в корнях у нее оказывается выше, чем у ели. Зато ель усиленно аккумулирует азот в хвое, повышая свою устойчивость (толерантность) и тем самым компенсирует неблагоприятное для нее положение на уровне ризосферы. Таким образом, во избежание напряженной ситуации, связанной с усилением межвидовой конкуренции, происходят не только внешние структурные изменения в надземной фитомассе древостоя, но и внутреннее, на физиологическом уровне, перераспределение элементов питания в органах древесных растений. Такая реакция дает возможность аккумулировать дополнительные ресурсы, постепенно вовлечь их в биокруговорот, использовать их в том направлении и с такой последовательностью, которые позволили бы избежать их потерь и сохранить устойчивость лесного биогеоценоза.
18. Динамика дополнительного прироста древостоя коррелирует с показателями биологической активности почвы и содержанием в ней подвижного азота, особенно аммонийного. Максимум дополнительного прироста, как и показателей почвенной активности и плодородия, приходится на 2−5-й год после внесения дополнительного азота. Сравнительный анализ динамики исследуемых показателей эдафотопа, содержания азота в хвое (листьях) и текущего прироста древостоя по диаметру и запасу позволяет определить срок эффективного действия удобрения — не менее 10 лет при условии его одноразового внесения в дозе 150−180 кг/га д.в. Этот срок и динамика дополнительного прироста корректируются погодными условиями, сопутствующие комплексному уходу. По истечении этого срока действие удобрения начинает затухать, хотя прирост древостоя остается повышенным в течение последующего пятилетия. Дополнительный прирост формируется за счет более массовой и активной реакции на уход деревьев разных рангов по сравнению с вариантами без удобрений. Величина дополнительного прироста варьирует в достаточно широких пределах (до 5,2 м³ /га в год за десятилетие), но наиболее стабильно — от 1,5 до 2 м³ /га в год. В смешанных древостоях отмечается определенная корреляция дополнительного прироста отдельных пород с их долевым участием в составе, однако величина прироста сильно зависит от степени напряженности межвидовых отношений, возраста и положения породы в структуре насаждения.
Удобрения способны заметно (на 10−15%) повысить общую производительность разреживаемых рубками древостоев, но возможность существенного повышения запасов (выше уровня контроля) проблематична. Слабые возможности наращивания запасов выше «нормы» обусловлены незначительным вкладом удобрений в потенциальное плодородие почвы. Усиление интенсивности биокруговорота не сопровождается адекватным изменением лесорастительных условий и расширением экологической ниши, занимаемой ценозом. Удобрение гораздо лучше реализуется в восстановительных функциях древостоя и фитоценоза в целом. И это еще один, весьма важный аргумент в пользу систематического комплексного ухода за лесом.
19. Результаты системных исследований можно резюмировать следующими основными положениями. Целостность лесного биогеоценоза обусловлена таким важнейшим ее свойством, каким является устойчивость. В свою очередь, устойчивость проявляется через сложную систему структурно-функциональных связей, которые находят свое выражение в иерархичности и динамичности взаимоотношений между компонентами лесных биогеоценозов. Иначе говоря, каждое последующее свойство системы обусловливает проявление предыдущего. Удобрение, как дополнительный ресурс почвенного питания, вовлекается в биокруговорот, интенсифицирует его и последовательно реализуется во всех его звеньях. Усиливая динамику восстановительных процессов в разреженных древостоях, оно, хотя и несколько изменяя, укрепляет иерархию отношений между компонентами лесного биогеоценоза. Таким путем повышается устойчивость и восстанавливается целостность системы.
Между ярусами растительности в насаждении существует определенная связь, развитие нижних ярусов обусловлено функционированием верхних ярусов. Изменения в верхних ярусах вызывают адекватную реакцию в нижних с соответствующей перестройкой их структуры. Обусловлена такая реакция не только изменением экологических условий, но и «внутренней» реакцией популяции или сообщества на возникшую угрозу потери ресурсов и нарушения стабильности биокруговорота. В конечном счете, реакция лесного биогеоценоза направлена на сохранение его продуктивности или поддержание состояния подвижного равновесия.
Структурные изменения в верхних ярусах обязательно вызывают соответствующие изменения в нижних, обратная зависимость выражается гораздо слабее или не проявляется вовсе. Однако изменения в нижних ярусах в комплексе могут изменять характер сукцессии, включая последующие стадии естественного лесовозобновления. В целом, рубки ухода и удобрения ускоряют сукцессию и усиливают динамику наиболее подвижных элементов в системе.
Удобрения, внесенные в разреженный древостой, ускоряют восстановительные реакции в лесном биогеоценозе, реализуясь, в первую очередь, в тех направлениях, которые являются жизненно необходимыми для экосистемы в данный период. Увеличивая актуальное почвенное плодородие, интенсифицируя биокруговорот и повышая устойчивость лесного биогеоценоза, они реально повышают прирост и общую производительность дре-востоев.
20. Таковы наиболее характерные закономерности, проявляющиеся в реакции лесных биогеоценозов на комплексный уход. Выявленные закономерности позволяют дать более обоснованные рекомендации по режиму и организации комплексного ухода за лесом.
Регламентация комплексного ухода осуществляется при помощи целевых программ, ориентирующих режим лесовыращивания на получение балансов, среднего и крупного пиловочника разных сортов. В процессе составления программ широко использовался прежний опыт ЛенНИИЛХа. В настоящих программах предлагаются более жесткие нормативные показатели, позволяющие эффективнее контролировать режим ухода и продуктивность целевого древостоя. Программами определяются сроки проведения рубок и внесение удобрений, период повторяемости и число приемов ухода, рекомендуемый процент по запасу за один прием рубки, минимальной экономически оправданный процент выборки, минимальные показатели суммы площадей сечения и числа деревьев, оставляемых после очередного приема рубок. Новыми элементами в этих программах являются учет величины послерубочного отпада при определении контрольных показателей рубок и минимальный экономически оправданный процент выборки.
Программы ориентированы либо на получение максимального количества требуемой продукции, либо на возможно более ускоренное ее получение, т. е. достижение возраста технической спелости. В зависимости от варианта применяемой программы выход целевых сортиментов в ельниках и сосняках может увеличиваться на 25−52%, сроки получения целевой продукции сокращаются на 10−28 лет по сравнению с древостоями без ухода. При уходе за елью в лиственно-еловых древостоях достигается еще больший эффект, хотя выход целевых сортиментов оказывается меньше, чем в чистых ельниках.
Программы рассчитаны для древостоев 1а — III классов бонитета.
21. Расчетный коэффициент эффективности применения программ варьирует в пределах 0,32 — 0,48 руб. добавочного чистого дохода на 1 рубль дополнительных затрат. Выход сортиментов и окупаемость затрат находятся в прямой зависимости от производительности древостоя. Выращивание чистых или почти чистых по составу хвойных насаждений дает наибольший экономический эффект.
Экономическая эффективность программ ухода за елью в лиственно-еловых древостоях ниже, чем при уходе за чистыми ельниками. Она зависит от продуктивности древостоя, его возраста, среднего диаметра и условий реализации лиственной древесины. Наиболее целесообразен уход за лиственно-еловыми древостоями Ia — I классов бонитета.
Усиление межвидовой конкуренции в результате внесения удобрений является препятствием для совместного выращивания ели и березы в системе комплексного ухода. Такой вариант становится возможным, если разрываются ценотические связи и нарушается популяционная целостность верхнего лиственного яруса. Мерой такого нарушения можно считать снижение доли участия березы в общем запасе древостоя до 20−30%, по числу стволов — до 120−150 дер./га. Аналогичные придержки могут быть рекомендованы и для сосново-еловых древостоев, особенно в тех случаях, когда доля сосны в составе невелика и принято решение содействовать ускоренному росту не только сосны, но и ели.
22. В ходе опытно-производственной проверки программ комплексного ухода был подтвержден положительный эффект, достигнутый в экспериментах. Результатом проверки стали практические рекомендации по организации комплексного ухода в производственных условиях: подбору объектов и выбору вариантов программ, подготовке территории, режиму и технологии ухода за лесом, проверке результатов ухода и корректировке программ. Рекомендациями допускается применение как традиционной отечественной техники, используемой на рубках ухода за лесом, так и современных многооперационных машин (харвестеров и форвардеров), а также механических средств для внесения удобрений (МВУ-1). На экспериментальной основе вычислены оптимальные параметры пасек, обеспечивающие возможно более равномерное рассеивание удобрений по площади при условии применения МВУ-1.
23. Резюмируя итоги исследований, следует подчеркнуть, что целенаправленный уход за лесом оказывается возможным, благодаря саморегуляции лесных биогеоценозов. Волевые решения человека здесь неизбежно подчиняются закономерному течению природных процессов. Регулярные разреживания, внесение удобрений, раздельно или в комплексе, вызывают в системе — биогеоценозе структурные перестройки. При невозможности реализации крупных внешнеструктурных изменений усиливается роль внутриструктурных. Эти перестройки «имеют целью» поддержание устойчивости (или восстановление состояния подвижного равновесия), урегулирования потоков энергии, стабилизацию биокруговорота, сохранение ресурсов в системе. Восстановление нарушенного состояния подвижного равновесия возможно при условии сохранения основных структурообразующих элементов в ценозе. Удобрения ускоряют динамику восстановительных процессов, если эти элементы не утратили своей ценотической роли. Они реализуются в главных направлениях восстановительных реакций, реально повышая продуктивность и общую производительность древосто-ев и фитоценозов в целом. Вместе с тем, нет оснований рассчитывать на значительное увеличение конечных запасов, поскольку удобрения не вызывают коренных трансформаций лесорастительных условий. Удобрения гораздо лучше реализуются в динамичных восстановительных реакциях, нежели в сфере аккумуляции вещества и энергии. И это один из наиболее важных аргументов в пользу комплексного ухода за лесом. Управление восстановительной реакцией древостоя (и фитоценоза) является, в конечном счете, задачей регламентации комплексного ухода. В свою очередь, контроль за динамичными восстановительными процессами требует динамичных, интенсивных форм ведения лесного хозяйства.
24. Комплексный уход — современное высокоэффективное средство повышения продуктивности леса, его товарной и экологической ценности. Применение удобрений в системе комплексного ухода не только усиливает достоинства интенсивных рубок ухода, но и во многом компенсирует их недостатки. Перспективы применения комплексного ухода велики. Вместе с тем, надо помнить, что удобрения функционально реализуются в том направлении, которое наиболее характерно для развития лесного биогеоценоза на данный момент. Отсюда их нельзя рассматривать, как универсальное средство для предотвращения развития негативных явлений в фитоценозе. Они способны повысить продуктивность, качество древостоя, ускорить восстановительные реакции и сукцессию фитоценоза, но вряд ли окажутся в состоянии «вылечить» неблагополучный в санитарном отношении древостой, остановить усиливающийся распад перестойного древостоя и нарастающую деградацию или дигрессию, вызванную серьезным ухудшением экологического режима. Без устранения причин, взывающих негативные явления в ценозе, естественного или искусственного порядка, применение удобрений может не дать того эффекта, на который можно было бы надеяться. Нужен целенаправленный, хозяйственно обоснованный подбор объектов, выбор программ и технологий. Еще более необходим широкий производственный опыт комплексного ухода, его внедрение в практик и традиции ухода за лесом.
