Анализ роста сосны обыкновенной (pinus silvestris) на территории государственного лесного природного резервата "Семей орманы"

Таблица Грунтовая всхожесть семян, %, при различных способах подготовки почвы

Различные представители травяного покрова оказывают неодинаковое влияние на появление всходов. Ниже приводятся данные о влиянии травяного покрова на появление всходов сосны.

Грунтовая всхожесть семян, %

Бобовые (чина, клевер, астрагал)4,0

Сон-трава 8,4

Брусника 3,0

Злаки 0,0

Кипрей 8,0

Отрицательное влияние травяного покрова обусловлено не только иссушением почвы, но и другими нежелательными последствиями. Особенно пагубно на появление всходов влияет травяной покров из злаков.

Появившиеся из семян всходы имеют 4--7 трехгранных семядолей. Хвоинки на всходах одиночные, сидит спирально. Хвоя, расположенная на укороченных побегах попарно, появляется на второй год. На удлиненном побеге второго года закладываются верхушочная и несколько боковых почек, из которых на следующий год развивается осевой побег с 2--3 боковыми не точками, образующими первую мутовку, далее мутовки образуются ежегодно, что позволяет по ним подсчитывать возраст дерева. Однако, во-первых, подсчитывать возраст сосны по мутовкам легко до 30-50 лет, после указанного возраста нижние сучья мутовок отмирают и их трудно обнаружить; во-вторых, при благоприятных условиях увлажнения а летний период и теплой продолжительной осени сосна может дать два прироста побега в год и образовать вторую мутовку. Возраст дерева наиболее точно можно определить путем подсчета годичных слоев древесины на срезе пня у шейки корня, так как вторично годичного кольца древесины в случае образования второго прироста побега не образуется.

Всходы сосны отличаются сравнительно высокой устойчивостью к действию как крайне высоких, так я крайне низких температур (табл. 7).

Таблица Влияние высоких и низких температур на выживаемость всходов сосны

Данные таблицы, свидетельствуют, что всходы сосны успешно выносят сравнительно продолжительное воздействие температур +50° С и лишь при 5-часовом воздействии температуры + 60° С значительное число их погибает. Всходы сосны также страдают как от поздне-, так и от ранневесеныих заморозков, которые очень часто наблюдаются, особенно на сплошных вырубках таежной зоны.

На появление и рост всходов большое влияние оказывают температура и влажность почвы. Установлено, что прорастание семян сосны происходит лишь в пределах температур от + 7 до +37°С. Как избыток, так и недостаток влаги затрудняют прорастание семян. В природных условиях семена сосны после 25-дневного вымачивания снижают всхожесть до 15%, а после 35 дней -- до 1,2%. На супесчаных и пылева-тых песчаных почвах оптимальные условия для появления всходов создаются при влажности почвы 25%, и подстилки --около 45%. При влажности супесчаных почв менее 10%, а подстилки менее 20% всходы появляются единично.

С момента появления всходов сосны наилучший их рост отмечается при полном или близком к нему освещении. Исключение наблюдается лишь в южной части ареала, где выживаемость и рост всходов выше при частичном их затенении,

Сосна обыкновенная является хорошим подвоем при прививках на нее различных видов сосен, особенно кедра сибирского и сосны корейской, а также таких быстрорастущих сосен, как веймутова, румелийсская и др. Это- свойство сосны широко используется для перехода к опытному семеноводству на селекционной основе. Для этого создаются семенные опытные плантации, которые обеспечивают лесное хозяйство семенами с высокими посевными качествами II наследственными свойствами, Такие плантации сосны создаются путем прививки черепков, заготовленных с плюсовый деревьев, отличающихся высокими хозяйственно ценными признаками: быстротой роста, прямизной ствола, высоким качеством древесины, устойчивостью к повреждениям, вредителям и болезням.

Особенности роста сеянцев сосны обыкновенной

Сосну обыкновенную желательно выращивать на достаточно плодородных супесчанных и легкосуглинистых хорошо дренированных почвах.

Семена сосны высевают весной после снегования в течение 1-- 1,5 месяца в хорошо прогревшуюся почву. Лучший срок посева -- период, приуроченный к фепофазе разверзания почек березы и начала ее облиствения. На незаплывающих почвах возможен осенний посев перед наступлением устойчивых заморозков (в октябре). Допускается раннелетний посев снегованными семенами (в начале июня) при обязательном регулярном поливе.

Сосна -- требовательная к влаге, поэтому ее посевы поливают во всех зонах. При необходимости проводят предпосевные и подзимние поливы (в конце октября). Сеянцы подкармливают минеральными удобрениями для усиления их роста, особенно в первый вегетационный период.

В лесной зоне однолетние посевы покрывают поздней осенью (перед замерзанием почвы) слоем опилок 3--4 см для защиты сеянцев сосны от выжимания. Весной покрышку снимают. На участках с посевами и сеянцами проводят снегозадержание.

Семена, оказавшиеся в благоприятных почвенных условиях, начинают прорастать за счет питательных веществ, имеющихся в самом семени. Но для успешного завершения прорастания семенам необходимы воздух, вода и тепло окружающей среды. Различные наследственные данные и изменчивость наследственных особенностей организма, обусловливающие дифференциацию растений по росту и развитию в самом начале зарождения, усиливаются многообразными микроусловиями, в том числе и глубиной местонахождения семени. Чем глубже окажутся семена в почве, тем труднее росткам пробивать толстый слой почвы, тем позднее они появятся па поверхности.

Для нормального прорастания семян большинства древесных пород необходимо, чтобы температура воздуха была 18--20°. Различные древесные породы требуют различных температурных условий. Например, сосна начинает прорастать при температуре 5--6°, ель -- при 20°, клен остролистный --при 4--5°, а клен высокогорный --при температуре около 0°. Семена большинства древесных пород прекращают всхожесть при температуре 40° и более.

Благоприятными для прорастания семян сосны являются минерализованный грунт, сильно разложившийся перегной и торф, хорошо защищенные от прямых солнечных лучей и ветра.

Прорастание семян так же, как и дальнейший рост и развитие проростка, зависит от соответствия требований семян условиям местообитания. Идет ли речь о предварительном возобновлении или о последующем, в каждом отдельном случае надо содействовать успешному прорастанию семян.

Появление всходов и их рост под пологом материнского леса зависят от доступа света. Древесный полог спелого материнского древостоя не потребляет всех полезных лучей света в связи со старением и тогда, проникая до почвы, лучи света прогреваются и тем самым способствуют прорастанию семян, находящихся в почве. Таким образом, под пологом спелого леса появляется благонадежный самосев и подрост.

Кроме этого, на прорастание семян влияет богатство почвы, состояние и видовое соотношение травянистого покрова, влажность почвы, рельеф и микрорельеф местности, экспозиция склонов и другие факторы условий среды в сочетании с наследственными особенностями семян. Все это необходимо учитывать при лесовосстановительных мероприятиях.

Развитие всходов. Проростки, или всходы, вышедшие на поверхность почвы в процессе естественного возобновления, в возрасте до 1 года считаются самосевом. Всходы, появившиеся на поверхности почвы в результате посева семян, называются сеянцами.

На первом году своей жизни размеры всходов далеко не одинаковы. Например, высота 2-летних сеянцев 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 Ч. Дарвин объяснял прежде всего индивидуальной изменчивостью. Наследственные особенности организмов в пределах одного вида и возраста различны.

Индивидуальная изменчивость растений наиболее ярко проявляется в молодом возрасте. Внешние условия среды, например-травянистый покров, ливни, снеговал, снегопады и другие факторы, усиливают процесс дифференциации, который в конечном итоге завершается отпадом. В результате несоответствия требований организма условиям местообитания происходит естественное изреживание, т. е. отпад части самосева и подроста, который длится в насаждении на протяжении всей жизни древостоя, достигая максимума в молодом возрасте.

На каждом этапе жизни растение в процессе своего роста проявляет непрерывные требования к условиям среды, поглощая все необходимое для своего существования.

Для успешного возобновления и прорастания семян большое значение имеет лесная подстилка. Весной при помощи талых вод семена проникают до гумусового горизонта, где прорастают. Лесная подстилка сохраняет влагу в почве и тем самым способствует прорастанию семян и росту всходов. Однако прорастание семян и рост всходов зависят 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, возобновление 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.

Плотный моховой покров, пронизанный гифами грибов, в хвойном лесу препятствует успешному возобновлению. Семена и даже появившиеся всходы при сильном разрастании мохового покрова зависают в его толстом слое и при недостатке влаги погибают. При наличии под пологом леса или на вырубке вереска исключается появление дернинных злаков и создаются благоприятные условия для естественного возобновления сосны.

Живой напочвенный покров на вырубках может быть полезен для всходов древесных пород, так как он защищает их от заморозков, ожогов солнца, иссушающего действия ветра. В то же время покров опасен для древесных всходов как конкурент, отнимающий у них влагу, пищу, свет и тепло.

Растения, которые появляются в первый год после пожара или рубок леса (например, кипрей), частично укрывают древесные всходы от солнца, ветра, заморозков и не являются их опасными конкурентами. Эти травянистые растения содействуют естественному возобновлению ценных древесных пород. Отдельные растения (например, люпин и клевер) обогащают почву азотом, улучшая условия развития леса. Зная характер травянистого покрова, можно легко предупредить его отрицательные влияния на ход роста самосева сосны.

Развитие подроста. Молодое поколение деревьев начиная со второго года и до возраста смыкания крон на вырубках или возраста, в котором молодые растения достигают половины высоты верхнего яруса древостоя, называют подростом. Наличие достаточного количества подроста под пологом леса или на вырубке еще не означает, что лес, нужный для хозяйства, сформирован. Существует целый ряд факторов, которые прямо или косвенно отрицательно влияют на дальнейший ход формирования леса. Прежде всего 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.

С учетом качества подроста И.С.Мелеховым предложена следующая классификация: благонадежный физиологически, безукоризненный в техническом отношении - Бб (Рисунок); благонадежный физиологически, но но дефектный технически - Бд; сомнительный -Сом; неблагонадежный - Н; сухой - Сух. Классификация подроста по И. С. Мелехову может быть использована при оценке предварительного сопутствующего и последующего возобновления.

Состояние подроста -- его рост и развитие под пологом леса -- находится в зависимости от сомкнутости крон материнского полога. Наибольшее количество благонадежного подроста всегда 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 семена, которым «посчастливилось» здесь прорасти, 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 травянистым покровом либо от заморозков, либо от солнцепека и погибает.

Подрост сосны под сомкнутым пологом леса может существовать 2--4 года. Подрост, находящийся под пологом леса, в разной степени реагирует на осветление, что всегда надо иметь в виду при обосновании способов рубок леса. Резкое выставление на свет подроста сосны менее губительно сказывается на его дальнейшем росте, чем смена световых условий на жизнеустойчивость ели.

Изучение роста взрослой сосны

Рост и развитие сосны и ее продуктивность

Рост сосны характеризуется увеличением высоты, диаметра, объема. Развитие есть качественное изменение, происходящее в процессе, роста и ее формирования. Развитие отличается от роста тем, что оно при одинаковом росте может быть различным и определяется по внешним морфологическим, таксационным и физиологическим признакам. Одним из наиболее наглядных признаков изменения качества в процессе роста сосны является плодоношение. У деревьев одинакового роста и возраста плодоношение может наступить в разное время их жизни.

Продуктивность сосны - это накопление древесной массы за определенный период времени в виде запаса (в кубических метрах). Темпы накопления запаса древесины зависят от древесных пород и условий среды. В зависимости от того, насколько потребности древесных пород удовлетворяются продуктами питания, и будет варьировать продуктивность леса.

Рост и развитие древесных пород являются функцией времени и условий среды. Будучи в состоянии самосева молодые деревца имеют малоразвитую корневую систему и небольшую листовую поверхность. По мере разрастания корней и листьев ассимилирующая способность крон возрастает, увеличивается прирост древесины. Так продолжается до появления в кроне дерева плодов и шишек. С наступлением плодоношения рост их в высоту замедляется и по мере старения деревьев прекращается. Если принять за единицу рост по высоте спелого леса, произрастающего в оптимальных условиях место произрастания, то интенсивность роста за период времени от самосева до возраста спелости может быть выражена кривой (рис.).

Участки кривой, соответствующие определенным этапам в жизни и формировании леса, не одинаковы. Возникший на вырубке или под пологом леса самосев затрачивает энергию на одревеснение стебля, формирование листьев и развитие корней, как бы проходит этап становления организма и подготавливает себя к активному росту до периода смыкания крон. После смыкания крон, когда на деревцах образуются по шесть-восемь мутовок с густым облиствением, начинается период молодняка, характеризующийся высоким темпом прироста ствола по высоте, который продолжается в возрасте жердняка и замедляется после начала плодоношения. В приспевающем возрасте у деревьев усиливается плодоношение и резко снижается рост в высоту.

В практике лесоводства приняты следующие возрастные этапы сосны: молодняк, жердняк, средне возрастной, приспевающий, спелый и перестойный.

Молодняк --насаждение I класса возраста, до 20 лет.

Жердняк --древостой, находящийся в периоде интенсивного роста, когда стволы имеют размеры жердей (II класс возраста, т. е. от 21 до 40 лет) .

Средне возрастной -- это который интенсивно растет и в возрастном отношении находится примерно посередине между периодами возникновения и спелости. Это древостой в возрасте от 41 до 60 лет.

Приспевающий-- древостой, замедливший свой рост, но не достигший спелости. Это хвойные в возрасте 61--80 лет.

Спелый --древостой сосны, почти не проявляющий признаков роста по высоте, но еще способный увеличивать прирост древесины по диаметру. Это сосна в возрасте от 81 до 100 лет или 101 --120 лет.

Перестойный -- древостой, прекращающий рост, разрушающийся от старости и болезней от 120 лет и выше.

Эти возрастные этапы, или периоды, в жизни сосны носят условный характер, так как в пределах каждого из них наблюдаются другие качественные изменения в процессе роста деревьев, зависящие от климатических факторов, изменения в водном режиме и почвенном питании, деятельности человека и др.

В скорости роста деревьев имеются годичные изменения. Особенно велики эти отклонения в молодом возрасте. Подтвердим это при помощи анализа статистических показателей измерений хода роста по высоте сосны в возрасте 15 лет (табл.).

Ход роста сосны по высоте

Как видно из таблицы, годичный прирост по высоте имеет значительные колебания: от 0,1 до 0,8 м: Они зависят от многих причин и особенно от погодных условий вегетационного периода. Прирост по высоте за период времени характеризуется средней величиной

Сосна -- быстрорастущая порода. При отсутствии затенения наибольший прирост по высоте в благоприятных условиях произрастания отмечается в возрасте 15--20 лет; в худших условиях произрастания -- н 25--30 лет. Годовой прирост сосны в высоту при благоприятных условиях произрастания может составлять 0,8--1 м.

После 40--50 лет прирост по высоте начинает постепенно уменьшаться, хотя и сохраняется весьма продолжительный период. В Сибири иногда встречаются деревья 300-летнего возраста, у которых наблюдается прирост не только по диаметру, но и по высоте. Сосны достигают высоты 46-50 м при диаметре 1 м. Встречаются отдельные деревья свыше 500 лет.

Рост сосны в высоту в условиях подзоны южной Тайги начинается обычно в начале мая и заканчивается во второй половине июня, незначительное увеличение длины побеги наблюдается и в июле. Деревья I класса роста на протяжении всего вегетационного периода отличаются лучшей энергией роста и растут больший период времени, чем более угнетённые,

Прирост сосны но диаметру зависит от температуры воздуха и осадков вегетационного периода. Во время похолодания прирост резко снижается. Во второй половине лета, когда запасы влаги в почве истощаются, рост сосны по диаметру зависит от количества выпадающих осадков. Во время продолжительных заcyx радиальный прирост прекращается и может возобновлен после дождей.

Сосна -- светолюбивая порода и хорошо растет только без затенения. Если еловый подрост под пологом древостоя не теряет жизнеспособности до 60--80 лет и более, то подрост сосны обычно погибает в возрасте 10--15 лет, и лишь групповой подрост, расположенный в окнах, сохраняет жизнеспособность выше указанного срока.

При естественном и искусственном возобновлениях сосны на вырубках с высокопроизводительными почвами необходимо осветление, т. е. удаление лиственных пород, которые по высоте перегоняют сосну, резко ухудшают ее рост и приводят к гибели.

Плохой рост подроста сосны, особенно под пологом взрослых древостоев, произрастающих на сухих бедных почвах, обусловлен не только недостатком света, но и тем, что деревья материнского древостоя своими мощными и хорошо развитыми корнями перехватывают питательные вещества и влагу из почвы. Исследования, проведенные в степных борах Западной Сибири и Забайкалья, а также в других районах страны, свидетельствуют, что участки, искусственно изолированные от корневых систем древостоя, имеют значительно больший запас влаги и гибель всходов здесь значительно меньше по сравнению с контрольными участками.

Характерной особенностью сосны обыкновенной является очень высокая устойчивость к низкой относительной влажности воздуха, о чем свидетельствует успешное произрастание сосны в степных районах, здесь она проникает иногда до границы с полупустыней. Даже в засушливые годы сосновые леса повреждаются в значительно меньшей степени, чем леса, состоящие из других пород. У сосны, особенно в молодом возрасте, очень хорошо выражена способность восстанавливать усыхающие вершины при их отмирании; постепенно главный ствол формируется из наиболее сильных боковых ветвей. Поэтому не во всех случаях следует спешить со сплошной вырубкой поврежденных засухой молодняков.

Как указывал В. В. Миронов (1977), сосна удовлетворительно переносит также высокую влажность воздуха. Так, она хорошо растет в районах с влажным климатом северо-западной части. Вместе с тем при крайне высокой влажности воздуха наблюдается массовое поражение сосны грибными заболеваниями (Рудный Алтай).

Сосна обыкновенная не отличается высокими требованиями к почвенио-грунтовым условиям. В отличие от других хвойных и лиственных пород она обладает исключительной способностью формировать леса па бедных, а также сильно заболоченных почвах. На связнопесчаных и супесчаных почвах в пределах ареала' многих древесных пород (ель, береза, дуб, липа) конкурентные !взанмоотношения складываются в пользу сосны, которая формирует здесь чистые или смешанные древостой.

Сосна растет на почвах различного механического состава, однако на легких почвах (песчаных, супесчаных) она растет значительно лучше и быстрее, чем на тяжелых (суглинках, глинах). В лесной зоне на супесях и легких суглинках, а также на песчаных почвах, подстилаемых суглинками, сосна формирует высокопродуктивные древостой.

Продуктивность сосновых, а также древостоев других древесных пород определяется благоприятным сочетанием в почве таких основных факторов, как тепло, влага, свободный кислород и др. Корни сосны отличаются несколько повышенной требовательностью к температуре почвы. Рост корней начинается при температуре около 5-6° С, но в интервале температур - до 8-9° С идет весьма медленно (Орлов, Кошельков, 1971).

Большое влияние на рост сосны оказывает водный режим. В условиях таежной зоны избыток влаги в почве приводит к уменьшению продолжительности вегетационного периода для корней, снижению аэрации почвы, что ухудшает лесорастительные условия и понижает производительность лесов. Наилучший рост сосны в обычно наблюдается при глубине грунтовых вод 1,5--2 м. С повышением уровня грунтовых вод ухудшается кислородный режим, что приводит к торможению ростовых процессов.

На жизнедеятельность корней существенно влияет вода, находящаяся на иллювиальном горизонте, которая чаще всего возникает весной после таяния снега. При высоком ее стоянии задерживается жизнедеятельность корней, снижается продолжительность вегетационного периода и, как следствие, уменьшается прирост. Во влажных типах леса (долгомошники, сфагновые) с близким залеганием оглеенного горизонта (0,25--0,3 м) более успешный рост сосны возможен только на микровозвышениях.

Из всех древесных пород, произрастающих на песчаных почвах, сосна наиболее устойчива к недостатку влаги. Так, в зоне хвойно-широколиственных лесов на рыхлопесчаных почвах с глубоким уровнем грунтовых вод корни сосны могут проникать на глубину до 6 м и более. Количество таких корней обычно невелико. Эти корни снабжают растения влагой во время засушливых периодов и тем самым предотвращают гибель сосны от иссушения, а также способствуют лучшему росту и развитию растений.

Сосна также обладает очень важной способностью: длительное время выдерживать сильное иссушение почвы. Ранее считалось, что приспособленность сосны к сухим, бедным почвам обусловлена способностью ее образовывать мощную корневую систему, с помощью которой охватывается большой объем почвы.

В отличие от других древесных пород корни сосны В состоянии покоя очень устойчивы к недостатку кислорода (анаэробиоз). Установлено, что сосущие корни сосны, закончившие рост осенью, могут сохраняться в непрерывно затопляемых слоях почвы в условиях полного анаэробиоза в течение двух последующих периодов вегетации. Вместе с тем длительное отсутствие кислорода в почве приводит к уменьшению продолжительности периодов активной жизнедеятельности корней, нарушению их поглощающей поверхности, а также к гибели более или менее значительной части корневых систем, что обусловливает уменьшение общего баланса поступления питательных веществ, а также снижение продуктивности сосновых лесов таежной зоны.

Кислородный режим почвенной влаги зависит от интенсивности поглощения кислорода, поступающего в почву с дождевой или талой водой, и скорости оттока обедненной кислородом воды из почвы. Так, в сосняках-черничниках и сложных почвенная вода может близко подходить к поверхности почвы, но благодаря строению почвы и ее водно-физическим свойствам в этих типах леса наблюдается сравнительно быстрый отток воды из верхних слоев почвы, и концентрация кислорода в ней не успевает снижаться до критической для жизнедеятельности корней величины. В этих типах леса анаэробные условия наблюдаются лишь в нижних горизонтах почвы, причем во влажных черничных на глубине 40--60 см.

Кроме водно-физических свойств и наличия кислорода, плодородие почвы во многом зависит от содержания в ней подвижных (доступных) форм азота, фосфора, калия и некоторых других элементов. По общему потреблению из почвы элементов питания высокопродуктивные сосновые, еловые и березовые насаждения не имеют существенных различий, хотя названные породы отличаются специфическими особенностями в накоплении отдельных элементов, прежде всего азота и калия.

При низкой концентрации питательных веществ к почве сосна способна больше накапливать органического вещества, чем ель и береза. При уменьшении обеспеченности молодых растений азотом до одинаковой величины скорость накопления сухого вещества у сосны снижается до 62%, тогда как у ели --до 48%, В у березы --до 24%. Это обусловлено тем, что сосна более энергично поглощает элементы питания и более экономно их использует. Эта порода способна длительное время поддерживать свое существование при очень ограниченном поступлении азота из почвы.

Итак, сосна произрастает на разных почвах --от сухих песчаных или слаборазвитых каменистых до болотных, от бедных, лишенных подвижных форм азота и других минеральных элементов, перевеенных песков до богатых черноземов. Такая приспособленность обусловлена не только особенностями сосны, о которых говорилось выше, но и тем, что эта порода обладает высокой пластичностью корневой системы, интенсивным ростом корней, способностью охватывать ими более или менее значительную часть почвенной толщи, проникать в глубокие слои почвогрунта, преодолевать неблагоприятные по своим свойствам горизонты.

Корни сосны и прежде всего их всасывающие оконечности обладают высокой устойчивостью к неблагоприятным воздействиям: низкой или высокой температуре, недостатку влаги и кислорода, избытку солей и т. д.

В зависимости от мощности, механического состава почв, богатства ее минеральными веществами, водно-физических свойств, динамики влажности почвы и т. д. сосна формирует различные корневые системы. В условиях северной тайги на строение и развитие корневых систем большое влияние оказывают температура и глубина оттаивания почвы в вегетационный период, так как корни древесных пород, как правило, проявляют свою жизнедеятельность лишь при температуре, не ниже 5--6° С.

На относительно рыхлых почвах с достаточно благоприятным режимом увлажнения, аэрации, температуры и содержания питательных веществ сосна образует мощные горизонтальные корни (преимущественно в поверхностном слое), а также глубоко проникающие в нижние горизонты почвы стержневой и якорные. Якорные корни формируются в непосредственной близости от ствола дерева; эти корни в свою очередь разветвляются на несколько более тонких идущих вертикально вниз и оканчивающихся в большинстве случаев глубже, чем разветвленный стержневой корень. На рыхлых почвах с благоприятным режимом увлажнения и аэрации длина горизонтальных корней в 2--3 раза превышает радиус кроны. Такие корни залегают на глубине 10--30 см, образуя наиболее разветвленную деятельную часть под слоем лесной подстилки. Объем почвы, используемый горизонтальными корнями спелого дерева, до 26 м3. Стержневой и якорные корни проникают на значительную глубину, иногда до 5--6 м и более. Такое строение корневой системы встречается на сравнительно небольших площадях, так как различные особенности почвенных условий накладывают глубокий отпечаток на морфологию корневых систем. Многочисленные исследования, выполненные в различных условиях, свидетельствуют о том, что на бедных почвах корневая система у сосны развивается более сильно, чем на богатых почвах. Так, на черноземе общая длина всех корней значительно меньше, чем на песках.

На сухих и бедных песчаных почвах с глубоким уровнем грунтовых вод сосна развивает мощную разветвленную поверхностную корневую систему длиной до 18--20 м, т. е. в 2 раза больше, чем на супесчаных почвах. В рассматриваемых условиях вертикальные корни проникают на небольшую глубину. Установлено, что в более сухих условиях возрастает отношение массы корней к наземной части.

В условиях избыточного увлажнения строение корневой системы сосны прежде всего определяется дренированностью почвы. На дерново-подзолистых и подзолистых почвах корни сосны проникают на глубину до 2 м и более, но основная масса корней располагается в верхнем слое до 10--30 см. Кроме корней, развивающихся в поверхностном слое почвы, которые составляют 80--90% общего количества, наблюдается Обильное развитие корней в горизонте вымывания. На долю этих корней приходится 8--10% от их общего количества.

По форме стержневого корня сосен 20--40-летнего возраста, произрастающих на осушенных площадях, С. Э. Вомперскии (1968) выделено 5 типов корневых систем:

корень направлен вертикально вниз с тупым или укороченным окончанием, от которого отходит щетка горизонтальных корневых тяжей;

корень по форме такой же, как в типе 1 или более сбежистый, но направлен наклонно вниз;

корень на глубине 10 см резко изгибается, принимает горизонтальное направление, постепенно утончается, образуя метелку корневых окончаний;

корень представлен несколькими идущими вглубь короткими корешками, концы которых сильно ветвятся; каждый такой корешок имеет вид «лапы»;

корень отсутствует или имеет вид горизонтального корня.

Факторы, влияющие на рост сосны

Факторы, влияющие на рост сосны, исключительно многообразны. Все они выражают обеспеченность растений условиями жизни. Одни из них положительные, т. е. способствуют высокому темпу накопления древесной массы и созданию благоприятных условий среды, другие отрицательные, т. е. замедляют рост.

Благоприятными факторами для роста сосны следует считать оптимальные условия воздуха и почвы, влаго обеспеченность и воздухо проницаемость почвы, наличие зольных элементов, азота и микроэлементов для питания растений.

Отрицательными факторами являются резкие колебания температуры воздуха и почвы, недостаток или застойность влаги в почве, обилие конкурентных трав и др. В борьбе с неблагоприятными условиями среды, часто приспосабливаясь к ним и обусловливая их, молодые древесные растения, разрастаясь, образуют сплошной лесной полог. Происходит смыкание полога, часто зависящее от численности особей на единице площади. С момента смыкания молодые деревца испытывают новые условия, отличные от прежних. С этих пор начинается процесс формирования древостоя, объединяющий рост и развитие в одно неразрывное целое. Новому лесу предстоит либо естественным путем, либо с помощью человека заменить тот материнский полог, который, достигнув максимального запаса древесины, был срублен для удовлетворения нужд потребностей народного хозяйства.

Формирование нового леса на месте срубленного из предварительного сопутствующего или последующего возобновления происходит по-разному и зависит прежде всего от биологических особенностей. При этом имеет большое значение состав молодняка. Разные древесные породы имеют неодинаковый темп роста в высоту. Так, светолюбивые хвойные породы сосна веймутова и др.-- в молодом возрасте прирастают по высоте более энергично, чем, например, теневыносливые -- ель, пихта, хотя в благоприятных условиях и те и другие достигают в конечном итоге 30--35 м в высоту. Темп роста деревьев в сомкнутом лесном пологе зависит от условий место произрастания. На свежих супесчаных почвах, подстилаемых материнской горной породой, легкой по механическому составу, сосна достигает I класса бонитета, а на сухих песках или на почвах заболоченных --IV класса бонитета.

После смыкания крон деревьев и образования лесной чащи решающим фактором успешного формирования леса является численность, или густота, древостоя. В зависимости от числа деревьев на единице площади на каждой конкретном возрастном этапе жизни леса происходит дифференциация деревьев, т. е. проявление свойств роста и развития деревьев в лесном пологе. Таким образом, рост, развитие и продуктивность леса необходимо рассматривать в связи с пространством (земля, атмосфера), временем и обеспеченностью условиями жизни.

Смена сосны обыкновенной

Смена сосны елью. Внимание лесоводов и ботаников издавна обращалось на смену сосны елью и обратный процесс замены ели сосной.

Высокая требовательность к почве и проточной влажности, большая теневыносливость в молодом возрасте по сравнению с сосной обеспечивают ели хороший рост под сосновым пологом (рис. 49). Образовавшийся второй ярус из ели препятствует возобновлению сосны, ухудшает физические и химические свойства почвы, способствует повышению ее кислотности. В весеннее время почва под елью долгое время находится в холодном состоянии. Все это ослабляет нормальный рост первого яруса сосны, она начинает усыхать и уступать свое место ели. Сосновый полог выполняет роль положительного фактора для поселения ели. Но не под любым сосновым пологом ель находит благоприятные условия для роста. В. низкопродуктивных сосняках, произрастающих на бедных песчаных почвах, самосев ели либо не образуется или погибает вскоре после появления. На заболоченных почвах, где сосна имеет IV--V классы бонитета, елового подроста не бывает. На богатых почвах, подстилаемых материнской породой более тяжелого механического состава, у ели проявляются свойства «завоевателя» территории. Здесь проявляется чувствительность ели к богатству почвы минеральными элементами питания. Заменяя сосну, ель образует высокопроизводительные древостой на почвах, богатых азотом, с проточным увлажнением. На почвах, у которых верхний горизонт песчаный и подстилается легкими и средними суглинками, ель менее производительна, чем сосна, а следовательно, преобладание ели на этих почвах не представляет ни лесоводственной, ни хозяйственной ценности. Путем рубок ухода и других лесохозяйственных приемов лесовод может направить смену пород в желаемую сторону.

Смена сосны березой и осиной. Этот процесс происходит чаще всего после сплошной рубки соснового древостоя. На свежих супесчаных почвах на месте срубленного соснового леса на вырубках, как считает И. С. Мелехов, может сохраниться травянистый покров, вышедший из-под полога леса, и приспособиться к новым условиям среды. Это лишайниковые, долго-мошниковые вырубки. Появление березы и осины на лишайниковых и долгомошниковых вырубках сочетается с возобновлением сосны, всходы которой выдерживают конкуренцию трав и лиственных пород. После вырубки березы появляется естественный сосновый подрост.

Смена сосны дубом происходит в сложных сосново-дубовых насаждениях, где из-за густого подлеска и второго яруса сосна не возобновляется. Неумелая рубка леса способствует образованию порослевого дубового низкопроизводительного леса, чего можно не допустить в процессе правильной лесохозяйственной деятельности.

Селекция сосны обыкновенной

Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) является типичной лесообразующей породой. Она создает внешний облик леса и совместно с другими растениями образует характерные лесные сообщества -- группу сосновых типов леса. Древесина сосны прочная, стойкая против гнили, хорошо поддается обработке. Из бревен строят дома, изготавливают шпалы, рудстойку, телеграфные столбы. Кору сосновых деревьев прессуют в брикеты, которые можно использовать в качестве топлива. Сосновая смола -- ценное сырье для получения канифоли и скипидара, который применяется при производстве лаков, красок и даже лекарств. Она хорошо приспособлена к различным условиям произрастания: растет на песчаных и глинистых почвах, скалах, болотах, часто там, где другие древесные породы произрастать не могут.

11.1.1. Направление селекции и сортовой идеал сосны обыкновенной

При формировании сортового идеала сосны обыкновенной учитываются лесоводственные особенности и многообразие хозяйственного применения. Улучшенный селекционный материал сосны обыкновенной должен отвечать следующим основным критериям:

* высокая продуктивность;

* устойчивость к болезням (пузырчатой ржавчине, корневой губке, шютте, сосновому вертуну и др.) и вредителям (подкорковому клопу, сосновому пилильщику и т.п.);

* достаточная репродуктивная воспроизводимость;

* хорошая форма ствола и высокое качество древесины.

Кроме вышеперечисленных основных критериев некоторые специальные сорта сосны обыкновенной должны обладать особыми свойствами, например высокой с мол о продуктивностью или засухоустойчивостью. Отдельные критерии сорта часто взаимно исключают друг друга. Так, отбор на продуктивность, как и вообще любой отбор, может привести к обеднению генофонда вида и, как следствие, к снижению иммунитета и устойчивости. Об этом надо всегда помнить при работе с лесными древесными растениями.

Направление селекции сосны обыкновенной зависит от конкретной цели создания насаждений и от региона. В лесопромышленных регионах страны селекция ведется на высокую продуктивность, для лесоразведения в южных -- на засухоустойчивость, иммунитет к болезням и устойчивость к вредителям. В регионах, где практикуются концентрированные рубки и стоит задача быстрейшего облесения больших площадей, следует ориентироваться на сорт-популяцию. О принципиальной возможности получения таких сортов свидетельствует практика отбора плюсовых насаждений.

Формовое разнообразие. Сосна обыкновенная является очень полиморфным видом. Из большого количества форм, описанных Л.Ф. Правдиным (1964), 31 выделены по форме кроны и ствола, 9 -- по строению корки, 21 -- по размерам и окраске хвои, 12 --- по окраске стробилов и строению шишек, 3 -- по качеству древесины и 5 -- по цвету семян. Каждый древостой состоит из множества деревьев, различающихся морфологическими, анатомическими, физиологическими и другими признаками. Среди них встречаются формы, обладающие ценными свойствами, которые могут стать объектом отбора.

По типу кроны у сосны выделяют узкокронные, обычные и ширококронные деревья. Главными признаками, определяющими форму кроны, являются: длина и толщина сучьев, угол прикрепления ветвей к стволу, число побегов в одной мутовке. Боковые ветви первого порядка у узкокронных сосен тоньше, диаметром до 3 см, отходят от ствола под углом 30-60°, но встречаются особи с короткими ветвями, отходящими от ствола под прямым углом (колонно-видная форма). У ширококронных деревьев ветви первого порядка толстые, отходят от ствола под углом 60-90°. Ветвей в мутовке у них, как правило, меньше, чем у деревьев с узкой кроной.

По строению корки принято различать чешуйчато- и пластинча-токорые формы сосны. Наследственным признаком является также высота поднятия по стволу грубой корки. Признаки цвета и строения коры, как и форма кроны, значительно изменяются с возрастом деревьев. Хорошим признаком, позволяющим отчетливо выделять отдельные формы, является строение щитка (апофиза) у чешуек сосновых шишек. По строению апофиза различают плоские, выпуклые (бугристые) и крючковатые формы. Форма шишек в пределах дерева одинакова, но в насаждении обычно встречаются деревья всех форм. Представленность выпуклых форм в пределах ареала сосны везде примерно одинакова. Деревья с плоским щитком чаще встречаются на севере, а с крючковатым -- на юге.

Несколько форм у сосны выделяют по цвету семян. Цвет семян однообразен во всех шишках дерева и не меняется в зависимости от возраста. На севере ареала преобладают деревья сосны с более светлой окраской семян, на юге -- с темной. По мнению некоторых авторов, цвет семян у сосны имеет защитное значение, а большое разнообразие оттенков связано с многообразием субстратов, на которые попадают семена после вылета из шишек. Основными цветами семян сосны являются: черный, коричневый, пестрый и бежевый или светлый. О лесоводственной ценности этих форм сведения противоречивые, но большинство авторов отмечают некоторое преимущество деревьев с темно окрашенными семенами.

Особую хозяйственную ценность имеют формы, отличающиеся скоростью роста. Формы по интенсивности роста у сосны можно выделять, начиная с самого раннего возраста. У однолетних сеянцев отбраковывают угнетенные в росте и больные. Среди двухлетних растений быстрорастущие экземпляры отличаются не только размерами, но и количеством и размером верхушечных почек, а также длиной хвои. Длиннохвойные саженцы сосны с числом верхушечных почек свыше пяти и с ранними сроками их распускания оказались в испытательных культурах более быстрорастущими. Начиная примерно с 10-летнего возраста, формы по интенсивности роста можно определить непосредственно по высоте. Есть данные, что деревца сосны, обгоняющие по высоте в этом возрасте своих сверстников, продолжают сохранять лидирующее положение и в дальнейшем. Однако окончательное суждение о быстроте роста деревьев можно составить в возрасте, составляющем две трети от возраста рубки.

11.1.3. Методы селекции сосны обыкновенной Основным методом селекции сосны обыкновенной считается отбор. Гибридизация как метод селекции также может использоваться, но большой срок получения результатов такого метода при работе с долговечными растениями отодвигают его на второй по значимости план. Работа по экспериментальному мутагенезу сосны обыкновенной также ведется, но пока она не вышла за пределы научных учреждений и в практике лесного хозяйства большого значения не имеет. Вегетативное размножение сосны обыкновенной затруднено, поэтому селекция вида ориентирована не на клоновый, а на семейственный и популяционный уровень. Самым распространенным при работе с сосной обыкновенной является массовый отбор в ходе селекционной инвентаризации естественных сосновых древостоев. С увеличением возраста опытных географических и испытательных культур все возрастающее значение приобретает отбор лучших климатипов, экотипов и форм.

Перспективен также отбор с учетом формового разнообразия при рубках ухода за лесом.

3.4 Народнохозяйственное значение сосны обыкновенной и ее экономическая эффективность

Трудно переоценить народнохозяйственное, эстетическое, санитарно-гигиеническое и рекреационное значение сосны и образуемых сосновых насаждений. Все части дерева сосны, начиная от почек, хвои и кончая пней и корнями, являются весьма ценным сырьем для деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, лесохимической, медицинской и других отраслей промышленности. В табл. 10 приведены данные, характеризующие продуктивность различных частей сосновых древостоев.

Велико значение сосны для защиты почвы от эрозии, улучшения климатических условий и водного режима территории. Она широко применяется при создании полезащитных полос, укреплении подвижных песков, облесении берегов рек и овражно-балочных систем; ее используют для озеленения городов, рабочих поселков. В сосновых лесах заготавливается большое количество грибов, ягод и очень важного лесохимического сырья -- живицы,

Таблица Соотношение, % к абсолютно сухой массе, различных частей сосновых древостоев разного возраста

Как видно из таблицы, основную массу дерева составляет ствол, который состоит из органических веществ, в состав которых входят углерод, водород, кислород, азот и другие химические и минеральные вещества. Содержание этих элементов у разных древесных пород почти одинаковое.

Таблица Химический состав древесины, % от абсолютно сухой массы

Древесина у сосны блестящая, мягкая, смолистая, плохо поддается гнутью, легко колется. Заболонь широкая, желтовато-белая, ядро буровато-красного цвета. Годичные слои ясные; поздняя древесина довольно резко отличается от ранней; смоляные ходы многочисленные, довольно крупные. Сердцевинные лучи, многочисленные, высотой до 0,5 мм.

Качество древесины сосны, заготовляемой в различных природно-географических районах, неодинаково. Так, в северных районах сосна обычно обладает более высокими техническими качествами, чем сосна, произрастающая, в других районах. В пределах каждого района технические свойства древесины зависят от условий произрастания. Известно, что сосна выросшая на боровых, хорошо дренированных песчаных почвах, отличается желтовато-красным цветом, мелкослойностью, обладает наиболее плотной и смолистой древесиной. Сосна, растущая на влажных и богатых почвах, имеет древесину более рыхлую, крупнослойную, менее смолистую и менее прочную.

Установлено, что с увеличением содержания поздней древесины физико-механические свойства древесины сосны улучшаются. Наиболее высококачественная древесина расположена в комлевой части первого бревна.

При оценке качества древесины, помимо физико-механических свойств, учитываются ее пороки. К основным сортообразующим порокам относятся сучья, гниль, кривизна и трещины. В стандартах определены требования в отношении допускаемых размеров порока в том или ином сорте каждого сортимента.

Различные лесохозяйственные мероприятия, проводимые в процессе создания и выращивания сосновых лесов, оказывают большое влияние на качество выращиваемой древесины. Более густые насаждения отличаются меньшей сучковатостью, более высокими коэффициентами формы ствола. На сучковатость сосны влияет также состав древостоя. Так, примесь березы часто способствует увеличению сучковатости сосны. Если ставится задача выращивать сосну для получения древесины высокого качества, то примесь березы нежелательна.

Однако при решении таких вопросов, как выбор густоты древостоев, их состава на разных этапах роста и развития и т. д., необходимо учитывать не только количество выращиваемой древесины, но и целый ряд других моментов: стоимость выращивания, последующую потребность в проведении рубок ухода, выполнение водоохраннозащитных функций насаждениями разного состава и др. Сосновые леса характеризуются высоким выходом основных ассортиментов (табл.).

Таблица Выход, %, ведущих ассортиментов из сосновой древесины

Благодаря высоким свойствам и качеству древесина сосны применяется в промышленном, жилищном, сельскохозяйственном и железнодорожном строительстве; весьма широко она используется в каменноугольной, горнорудной и нефтяной промышленности, мосто-, судо-, вагоностроении, а также в сельскохозяйственном машиностроении, широко применяется в мебельной промышленности, а также для изготовления тары и фанеры. В процессе лесозаготовок из ствола сосны заготовляют следующие основные ассортименты: пиловочник, строительные бревна, рудничную стойку, подтоварник, жерди, шпальные и судостроительные кряжи, бревна гидростроительные и для столбов, фанерные кряжи, балансы.

Спрос на ассортименты, заготовляемые в сосновых лесах, ежегодно возрастает. Поэтому почти во всех районах страны расчетная лесосека но сосновому хозяйству осваивается полностью.

Пни сосновые спустя 10--15 лет после рубки древостоев используются для заготовки пневого осмола -- цепного сырья для получения смолистых веществ в смоло-скипидарном производстве. Заготовка пневого осмола осуществляется с помощью корчевальных машин или взрывным способом.

Учитывая, что осмол заготовляют на старых вырубках, где обычно возникают сосновые молодняки, необходимо принимать меры к сохранению последних. При использовании корчевальных машин на вырубках повреждается больше молодняка, чем при взрывном способе. Для вывозки осмола в целях большей сохранности молодняка волоки следует прокладывать по старым лесовозным дорогам, просекам, прогалинам. Несмотря на принимаемые меры по сохранению молодняка, его в процессе смолозаготовок погибает очень много. Для устранения нежелательных последствий при смолозаготовках необходимо усилить исследования по использованию свежих пней в качестве осмола, а также по повышению смолистости древесины сосны при смолоподсочке.

При проведении рубок главного и промежуточного пользования, кроме ствола и пней, все шире используется на переработку другой компонент дерева -- крона, особенно ее зеленая часть -- хвоя. В клетках хвои содержатся многочисленные необходимые человеку и животным биологически активные вещества -- витамины, хлорофилл, микроэлементы и др. Из хвои делают экстракт для ванн. Путем механической и химической переработки из хвои получают витаминную муку, хлорофилло-каротиновую пасту, эфирные масла. Важным лекарственным сырьем являются сосновые почки и весенние побеги. Сосновые почки собирают ранней весной в момент их набухания, когда верхние чешуйки замкнуты и почки еще не раскрылись. В почках содержатся эфирные масла смолы, дубильные вещества.

Сучья сосны, которые составляют около 10-- 15 % общего запаса древостоя, используются для изготовления технологической щепы. Щепа применяется в целлюлозно-бумажной промышленности, для производства древесностружечных и древесноволокнистых плит, строительных блоков, пластиков и т. д.

Недревесные продукты сосновых насаждений

Сосна и сосновые леса дают ценные продукты не только в результате рубки древостоев, но и в процессе их жизнедеятельности. Основным и наиболее важным продуктом прижизненного использования сосновых лесов является живица. Свежая, вытекающая из сосны живица представляет собой светлую (почти бесцветную) вязкую жидкость. Она состоит из практически нелетучих кристаллических смоляных кислот (канифоли) и летучих терпентинных углеводородов (скипидара). На воздухе живица быстро мутнеет, становится непрозрачной и более вязкой, засоряется кусочками коры, хвои и древесины (механические примеси), а также водой от дождя и рос. Живица содержит около 75% канифоли, 18--20% терпентинных углеводородов (скипидара), 5--7% воды и до 1% различных механических примесей.

Трудно назвать отрасль промышленности, где бы не использовались продукты переработки живицы. Сосновая живица в переработанном виде используется для приготовления некоторых лекарств в фармацевтической промышленности, а также для приготовления типографских красок и литографических чернил, мастик и лыжных мазей.

Основной продукт живицы -- канифоль -- применяется в целлюлозно-бумажной, лакокрасочной, химической, электротехнической и мыловаренной промышленности. Следует подчеркнуть, что канифоль в названных отраслях промышленности, кроме мыловаренной, не имеет равноценных заменителей. Канифоль используется также для приготовления ценного препарата -- креолина, широко применяемого в ветеринарии.

Из растущей сосны живицу добывают путем нанесения систематических надрезов, так называемых вздымок, или подновок, на стволе дерева в вегетационный период (апрель -- сентябрь). Подновки наносят для возобновления выхода живицы. Живица, вытекающая при подсочке сосны, находится в особых каналах смоляных ходах, которые расположены в древесине, хвое, первичной коре. Для подсочки имеют значение лишь смоляные ходы, расположенные в заболони древесины. Живица образуется в выстилающих смоляной ход клетках, откуда она с силой выдавливается в полость смоляного канала. По мере заполнения канала смоляного хода выстилающие клетки сжимаются, создавая давление на находящуюся в канале живицу. При нанесении подновок живица вытекает из смоляного хода, а затем вновь образуемая живица опять заполняет смоляные ходы.

Выводы и предложения

В связи с тем, что ареал сосны весьма обширен: на севере он доходит до границы лесной зоны и в связи с тем, что эта древесина имеет высокую стойкость против гниения, достаточно высокую прочность, хорошо обрабатывается, то она очень широко применяется. Она используется в строительстве, машиностроении, мебельном производстве, железнодорожном транспорте, тарном производстве, для крепления горных выроботок и т.д. Помимо её того сосна является восполнимым природным богатством в отличии от например железа и нефти, поэтому её можно очень широко использовать

Страницы: 1, 2, 3