Рубки ухода — одно из основных лесохозяйственных мероприятий, направленных на целевое выращивание леса.
Рубки ухода — это периодическое удаление из насаждений деревьев, мешающих росту главных пород, преобладание которых должно составить основной полог высокопродуктивного древостоя. В связи с тем, что в процессе формирования леса с момента его образования до возраста главной рубки из насаждения периодически вырубают отдельные деревья и используют их для народнохозяйственных целей, рубки ухода часто называют рубками промежуточного пользования лесом. Однако главная задача рубок ухода за лесом — формирование высокопродуктивных древостоев, обеспечивающих непрерывное и неистощительное лесопользование древесными породами, чистыми по составу или смешанными с другими, которые соответствуют условиям среды и за одинаковый период образуют максимальный запас высококачественной древесины или отвечают другим целям.
Задача рубок ухода осуществляется путем целенаправленного отбора, при котором остаются на корню наиболее ценные формы древесных пород; повышается качество древостоя; сокращается период выращивания технически спелой древесины; улучшается санитарное состояние леса; усиливаются водоохранные, водорегулирующие, почвозащитные, водоочистные свойства леса; улучшаются условия плодоношения деревьев в пологе приспевающего леса; предупреждается снеголом и снеговал деревьев и кроме всего, увеличивается размер лесопользования. Рубки ухода имеют конкретные задачи в полезащитных лесополосах, в зеленых зонах, лесопарковых лесах и других категориях леса. При формировании, например, лесосеменных участков цель рубок ухода — создание благоприятных условий для более раннего и обильного плодоношения.
Внимание лесоводов давно привлекало увеличение общей производительности 1 га леса в результате рубок ухода. Сюда относят не только древесину, но и водоохранные, почвозащитные, полезащитные и другие полезные свойства леса. В результате рубок ухода увеличивается общее количество получаемой с 1 га массы древесины примерно в 1,5 раза (при этом размер главного пользования не снижается). Кроме того, повышается ценность получаемой древесины вследствие улучшения условий роста лучших деревьев, оставляемых на корню. На них наращивается древесина равномерно по стволу (включая и ту потерю, которую насаждение несет при вырубке худших деревьев). После рубок ухода качество древесины улучшается и потому, что изменяется ее анатомическое строение. Под воздействием рубок ухода изменяется в лучшую сторону соотношение ранней и поздней части годичного кольца. Часто в насаждении в результате естественного процесса самоизреживания остаются на корню деревья сильного роста, но худшие по форме ствола, физико-механическим свойствам древесины, по наличию других пороков. Рубки ухода здесь помогают естественному отбору, делают его целенаправленным, чтобы оставить на корню те деревья, которые отвечают целям хозяйства. Биологические предпосылки рубок ухода: увеличение древесной массы на единице площади в результате максимального использования деревьями физиологически активной солнечной радиации, улучшения углеродного и минерального питания деревьев, улучшения условий местообитания полезных лесу фауны, микроорганизмов и бактерий, ускоряющих малый биологический круговорот веществ.
Положение дерева в лесном пологе. Регулирование естественного отбора обеспечивается массовой целенаправленной селекцией в процессе роста и развития леса. Кроме того, регулируются внутривидовые отношения в чистых и межвидовые в смешанных насаждениях, деревья размещаются на площади в соответствии с их биологией и условиями местопроизрастания.
По данным наших исследований, загущенное насаждение после выборки 34 % деревьев показало наибольшее усвоение СО2. При этом максимальное суточное усвоение СО2 1 г сырой массы наблюдается у хвои 2-го года, расположенной в верхней части крон деревьев. Значительная активизация фотосинтеза наблюдается у хвои верхней части крон деревьев III класса роста, но из-за того, что сырая масса хвои верхних частей кроны слишком мала, общая продуктивность хвои этих деревьев незначительна, в 10—12 раз меньше, чем продуктивность хвои 2-го года деревьев II и I класса роста. Наши данные подтверждают наличие связи между размерами крон деревьев и их числом, а также интенсивностью фотосинтетической деятельности и положением кроны в лесном пологе. Интенсивность ассимиляции зависит от числа деревьев на единице площади. С уменьшением числа деревьев на 1 га увеличиваются размеры крон деревьев, а увеличение активно продуцирующей части кроны приводит к повышению продуктивности древесной массы в насаждении. Оптимальная интенсивность изреживания находится между 34 и 41 %. Среди многих биологических факторов в сосновом насаждении имеют значение: процент изреженности; классы деревьев; положение хвои в кроне; возраст хвои.
Все перечисленные факторы, кроме изреженности, варьировали на 3 уровнях, варианты же изреженности изучены на 4 уровиях. Наблюдаемой величиной было потребление (в мг) СО2 1 г хвои с естественной влажностью.
Наибольшая дисперсия принадлежит фактору «положение кроны». Остальные варианты эксперимента оказывают гораздо меньшее влияние на потребление CO2, но тем не менее, с точки зрения достоверности дисперсии, все эффекты взаимодействия первого порядка, за исключением изреженности X класса роста, явились существенными с вероятностью 0,95.
Верхний ярус насаждения отражает и поглощает в среднем 86—96 % общего количества света. Эти данные подтверждают значимость положения крон деревьев в лесном пологе. Отсюда следуют рекомендации создавать вертикальное и ступенчатое строение лесного полога при рубках ухода, а также предложены классификации деревьев.
В своих опытах В. Г. Нестеров в 1961 г. и другие исследователи показали типичные категории деревьев, участвующих в горизонтальном строении полога, а М. К. Бочаров в 1964 г. нашел зависимость между числом деревьев, площадью и заданным расстоянием между деревьями.
Учитывая, что положение кроны дерева в лесном пологе — определяющий фактор в процессе формирования целевых древостоев, мы сделали попытку отыскать теоретический оптимально продуктивный лесной полог для высокопроизводительной субори на этапе молодняка. Кроме значимости исследованных факторов, исходными предпосылками для разработки модели полога были также выводы о том, что: 1) продуктивность насаждений есть результат продуктивности листовой массы крон деревьев при всех постоянных остальных факторах; 2) продуктивность насаждений есть в большей степени результат ассимиляционной деятельности активно продуцирующей листовой поверхности; 3) преобладание теневой листвы в кроне дерева не способствует увеличению продуктивности насаждений; 4) процесс формирования высокопродуктивных деревьев и насаждений в целом рассматривается с момента смыкания крон; 5) процесс роста леса рассматривается с позиции целостности лесорастительной замкнутой системы с положительными и отрицательными обратными связями.
Условия для лучшего режима роста. Регулируя величины затененной и световой частей кроны деревьев, при других равных условиях можно изменять величину активно продуцирующей листовой массы, что достигается рубками ухода за лесом. Вместе с удаленными деревьями при рубках ухода будет удалена частично продуцирующая листва, так как в каждом дереве, находящемся в лесном пологе, имеются световые и теневые листья. Следовательно, практически представляет интерес, при каком соотношении продуктивной и менее продуктивной частей листвы оставляемых на корню деревьев (соотношение освещенной и затененной частей крон деревьев, лесного полога в целом) будет наилучший режим роста и накопления высококачественной древесины.
Установление коэффициентов затенения для деревьев разных типов развития поможет сделать правильный прогноз относительно дальнейшей судьбы этих деревьев. Если дерево типа «а» характеризуется коэффициентом затенения 0,8, это означает, что 80 % части его кроны закрыто соседними деревьями, что угрожает его дальнейшей жизнестойкости. Разреживание полога в этом случае станет действенным регулированием условий среды в пользу перспективного дерева. Если дерево типа «а» при его оценке получит коэффициент затенения, равный 0,2, значит, крона его находится в данный момент в условиях избыточного светового воздействия и это также приведет к неблагополучному исходу. По мере разрастания кроны дерево перейдет в тип «б» и станет бесперспективным в хозяйственном отношении. Такое дерево вырубают в тех случаях, когда оно является угрозой для более сильного затенения других соседних деревьев типа «а», имеющих коэффициенты 0,4; 0,5; 0,6.
Таким образом, биологическая предпосылка к достижению оптимально продуктивного лесного полога — разреживание насаждения до такой степени, при которой будут созданы наилучшие условия для максимального прироста высококачественной древесины. Этим условиям удовлетворяет то состояние деревьев в лесном пологе, при котором значительная часть их крон будет открыта дневному свету в течение длительного периода суток.
Как видно из анализа фотосинтеза хвои деревьев разных типов роста и развития, высокопродуктивным и качественным деревом является то, у которого 20 % кроны находится в затенении, а 80 % предоставлено свету. Это дерево обозначим коэффициентом 2. Следующим по продуктивности (менее продуктивным) будет дерево, у которого 40 % кроны находится в затенении, а 60 % освещено. Оно обозначено коэффициентом 4. Несколько менее продуктивно и менее качественно дерево, обозначенное коэффициентом 8. И самое низкопродуктивное и низкокачественное — затененное дерево с коэффициентом 10. Лучшими деревьями будут те, у которых кроны «работают» наиболее интенсивно, т. е. те, которые имеют коэффициенты затенения кроны 2, 4, 6.
Коэффициенты затенения характеризуют положение дерева в пологе, поэтому данные коэффициенты — необходимая дополнительная характеристика к типам развития деревьев. В то же время коэффициент затенения помогает определить качественное состояние деревьев.
Самые высокопроизводительные деревья те, у которых вся листва активно продуцирует (световая листва), но таких деревьев нет. Отдельно стоящие деревья хотя и имеют значительную часть световой листвы и обеспечивают максимальный прирост, но не образуют насаждения. Кроме того, древесина на этих стволах откладывается в сучьях и не относится к высококачественной. К тому же преобладание световой листвы в кронах одиноко стоящих деревьев в большой степени сводится к минимальному эффекту благодаря тому, что эта листва чаще, чем в лесу, подвергается усиленному солнцепеку, сильным ветрам и другим неблагоприятным факторам.
Перегущенные насаждения могут образовывать максимальную продуктивность насаждения, но эти деревья будут тонкими и менее качественными с точки зрения потребностей хозяйства.
Таким образом, оптимальной численностью деревьев на единице площади будет то число высокопродуктивных деревьев, которое обеспечит формирование оптимально продуктивного лесного полога.
Можно отыскать оптимальную продуктивность формирующегося леса в любой промежуток времени. Такая возможность необходима при проведении рубок ухода на целевой сортимент. Однако этой работе должны предшествовать дополнительные исследования и сбор необходимой информации о росте леса и влиянии на его рост изреживания и других факторов. В первом приближении по этапам формирования формула отвечает условиям определения оптимального числа деревьев на единице площади, которое образует оптимально продуктивный лесной полог высокопродуктивного древостоя.
Для разных категорий защитности насаждений и насаждений, где выращиваются целевые сортименты, должны быть разработаны классификации деревьев. Это одна из важных биологических предпосылок для построения методов рубок ухода, обеспечивающих высокую продуктивность древостоев.
Число деревьев и продуктивность насаждений. Качественные изменения леса в результате внешних воздействий происходят непрерывно. Эти изменения зависят в первую очередь от внутреннего взаимодействия всех компонентов, входящих в сложную природную систему леса, и регулируются многими мероприятиями. Из них наиболее доступна для практики лесного хозяйства оптимизация числа деревьев на единице площади на каждом этапе жизнедеятельности типа леса.
В литературе известна изменчивость таксационных показателей одновозрастных насаждений, относящихся к одному классу бонитета в зависимости от числа деревьев на единице площади.
Максимальный запас в сосновых молодняках наблюдается на тех участках, где распределение числа деревьев по ступеням толщины близко к нормальной кривой Гаусса. Отклонение распределения числа деревьев от нормального распределения в сторону увеличения численности деревьев меньших ступеней ведет к уменьшению запаса древесины.
В исследованиях В. М. Иванюты и других ученых прослеживалось стремление определять степень полноты насаждения по совокупности числа деревьев и их толщины. Как указывал В. М. Иванюта в 1974 г., чем лучше развит полог дерева, тем больше толщина его ствола на высоте 1,3 м.
М. К. Бочаров и Г. Г. Самойлович на основе категорий деревьев и видов полога насаждений разработали математические модели размещения, густоты и сомкнутости полога. Число деревьев и состояние лесного полога находятся в тесной зависимости, которая выражена различными моделями. Типизация лесного полога в молодняках, выбор наиболее оптимального строения полога — это те проблемы, которые сравнительно легко решаются посредством рубок ухода. В одинаковых условиях в одновозрастных насаждениях имеются определенная численность деревьев и определенные соотношения их в ступенях толщины, при которых образуется максимальная продуктивность.
Показатели пробных площадей свидетельствуют о том, что в пределах возраста средняя высота, запас на 1 га и другие показатели насаждения изменяются в зависимости от численности деревьев на единице площади (в пределах одного класса бонитета). Аналогичные закономерности наблюдаются в высокопроизводительных суборях 40, 60, 80 лет.
Средняя высота в 40-летних сосняках суборевых достигает максимального значения при численности деревьев 1,5 тыс. шт/га. В более старшем возрасте (60 лет) максимальная высота насаждений отмечена при 700—800 деревьях на 1 га.
Один из важных показателей, который можно использовать при определении оптимального числа деревьев, — их крона, размеры которой в пределах однородных условий местопроизрастания обусловливаются числом деревьев. Связь между числом деревьев и длиной крон характеризуется достаточно высокими корреляционными отношениями. Данные зависимости таксационных показателей от числа деревьев на единице площади показывают, что для любого из них (высота, запас, диаметр, средний и текущий прирост и др.) имеются такие условия, которые при определенной численности деревьев обеспечивают максимальные величины роста леса. Уменьшение (как и увеличение) числа деревьев на 1 га ведет к снижению продуктивности.
Для определения оптимального количества деревьев на 1 га необходимо иметь подробное описание участка и деревьев. Выбирают такие факторы, которые наилучшим образом отражают исследуемый процесс роста и развития. Введя полученные сведения в модель, можно определить оптимальное число деревьев на 1 га.
В. М. Иванюта рекомендует определять число деревьев для каждой ступени толщины. По среднему диаметру древостоя и запасу деловой древесины представляется возможным для древостоя в целом находить (без каких-либо сложных вычислений) максимальные выходы промышленных сортиментов и распределение деловой древесины по категориям крупности.
В процессе формирования в насаждении не может оставаться постоянное число деревьев на единице площади. Это число меняется, и от его изменения зависит продуктивность насаждения. Поэтому лишние деревья должны быть своевременно удалены. Сравнительно нетрудно установить в насаждении оптимальное число деревьев, при котором происходит лучший рост деревьев. Однако сложнее оказалось выявить размер общего промежуточного лесопользования, хотя основанием для таких расчетов могут быть сведения об оптимальном числе деревьев на единице площади в насаждении на каждом конкретном этапе его развития.
Согласно Правилам отпуска древесины на корню в лесах СССР размер ежегодного отпуска древесины при промежуточном лесопользовании определяется исходя из необходимости улучшения породного состава и качества лесов и устанавливается в государственных планах экономического и социального развития СССР по союзным республикам. При ориентировочной оценке размеров промежуточных рубок исходят обычно из величины отпада за период роста насаждения. Величина отпада в насаждениях составляет до 30 % и более и зависит от типов леса и классов бонитета. Амплитуда колебаний величин отпада велика и поэтому даже ее средняя не может стать оптимальной для целевых древостоев. Проблема установления оптимальных размеров промежуточных рубок до конца еще не решена. Однако в научных институтах и на кафедрах вузов разработано несколько методик расчета размеров рубок ухода. Некоторые из них приводятся ниже. Расчетные размеры рубок ухода характеризуют экономическую основу промежуточного пользования лесом.