После вывозки стволовой части на лесосеках остаются порубочные остатки: вершины стволов, сучья, хвоя, листва, кора. Порубочные остатки представляют массу сухого органического вещества. Поэтому оставление этой легко загорающейся массы на лесосеке создает существенную пожарную опасность. Кроме того, они представляют благоприятную среду для размножения вредителей леса из мира грибов и насекомых. В то же время порубочные остатки содержат значительное количество азота и зольных элементов, представляют определенную ценность как удобрение. Вопросы очистки лесосек и рационального использования порубочных остатков имеют существенное значение для правильной организации лесного хозяйства таежной зоны.
В настоящее время все большее значение приобретает возможно полное использование всей получаемой при лесозаготовках древесины, включая и порубочные остатки. Отходы при лесозаготовках находят возрастающее применение в лесохимической промышленности. Проводимый в этих целях сбор и вывоз порубочных остатков обеспечивает очистку лесосек. В малолесных районах порубочные остатки частично используют на топливо.
Однако на значительных площадях не только в прошлом, но и в настоящее время порубочные остатки не получают полного или даже частичного использования в лесохимической промышленности. Поэтому вопрос очистки лесосек еще сохраняет значение, особенно в лесоэксплуатационной зоне.
В качестве одного из мероприятий применяют разбрасывание порубочных остатков по всей площади лесосеки равномерным слоем. При этом прибегают к предварительному их измельчению до 0,5—1 м в длину. В других случаях (в заболоченных и сложных типах леса) порубочные остатки складывают в кучи и валы. Иногда часть порубочных остатков разбрасывают по лесосеке, а часть складывают в кучи. Эти способы очистки лесосек имеют свои положительные и отрицательные стороны.
Положительная сторона, проявляемая в наибольшей степени при разбрасывании порубочных остатков, заключается в общем повышении пищевого режима почвы. При разложении порубочных остатков освобождаются заключенные в них элементы питания в доступной растениям форме, что создает более благоприятные условия для нового поколения леса.
При разложении порубочных остатков в кучах или валах получается неравномерное, местное, очаговое обогащение почвы элементами питания. Разбрасывание порубочных остатков, по-видимому, обеспечивает более быструю их минерализацию и более благоприятный пищевой режим. В кучах и валах минерализация органического вещества идет медленно и в пространствах между кучами (или валами) всходы могут страдать из-за недостатка элементов питания.
В условиях расчлененного рельефа, особенно на горных склонах, разбрасывание порубочных остатков гасит поверхностный сток и тем самым предохраняет почву от эрозии. В лесоводственной литературе имеются указания на то, что во влажных и сырых борах и суборях на микроповышениях, образованных валами и кучами лесорубочных остатков, охотно поселяется и лучше растет самосев сосны и ели.
До настоящего времени широкое применение находит сжигание порубочных остатков, разбросанных на лесосеках. Этим приемом пользуются не часто, так как он приводит к выгоранию подроста. Более распространенно сжигание порубочных остатков, сложенных в кучи. «Сжигание порубочных остатков в кучах, пишет В. Г. Нестеров, применяется в наших лесах как основной способ очистки, который чаще всего производится во время лесозаготовок, как операция, входящая в состав лесоэксплуатационного процесса».
Огневой способ очистки лесосек представляет прием, совершенный в санитарном отношении, и при надлежащей организации устраняет пожарную опасность, вызываемую захламлением лесосек. Отрицательная сторона его заключается в больших потерях связанного азота при сгорании порубочных остатков, лесной подстилки и частично почвенного перегноя. О размере потерь азота в результате сгорания одних порубочных остатков можно судить по приведенным данным. К этому следует добавить потерю азота вследствие сгорания лесной подстилки и частично почвенного перегноя. При сжигании порубочных остатков, разбросанных по всей площади лесосеки, эти потерн азота, по-видимому, должны быть больше, чем при сжигании в кучах. Таким образом, огневой способ очистки лесосек оказывает резко отрицательное влияние на азотный баланс.
Влияние на химические свойства почвы различных способов сжигания порубочных остатков было изучено М. Н. Першиной в Мытищинском лесхозе Московской области. Исследования были проведены в насаждении сосняк-кисличник — С3 на дерново-подзолистой супесчаной почве. Состав насаждения: 7С2Е1Б, полнота 0,8, бонитет I, возраст 90—100 лет. Сожжение лесорубочных остатков было произведено весной 1930 г. Летом того же года было произведено изучение влияния на динамику некоторых элементов почвенного плодородия на следующих секциях опыта; лесорубочные остатки сожжены в кучах; лесорубочные остатки разбросаны по лесосеке; лесосека оставлена без изменений; контрольная площадь в лесу.
Отмечены следующие изменения в травяно-моховом покрове. Под пологом леса сплошной покров кислицы и рассеяно зеленые блестящие мхи. На лесосеке, оставленной без изменений, получили развитие сплошные заросли вейника лесного (Calamagrostis arundinacea), с чем автор связывает отсутствие на ней лесовозобновления. То же имело место на лесосеке с разбросанными порубочными остатками. На площади, где порубочные остатки были сожжены, отмечено появление отдельных экземпляров вейника, иван-чая, а к концу вегетационного периода — всходов сосны.
М. Н. Першиной было проведено химико-аналитическое исследование верхних горизонтов почв с указанных секций опытов. Изучение pH водной суспензии не обнаружило существенных закономерных различий в активной реакции почв всех секций опыта. Активная реакция была у почв всех секций кислая, колеблющаяся в пределах pH 4,7—5,8. Исключение составляют костровые площадки, на которых активная реакция была 7,8—7,9, снизившись к осени до 7,4.
Дальнейшие исследования показали более высокое содержание электролитов, щелочности, воднорастворимой фосфорной кислоты, водорастворимого кальция после сжигания порубочных остатков по сравнению с остальными секциями опыта.
Содержание электролитов было вычислено по величине электропроводности водной вытяжки.
Наиболее существенные изменения обнаружены в содержании воднорастворимого кальция. Сжигание порубочных остатков привело к повышению содержания обменного кальция и снижению обменной кислотности, что видно из приводимых данных.
Влияние сжигания порубочных остатков на содержание в почве обменного кальция и величину обменной кислотности (из работы М. Н. Першиной)
В почве под лесом и на лесосеке не было обнаружено нитратов. На секции опыта с сожжением порубочных остатков было обнаружено значительное накопление нитратов.
При огневой очистке лесосек сгорание мохового ковра и торфянистой грубоперегнойной подстилки улучшает аэрацию почвы, снижает кислотность, уменьшает содержание или совсем уничтожает токсические для микроорганизмов, органические вещества. Все эти изменения в свойствах почвы благоприятствуют размножению и деятельности нитрифицирующих микроорганизмов. Поэтому, несмотря Era неизбежные значительные потери связанного азота при сжигании порубочных остатков, огневая очистка вызывает повышение содержания в почвах лесосек нитратного азота. Появление на лесосеке растений-нитрофилов (малины, иван-чая и др.) указывает на это. Огневую очистку можно рассматривать и как частичную стерилизацию почвы.
В другой работе М. Н. Першина сообщает, что сжигание порубочных остатков на лесосеках способствует лесовозобновлению на элементах мезо- и микрорельефа, склонах и микросклонах, где влага не застаивается. В условиях равнинного рельефа или по микропонижениям на почвах со значительным развитием оглеения это приводит к еще большему заболачиванию и затрудняет лесовозобновление.
Вопрос о положительном влиянии огневой очистки лесосек на лесовозобновление путем сжигания порубочных остатков в кучах нельзя считать решенным. Ранее уже было указано, что при сжигании порубочных остатков происходят значительные потери азота, уплотнение верхнего слоя почвы в результате остекления или спекания минеральных частиц. Кроме того, на месте костровых куч создается щелочная реакция и повышенная концентрация солей, образовавшихся в результате сгорания порубочных остатков, что может оказывать неблагоприятное влияние на всходы некоторых древесных пород.
В свете сказанного определенный интерес представляют вегетационные опыты Фабрициуса, показавшие, что поверхностное внесение золы оказало неблагоприятное влияние на прорастание и первоначальное развитие древесных пород.
Н. Н. Сушкиной было исследовано влияние огневой очистки лесосек на микрофлору лесных почв. Работа проведена в Сиверском лесничестве Ленинградской обл, на подзолисто-глеевых суглинистых, супесчаных и песчаных почвах. В песчаной почве под сосновым лесом с покровом из вереска, брусники, кустистых лишайников (Cladonia rangiferina) и единичных кустов багульника (тип, близкий к сырому бору — А4) микробиологическая активность оказалась очень слабой. Азотобактер в этих почвах не был найден, клостридий лишь изредка и в небольшом количестве удавалось обнаружить в верхнем горизонте. Нитрификационная способность не была обнаружена. Денитрификация во всех горизонтах слабо выражена. Бактериального разрушения клетчатки как в аэробных, так и в анаэробных условиях при помощи методики Л. В. Омелянского также не было обнаружено. Маслянокислое брожение не развивалось. Проведенные опыты по сжиганию порубочных остатков не вызвали уловимого повышения активности микробиологических процессов.
Второй опыт был проведен на подзолисто-глеевых суглинистых и супесчаных почвах из-под хвойного леса с примесью березы и осины с покровом из брусники, черники, папоротника женского, кислицы, зеленых мхов (тип влажной сурамени — С3). Микробиологические исследования обнаружили в почве под лесом значительно большую микробиологическую активность. Клостридий был найден во всех горизонтах и обладал во многих случаях интенсивной жизнедеятельностью. Нитрификация имела место, но протекала вяло. Денитрификация происходила во всех горизонтах, но в верхних протекала энергичнее. Маслянокислое брожение энергичнее развивалось в верхнем горизонте, а с глубиной резко снижалось и даже прекращалось. Бактериальное разложение клетчатки, как и в предыдущей почве, не было обнаружено. В результате обжига было найдено значительное усиление маслянокислого брожения и денитрификации; в отношении усвоения атмосферного азота и нитрификации определенных результатов не было получено. Усиление маслянокислого брожения и деятельности денитрифинирующих микроорганизмов может служить указанием на повышение роли бактериального разложения органического вещества.
Приводимые в этой статье аналитические данные показывают значительное подщелачивание активной реакции верхнего горизонта почвы в результате обжига. Через некоторое время (1—4 месяца) это подщелачивание реакции распространяется в ослабленной форме и на более глубокие горизонты. На необожженных участках pH верхнего горизонта почвы был 5,2—5,6, после обжига 7,4—8,2.
Следует указать, что более обширные исследования Гессельмана, проведенные в южной части Швеции, показали значительное усиление нитрификации при сжигании порубочных остатков и на гарях, при этом в очень многих случаях сжигание вызывало развитие процесса нитрификации на почвах, которые до этого не обладали нитрификационной способностью, Наибольшее стимулирующее влияние на развитие процесса нитрификации оказывал слабый обжиг, на сильно обожженных местах он развивался слабее. Интересно отметить, что такое характерное нитратофильное растение, как малина, поселяется чаще и в большем количестве на слабообожженных местах.
О степени влияния огневой очистки лесосек на нитрификационную способность почвы можно судить по следующим примерам из работ Гессельмана. В почве смешанного хвойно-мохового леса нитрификация почти отсутствовала. При компостировании за 12 недель накопилось только 0,4 мг нитратного азота на 1 кг почвы, через 5 лет после пожара определение нитрификационной способности дало за тот же срок накопление 24 мг нитратного азота. В другом случае на пятилетней гари нитрификационная способность была 56 мг нитратного азота по сравнению с 3,5 мг под лесом. В результате сжигания порубочных остатков нитрификационная способность поднималась до 190—360 мг нитратного азота после 9-недельного компостирования. Возобновление на гари покрова из Polytrichum препятствует проявлению нитрификационного процесса.
Проведенные Н. Н. Сушкиной исследования в Заборском учлеспромхозе Череповецкого округа и в Ульяновском Ленинградского округа Ленинградской обл. в типах насаждений ельник-кисличник, ельник кислично-черничный, ельник ручейный и сосняк вересковый подтвердили выводы Гессельмана.
Вызываемое под действием огня усиление нитрификационной активности лесных почв обусловлено несколькими причинами: под влиянием обжига изменяется активная реакция почвы, понижается кислотность; повышается содержание в почве солей кальция; сгорают органические вещества, которые могут оказать токсическое действие на нитрифицирующие микроорганизмы; повышается аэрация почвы вследствие сгорания мохового покрова и грубоперегнойной лесной подстилки (повышение аэрации почвы оказывает особенно большое влияние).
Меньшая нитрификационная активность на сильнообожженных местах обусловлена потерей большого количества связанного азота в результате более полного сгорания грубоперегнойной лесной подстилки.
Непосредственные измерения показали, что при сжигании порубочных остатков в кучах температура на поверхности почвы поднимается до 400—1000°. С глубиной величина прогревания быстро снижается. В тех же опытах на глубине 5 см она не превышала 95°, на глубине 10 см — 65°, на глубине 25 см — 50°. Последующее охлаждение почвы с поверхности происходит очень быстро, а в более глубоких слоях значительно медленнее. В одном из опытов температура поверхностного слоя сравнялась с необожженной почвой уже через 48 ч, а на глубине 20 см — через 72 ч.
Повышение микробиологической активности может быть объяснено частичной стерилизацией почвы огнем. В этой связи следует напомнить опыты Расселя и Хетчинсона, показавшие, что после нагревания почвы до 98° имело место очень большое (в 12 раз) повышение интенсивности процессов аммонификации и нитрификации.