Опытно-производственные рубки по осветлению кедрового подроста из-под полога сосновых древостоев в Новосибирской области проводятся более 30 лет.
Впервые они были выполнены в 1962 г. в Болотинском лесничестве, затем в 1969-1971 гг. продолжены в более широких объемах в Орско-Симанском участковом лесничестве. Угнетающий полог вырубался за один или два приема, с интервалом в 4-7 лет. Большинство осветленных площадей последующими уходами переведены в постоянные лесосеменные участки кедра, часть оставлена для дальнейших наблюдений.
В процессе лесозаготовок и в первые годы после рубки изучались сохранность и выживание молодого поколения на вырубках, изменение охвоенности, влияние осветления на прирост кедра в высоту и по диаметру. Поставлены опыты по определению влажности, концентрации клеточного сока, содержания азота и фосфора в хвое и их влияния на жизнеспособность подроста. Результаты исследований частично опубликованы в работах И. А. Беха (1974, 1979), В. К. Кравцева (1979), Т. П. Некрасовой (1979), И. А. Беха и А. М. Данченко (1992), А. М. Данченко и И. А. Беха (2002).
Повторные обследования проводились в 1984—1985 и 1989-1990 гг. на 5 пробных площадях размером 50 х 100 м, на которых кедровый подрост за один прием был освобожден от полога близких по условиям произрастания, продуктивности и таксационным параметрам сосновых насаждений разнотравного типа леса. При каждом обследовании изучались прирост кедра и сосны в высоту и по диаметру, охвоение деревьев, участие предварительного и последующего возобновлений в восстановлении вырубок, состав и структура формирующихся молодняков.
При перечете деревья разделялись на группы предварительной и последующей генерации, господствующего и подчиненного положения. Отдельно выделялись сухие и усыхающие экземпляры. Подрост сосны учитывался по группам возраста и высоты на трансектах шириной 2 м, проходящих перпендикулярно трелевочным волокам по наиболее характерным участкам вырубок. Общая длина трансект на каждой пробе была не менее 200 м. Количество кедра учтено сплошным перечетом на всей площади. Для сравнения аналогичные работы выполнены под пологом расположенных рядом сосновых насаждений.
На каждой пробной площади и под пологом леса срублено по 10-15 моделей сосны и кедра. На вырубке в качестве моделей взяты деревца предварительной генерации, под пологом срублены жизнеспособные экземпляры подроста, способные после рубки выйти в господствующий ярус нового насаждения (Данил и к, 1978). У каждой модели определялся возраст, ежегодный прирост в высоту и по диаметру за 5 лет до рубки и за последние 15-18 лет. Прирост в высоту измерялся по мутовкам или следам от почечных чешуй (Шмонов, 1976) с точностью до 0,5 см. Диаметр — по годичным кольцам, взятым на высоте 0,5 и 1,3 м от шейки корня, с точностью до 0,1 мм. Продолжительность жизни хвои учитывалась по ее сохранности на осевом и боковых побегах. Длина хвоинок измерялась с точностью до 1 мм.
По материалам проведенных ранее исследований (Бех, 1974) и контрольным участкам в расположенных рядом насаждениях установлено, что до рубки под пологом насчитывалось 4,2—5,8 тыс. шт./га подроста сосны, 1,4-2,2 кедра и менее 0,1 тыс. шт./га березы. После завершения всех лесозаготовительных операций на вырубке сохранилось 2,2- 3,7 тыс. шт./га сосны и 1—1,6 тыс. шт./га кедра. За последующие три года усохло в среднем 34% сосны. Отпад кедра составил 15,6%. Вырубленные площади повсеместно восстановились без выраженного этапа типа вырубки.
При обследовании 1984-1985 гг. на 1 га вырубки учтено в среднем 1 680 деревьев сосны диаметром более 6 см, в том числе старше 15 лет 1410 шт., и 12 берез. Количество кедра колебалось от 520 до 760 (в среднем 630) здоровых и 30-42 (в среднем 34) усохших и усыхающих экземпляров. Средняя высота сосны 7,7 м, средний диаметр 10,6 см, у березы соответственно 7,5 м и 11,6 см. Средняя высота сохранившихся кедров 7,1 м, средний диаметр 9,4 см. Все усохшие и усыхающие деревья кедра испытывали угнетение более сильное, чем развитые сосенки.
На вырубке сформировался кедрово-сосновый древостой с участием березы. Состав насаждения (2-4)К, (6-8)С, ед. Б, полнота 0,70-0,84, запас 82-110 м3/га, тип леса — кедровник мелкотравный. Под пологом учтено 4,6 тыс. шт./га самосева и 1,1 тыс. шт./га подроста сосны, в том числе в возрасте до 10 лет — 0,5 тыс. шт./га, 11-15 лет — 0,3 тыс. шт./га, 16-20 лет — 0,2 тыс. шт./га и старше 20 лет — 0,1 тыс. шт./га. Молодые сосенки продолжают заполнять свободные участки трелевочных волоков, просветы между кронами и выходить в основной ярус. В то же время часть осветленных сосенок, в основном поврежденных при лесозаготовках, осталась под пологом.
Подрост кедра встречается единично — 20-40 шт./га, преимущественно отдельными экземплярами, что указывает на его появление от случайно попавших семян. Высота подроста до 0,5 м, возраст до 10 лет, состояние вполне удовлетворительное. Только на трех пробных площадях отмечены 2-3-летние гнездовые всходы кедра в количестве 5-10 гнезд на гектаре, появившихся от семян, занесенных кедровкой.
Анализ возобновления на смежных территориях показал, что кедровка производила там свои посевы ежегодно. Это позволяет утверждать, что при небольших размерах вырубок и наличии рядом растущих насаждений, несмотря на отсутствие высокого травостоя и задернения почвы, кедровка предпочитает создавать кормовые запасы под пологом леса. Занос семян на вырубки она возобновляет после смыкания крон и формирования полога нового насаждения, при этом прячет орешки возле стволов наиболее крупных сосенок, в появившиеся дернины зеленых мхов.
За прошедшие после осветления 15 лет на каждом гектаре вырубки в среднем усохло 660 шт., или 50,8%, сохраненного при рубке подроста кедра и 1530 шт. (53,7%) сосны. Интенсивный отпад кедра наблюдался в первые 5 лет вследствие резкого изменения лесорастительных условий и полученных при рубках повреждений. При этом усыхали деревца всех размеров при значительном преобладании мелких экземпляров. Через 6-7 лет отпад практически прекращался и возобновлялся на 9-10-й год после того, как сосна обогнала в росте и начала угнетать кедр. От повторного угнетения в первую очередь усыхали высоковозрастные, отставшие в росте деревца, которые дольше других приспосабливались к условиям вырубок.
Основная часть соснового подроста погибла в первые 3-4 года после осветления. За этот период усохло более 90% сосенок выше 1 м и весь поврежденный мелкий подрост. В последующие годы отпад резко сократился и наблюдался только в густых куртинах в процессе естественного изреживания. Такая специфика отпада привела к тому, что средний возраст сосны к 1989 г. в сформировавшихся на вырубках молодняках составил 25 лет, а кедра — 45, хотя до рубки разница была незначительна. Новое насаждение сформировано кедрами, высота которых в период осветления превышала 1—1,5 м, и соснами из подроста высотой до 0,5 м и последующей генерации.
Изучая причины отставания в росте и повторного угнетения молодых деревьев кедра, авторы обратили внимание на часто встречающиеся поломки и смены вершинок (Бех, 1989). Были рассмотрены корреляции роста осевого и боковых побегов и на их основе выявлены достоверные показатели сокращения длины основной оси дерева и влияние поломок на потерю кедром господствующего положения в период формирования кедрово-сосновых молодняков.
Из учтенных на вырубках 1 912 кедров высотой от 3 до 8 м поломки отмечены у 1 453 экземпляров, из них у 803 кедров — два и более раза. Особенно широко поломки распространены на небольших по площади, защищенных от ветра вырубках. Под пологом леса смены вершинок выявлены у 6% подроста кедра. У сосны на вырубках и под пологом леса вершинки ломались менее чем у 1% деревьев.
Наблюдения и поставленные опыты показали, что вершинки обычно ломаются в конце зимы в периоды оттепелей и обильных снегопадов. У 62% деревьев осевые побеги повреждались у основания двухлетнего прироста, у 32% — трехлетнего и только у 6% деревьев ломались побеги старшего возраста. Формирование нового лидерного побега продолжалось 2-3 года. Сломанную вершину обычно заменяла одна из хорошо развитых, но не обязательно самая крупная боковая веточка, поэтому для сравнения использованы показатели прироста лидерного побега и среднего значения, соответствующих ему по возрасту 2-4 лучших боковых веточек.
При усыхании сохранившейся мутовки отмирает расположенный ниже годичный прирост и появившиеся на нем дорминантные побеги. Формирование лидерного побега из дорминантного отмечается крайне редко. Новый лидер обычно вырастает из одной или нескольких веточек следующей мутовки, формируя в последнем случае многовершинную крону. Поврежденный прирост в виде сухого стержня сохраняется до 10 и более лет, выявляет искривление стволика, а в будущем — заметный порок древесины. Четкой связи развития новых лидерных побегов со сторонами света не выявлено.
По данным анализа модельных деревьев средний прирост осевого побега за два последних года составил 27,3 см, прирост бокового побега первого года (средний из 3-4 измерений) — 14,1 см прирост бокового побега следующего года — 11,7 см. Разница в росте осевого и бокового побегов за первый год выразилась в 13,2 см, за второй — в 15,6 см. Учитывая, что при поломке осевого побега он заменяется 2-3-летней боковой веточкой, прирост которой в период перехода в ортотропное положение существенно не увеличивается 1-2 года, каждая поломка отрицательно влияет на рост главного побега в течение 3-5 лет. Приняв среднее значение за 4 года, можно утверждать, что однократная смена вершинки сокращает длину главной оси дерева на 0,5-0,6 м.
Как отмечалось выше, разница в средних высотах сосны и кедра в сформировавшихся на вырубках молодняках составила 0,6 м и более 76% кедров сменили в разное время вершины, в том числе 42% — два и более раза. На каждый молодой кедр приходится в среднем 1,2 поломки осевого побега, в результате которых средняя высота уменьшилась не менее чем на 0,7 м. Таким образом, именно поломки вершинок явились причиной отставания в росте и повторного угнетения части деревьев. Это подтверждается габитусами кедров, не испытавших поломок, высота которых не уступает высоте хорошо развитых сосен.
Адаптация основной массы кедрового подроста к условиям вырубок завершилась в течение 1-3 лет, в то время как на вырубках темнохвойных древостоев она продолжается 4-6 лет (Исаков, 1972; Костюченко, 1975). В первый год после осветления 42% кедров усилили рост в высоту на 20-60%. Около 50% деревьев снизили прирост, а у 36% он оставался ниже и на второй год. У сосны прирост уменьшился у всех деревьев и 2— 3 года не превышал показателей роста под пологом леса.
Средние значения годичного прироста в высоту за 15 лет на вырубках выше аналогичных показателей под пологом у кедра на 4,5 см, у сосны — на 15,5 см. В первые 5 лет кедр и сосна ежегодно росли лучше на 2,8 см, во вторые — кедр на 6,3 см и сосна на 15,5 см, в третьи соответственно на 4 см и 28,5 см. Таким образом, во втором пятилетии сосна резко увеличила прирост и росла лучше кедра в 2,5 раза, а в третьем — более чем в 7 раз. В то же время в третьем пятилетии кедр заметно снизил темпы роста в высоту, что явилось результатом угнетения части деревьев.
На общем фоне снижения изменчивости прироста с давностью рубки показатель варьирования для кедра под пологом леса и на вырубках за первое пятилетие значительно выше, а точность опыта, закономерно снижаясь, выходит за пределы 5%. Уменьшение коэффициента варьирования у подроста сосны объясняется более благоприятными условиями для развития данной породы. Различия средних значений по критерию Стьюдента (tкр. = 2,02) достоверны на 5%-ном уровне значимости, только за первые 5 лет различия в росте сосны на вырубках и под пологом леса ниже критического значения.
Прирост по диаметру большинства неповрежденных деревьев кедра и сосны повысился в первый год после осветления. В первом пятилетии кедр увеличил прирост в 2,1 раза и рос лучше жизнеспособного подроста под пологом леса в 1,3 раза. В дальнейшем абсолютное значение прироста несколько уменьшилось, хотя значительно превосходило показатели роста под пологом леса: во втором пятилетии в 1,6, в третьем — в 2 раза. Средний ежегодный прирост за 15 лет превысил контрольный в 1,6 раза. За годы, предшествующие рубке, ежегодное увеличение диаметров под пологом леса составило 1,74 мм, а у сохранившихся на вырубках деревьев — 1,95 мм. Это подтверждает сделанный ранее вывод о выживании на вырубке подроста высокой жизнеспособности.
Прирост сосны в первом пятилетии увеличился в 2,2 раза и был выше показателей роста под пологом леса на 26%. Во втором пятилетии превышение достигло 119%, в третьем — 139%. В первые пять лет сосна ежегодно росла лучше кедра на 0,28 мм, во вторые — на 1,21 мм и в третьи — на 1,37 мм. В среднем за 15 лет прирост сосны по диаметру превысил на 0,94 мм, или на 25%, прирост кедра.
За прошедшие после осветления годы прослеживается единая тенденция динамики роста по диаметру. С повышением возраста прирост под пологом леса снижается, а на вырубках у приспособившихся к новым условиям особей увеличивается. Абсолютные значения прироста отдельных деревьев и насаждений в целом определяются показателями их роста до осветления. Это подтверждается значительным коэффициентом корреляции между приростами по диаметру до и после рубки (r = 0,706 и 0,799).
Высокие значения варьирования и низкие точности опыта для большинства вырубок указывают на нестабильность роста молодого поколения и недостаточное количество обработанных моделей (n = 50). Расхождения средних значений на 5%-ном уровне значимости достоверны. Разница показателей сравниваемых пород подтверждает повышенную напряженность роста кедра в данных условиях.
Продолжительность жизни хвои у кедра на вырубке колеблется в пределах 3-5 лет на осевых побегах и 2-3 лет — на боковых. Средняя длина хвоинок (по 50 образцам) на осевых побегах на 0,6 см выше, чем на боковых. Под пологом леса хвоя сохраняется 5-6 лет на осевых и 2-3 года — на боковых. Длина хвоинок у кедра под пологом леса больше, чем на вырубках. На главном побеге разница составляет 0,52 см, на боковых веточках — 0,9 см. Меньшие размеры и продолжительность жизни на вырубке компенсируются более высокой ее массой. Вес хвои одного дерева на вырубке в 1,6-2,5 раза выше, чем под пологом леса.
Более заметны различия в продолжительности жизни и длине хвоинок у сосны. На вырубке зеленые хвоинки на осевых побегах сохраняются 4, редко 5 лет, а на контрольных деревьях хвоя в массовом количестве имеется на 5-6-летних побегах. Боковые веточки на вырубках удерживают хвою до 4 лет, а под пологом леса — 4—5 лет. Средняя длина хвоинок на вырубке выше. На осевых побегах разница достигает 1,56 см, на боковых — 1,4 см. Вес хвоинок сосенок одной высоты на вырубках больше в 1,5—2 раза, чем под пологом леса.
Накоплению массы хвои на вырубке способствует развитие дополнительных побегов. Под пологом леса количество боковых веточек в мутовке изменяется от 1 до 4, составляя в среднем 3,3, нередки случаи их полного отсутствия. На вырубке число боковых побегов повышается до 5-7, в среднем 4,6, а в местах поломок стволика и вторичного прироста — до 8-12. Мутовки без боковых веточек не встречаются. В среднем количество боковых побегов после осветления увеличивается на 39%.
Показатели статистической обработки данных вполне удовлетворительные. Коэффициент вариации не превышает 15%. Точность опыта в пределах 2%. Достоверность различий средних показателей на 5%-ном уровне выше критического значения.
Таким образом, после осветления кедрового подроста из-под полога соснового насаждения на южном пределе ареала кедра адаптация подроста к условиям вырубок проходила в течение 1-3 лет. В первые два года кедр рос лучше сосны. В дальнейшем сосна перегнала в росте и через 8-10 лет начала снова угнетать большую часть деревьев кедра. Для предотвращения отпада в этот период необходимо проводить рубки ухода за кедром — повторное осветление.
За прошедшие 15 лет усохло более 50% сохраненного при рубках подроста кедра, преимущественно мелких размеров, и около 54% в основном крупных сосенок. В господствующий полог вышли жизнеспособные экземпляры кедра, высота которых в период рубки превышала 1 м, а также мелкий подрост и частично последующее возобновление сосны. На вырубках сформировались кедрово-сосновые молодняки с небольшой примесью березы. Без проведения рубок ухода за кедром существует реальная опасность перехода кедра в подчиненное положение.
Одной из причин повторного угнетения кедра являются поломки вершинок от навалов снега. Одновременно со снижением высоты дерева поломки вершинок способствуют формированию густой кроны с большим числом женских побегов и ускоренному вступлению кедра в фазу плодоношения. Первые шишки появляются на хорошо освещенных деревьях, неоднократно сменивших вершины. Несмотря на поломки вершинок, рубки по осветлению кедра остаются достаточно перспективными, позволяют формировать рано и хорошо плодоносящие кедровые насаждения. Для предотвращения повторного угнетения кедра в сформировавшихся на вырубках молодняках необходимо своевременно назначать и проводить лесоводственные уходы.
Наличие до рубки под пологом леса 1,4-2,2 тыс. шт./га кедрового подроста при отсутствии дополнительных посадок кедра не обеспечило формирования сомкнутых кедровых молодняков. Такого количества предварительного возобновления достаточно для создания постоянных лесосеменных участков или редкостойных кедровых насаждений паркового типа. Поэтому осветление кедрового подроста из-под полога сосновых насаждений на южной границе ареала кедра можно рекомендовать только с целью формирования таких насаждений.