Закономерности роста, продуктивность и нормативы таксации насаждений ивы в таежной зоне на северо-востоке Европейского Севера

ГЛАВА 1. ЕСТЕСТВЕННО – ИСТОРИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ
Изучение ивовых насаждений проходило в таежной зоне на северо-востоке Европейского Севера в районе 60 ̊38’ – 81 ̊52’ северной широты и 35 ̊19’ – 69 ̊11’ восточной долготы, с суммарной площадью 587,4 тысячи квадратных километров. (Лесной план…, 2018).
Район исследования находится в северной части Восточно-Европейской равнины (Русской равнины) (Агроклиматический справочник …, 1961), а также располагается в 3-х климатических поясах: 1) арктический (территория архипелага Земля Франца-Иосифа и острова Северный на Новой Земле); 2) субарктический (территория острова Юный на Новой Земле и Ненецкого автономного округа); 3) умеренный (атлантико-арктическая область). Рельеф сформирован множественными рельефообразующими процессами.
Данная территория, без северных её районов, относится к зоне достаточного увлажнения. Северные районы относятся к зоне избыточного увлажнения. (Поморская энциклопедия…, 2007).
В исследуемом районе находится огромное количество запасов водных ресурсов, среди которых около 72 тысяч рек и ручьёв с суммарной протяжённостью превышающей 260 тысяч километров, а также более 2500 озёр, суммарная площадь поверхности которых свыше 500 тысяч гектар. Помимо этого имеется множество болот, ледников и многолетней мерзлоты. Так же было разведано много крупных запасов подземных вод. Данная область омывается Белым, Баренцевым и Карским морями, которые принадлежат к бассейну Северного Ледовитого океана (Поморская энциклопедия…, 2007).
Из-за различного соотношения климата и рельефа, почвообразующих пород с соответствующей растительностью, почвы с почвенными ресурсами изучаемой области довольно разнообразны (Варфоломеев, Цымбалюк, 2005; Горячкин, 2010).
В целом в средней и северной подзоне тайги складываются благоприятные условия для успешного роста и распространения такой древесной породы как ива.
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
При сборе полевых материалов закладывали временные пробные площади и проводили повторные перечеты на постоянных пробных площадях. Проводится сплошной перечет деревьев по породам. Измеряются диаметры деревьев в двух взаимно перпендикулярных направлениях (С-Ю и З-В) на высоте 1,3 м от шейки корня. Высоту груди отмеряют специально приготовленной меркой. Диаметры ствола замеряют с точностью до 0,1 см по двум направлениям, находят среднее значение, по нему определяют площадь сечения дерева. Во избежание повторного измерения дерева, каждое дерево маркировали мелом. Высоты измеряют высотомером у 10-15 модельных деревьев для каждой породы разной толщины.
Сбор полевого материала по данной работе проводился в 2018 – 2020 гг. на 53 пробных площадях, заложенных в Приморском, Вельском, Шенкурском, Плесецком и Верхнетоемском районах Архангельской области в период с мая по сентябрь. Для этого подбирали участки, в которых в составе не менее 3 единиц ивы древовидной или она является преобладающей породой на территории лесничеств Архангельской области.
Пробные площади закладывают с учетом ОСТ 56-69-83 «Площади пробные лесоустроительные».
Подрост и самосев под пологом леса учитывался на лентах шириной 2 м по двум длинным сторонам и посередине пробы. При учете подрост классифицировался по породам, категориям крупности, жизнеспособности и характеру размещения его по территории.
При учете подлеска устанавливали видовой состав и характер размещения его в древостое.
Для изучения хода роста, продуктивности и товарности насаждений ивы древовидной срубали модельные деревья. Рубка модельных деревьев проводилась на каждой заложенной пробной площади. Количество моделей, срубаемых на пробной площади 1-2 шт. У срубленных деревьев рулеткой определяли длину. Затем модельное дерево разбивали на секции относительной длины. У модельных деревьев обмеряли диаметры в коре и без коры, число слоев на срезах 0,1 высоты
дерева и на 1,3 м. Кроме диаметров в бланке указывали расстояние до живого и мертвого сучка, наличие гнилей, грибов и других пороков древесины (ГОСТ 2140- 81. Видимые пороки древесины, 1981). Измеряли количество сучков их диаметр и протяженность. После исследования модельное дерево аккуратно укладывали, чтобы не ухудшать санитарно-эстетическую ситуацию в насаждении.
После закладки пробных площадей производили первичную обработку полевых материалов, которая заключается в вычислении таксационной характеристики древостоя. При обработке использовали методические и теоретические рекомендации (Анучин, 1982; Гусев, 2002; Верхунов, Черных, 2007).
ГЛАВА 3. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
Анализ литературных источников и интернет сайтов показывает, что в разных странах, в том числе и в России постоянно растет интерес к выращиванию быстрорастущей ивы в качестве сырья для ЦБП и в качестве биотоплива (щепы, брикетов, пеллет) для биоэнергетики.
По данным государственного лесного реестра ива древовидная произрастает на площади 5,3 тыс. га. Кустарниковая форма ивы, по экспертным оценкам тоже имеет широкое распространение, но в большинстве случаев она не таксируется как насаждение и отнесена к пескам, водно-болотным участкам, защитным полосам дорог и т.д.
В таблице 1 приведена статистика изменения площади произрастания ивы древовидной из лесного плана Архангельской области по данным учета с 1966 по 2020 годы.
Таблица 1. Статистика изменения площади произрастания ивы древовидной на
территории Архангельской области (Лесной план Архангельской области, 2018) Годы учета 1966 1978 1988 1998 2008 2009 2010 2020
S ивы древовидной, га 0,1 0,3 0,4 0,4 4,2 5,9 5,6 5,3
В таблице 1 наблюдается существенное увеличение площади произрастания ивы до 2008 г. Это связано с передачей в состав лесного фонда бывших сельских лесов, часть которых представлена насаждениями ивы древовидной. В период с 2009 по 2020 гг. площади, занятые насаждениями ивы, несколько сократились, так как недолговечную иву сменили более долговечные хвойные и лиственные породы. Проведен анализ лесотаксационных нормативов по насаждениям с преобладанием и участием ивы на северо-востоке европейской части Российской Федерации. Установлено, что в «Лесотаксационном справочнике для северо-запада европейской части России, Лесотаксационном справочнике для северо-востока Российской Федерации (2012), и «Общесоюзных нормативов для таксации лесов»
(1992) отсутствуют нормативы для таксации ивовых насаждений.
На данный момент проведено описание свыше 500 видов ивы рода (Salix L.). Из них в России насчитывается около 130 видов. (Скворцов, 1968, 1981; Анциферов, 1984; Беляева, 1987, 1994, 1998, 2000, 2002, 2006; Афонин, 2006; Петрук, 2007; Гашева, 2010; Мазуренко, 2010; Нешатаева В.Ю., Нешатаев В.Ю., 2018; Нешатаева В.Ю., Нешатаев В.Ю. и др, 2018; Plaisance, 1980; Argus, 1997). В Архангельской области имеются большие площади земель с избыточным увлажнением, на которых встречается примерно 30 видов ивы, растущих в таких условиях наиболее продуктивно. Сельское хозяйство считается на таких землях нецелесообразным. Многие из них могут быть использованы при плантационном выращивании на бывших сельскохозяйственных землях (Демидова, Дуркина, 2012;

Теплякова, 2012; Скворцов, 1968). Ива произрастает практически везде, кроме Антарктики. В основном ива имеет следующие экологические свойства: светолюбие, влаголюбие и способность очень быстро заселить вновь образующиеся субстраты (Скворцов, 1968; Кашапов и др., 1977; Plaisance, 1980; Гетманец, 2010). Выделяют 2 экологические группы: аллювиальные виды и неаллювиальные виды.
При широком видовом разнообразии различается хозяйственное значение ивы. Например, используя побеги ивы, можно изготовить различные плетёные изделия и мебель. Спрос на данную продукцию из плетёных изделий очень высок (Прилепко, 1989; Максименко и др., 1990; Максименко, 2002; Зиновьева, 2004).
Из коры ивы можно получить дубильные экстракты, очень высокого качества, у которых не имеется схожих синтетических аналогов (Керн, 1932; Шлыков, 1932; Сукачев, 1934; Сидоров, 1978; Анциферов и др., 1983; Смалюкас, 1985; Саутин, Райко, Воробьев, 1986; Чумаков, Горобец, 1986; Чумаков, 1989; Горобец, 1992; Plaisance, 1980). Помимо этого из ивового корья получают волокнистую массу красящих и лекарственных веществ, которая используется как наполнитель для производства строительных материалов. Кору ивы можно использовать в качестве топлива (Керн, 1925; Правдин, 1952; Дончев, Иосифов, 1986; Plaisance, 1980; Thill, 1984; Сергеев, 2013).
Древесина мягколиственных пород, в том числе и ивы, в наше время мало используется в производстве. В то же время древесина ивы наиболее перспективна для создания лесосырьевых плантаций, так как она имеет более высокую биологическую продуктивность, помимо этого ива в отличие от тополя способна расти в более различных почвенно-гидрологических диапазонах (Перелыгин, 1952). Многие авторы отмечают перспективность использования древесины ивы как сырьё для ЦБП (Ростовцев, 1964; Гойер, 1965; Левицкий, 1965; Анциферов, 1965, 1966, 1984; Косиченко, 1975; Саутин, Райко, Воробьев, 1986; Цанов, 1976; Tyszkiewicz, 1972). В местах, где леса очень мало, древесину ивы используют для построек, различных хозяйственных поделок, получения пиломатериалов, древесностружечных и древесноволокнистых плит, клееной древесины, упаковочных материалов, белковых субстратов (Керн, 1925; Децик, 1962; Plaisance, 1980; Otto, 1989). Ивовые листья очень хорошо используются в качестве пищи дикими животными (Конобеев, 1980; Анциферов, 1984; Будниченко, 1985; Саутин и др., 1986; Горобец, 1990, 2000). В листьях ивы находится много лекарственных соединений (Устюжанин, 1984; Шелюто и др., 1984). У большого количества видов ивы происходит раннее и обильное цветение, благодаря этому она очень востребована в пчеловодстве. У ивы в соцветиях с плодами находятся лекарственные компоненты (Кузьмичева, 2012; Петрук, 2012). На днищах фитофильтров, которые служат для очищения поверхностных сточных вод, посадка ивы поспособствует более высокой пропускной способности фильтрующей загрузки (Щукин, Авдеева, Галкина и др., 2014). При озеленении используют как натуральные, так и искусственно выведенные декоративные формы ивы (Шабуров, 1977; Старова, 1980; Анциферов, 1984; Беляева, Шабуров, Дьяченко, 1998).
При создании лесных плантаций ивы, произойдет много положительных моментов, таких как быстрое выращивание фитомассы, так и освоение и рекультивация нарушенных земель (Мартынова, Тохтарь, 2011). Плантации ивы можно использовать в роли фиторемедианта почв, которые загрязнены тяжелыми металлами (Федорец, Бахмет, 2014).
Благодаря многолетней работе О.И. Родькин и С.К. Пронько выявили, что плантации ивы дают достаточный урожай в условиях низкоплодородных выработанных торфяников. Так же ими было установлено, что в древесине ивы не накапливается радиоактивный цезий выше допустимого уровня его содержания (Родькин, Пронько, 2014).
ГЛАВА 4. НОРМАТИВЫ ТАКСАЦИИ ИВЫ
При проведении исследований чаще всего встречались растения по видовому составу отнесенные к иве козьей (Salix carpea L.) и иве северной (Salix borealis Fries.), реже иве трёхтычинковой (Salix triandra L.), в большинстве случаев отмечались гибриды этих видов.
4.1 Таблицы объёмов стволов по диаметру и высоте ивы древовидной
Форму стволов ивы изучали по 158 модельным деревьям с использованием старого видового числа. Для составления таблиц объемов стволов по диаметру и высоте были использованы выявленные закономерности связи видовой высоты с высотой ствола и объем ствола определяли по формуле (1):
VД2 (1,61310,3545H), (1) 40000
где: H – высота ствола, м.; Д – диаметр на высоте 1,3 м, см.
Ниже приведен фрагмент таблицы объемов стволов по диаметру и высоте ивы древовидной (таблица 2).
Таблица 2. Таблица объемов стволов по диаметру и высоте ивы древовидной. Применение: в северо-таежном и среднетаежном лесотаксационных подрайонах
Диаметр
Высота, м
2 4 6 8 10 12 14 16 18
на 1.3 см
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
14
16
18
19
20
21
22
м,
0,00018 – – – 0,00073 0,00095 – – 0,00164 0,00214 – – 0,00292 0,00381 0,00470 –
– –
– –
– –
– –
– –
– – 0,01985 0,02258 0,02593 0,02949 0,03281 0,03732 0,04051 0,04608 0,05834 0,06636 0,07940 0,09032 0,10371 0,11796 0,13126 0,14930 0,14625 0,16635 0,16205 0,18432
– – – – – – – – – – – –
0,02531 – 0,03306 – 0,04184 0,04635 0,05165 0,05722 0,07437 0,08239 0,10123 0,11215 0,13222 0,14648 0,16734 0,18538 0,18645 0,20655 0,20659 0,22887 0,22777 0,25233 0,24998 0,27693
–
–
–
–
–
–
–
– 0,05086 0,06279 0,09041 0,12306 0,16073 0,20342 0,22666 0,25114 0,27688 0,30388
– 0,00595 0,00734 –
– 0,00857 0,01057 0,01258
– 0,01167 0,01439 0,01712
– 0,01524 0,01880 0,02236
– – 0,02379 0,02830
– – 0,02937 0,03494
– – 0,04230 0,05032
– – – 0,06849
– – – 0,08945
– – – –
– – – –
– – – –
– – – — 0,20321
– – – — 0,22303
4.2. Таблицы объемов стволов по разрядам высот ивы древовидной
При составлении разрядных объёмных таблиц использовалась методика И.И. Гусева (Гусев, 1971). Таблицы могут использоваться для расчёта запаса древесины и могут быть востребованными в производственной практике (Анучин, 1982; Анциферов, 1984; Верхунов, Черных, 2007).
Значения объемов стволов ивы древовидной (V) по разрядам высот вычисляли по формуле (2):
V    Д2 Hf1,3    Д2 (0,35451,6131H) , (2)
где: Hf1,3 – видовая высота, м; H – высота ствола, м; Д – диаметр на высоте 1,3 м, см.
Вычисленные значения приведены в «Таблице объемов стволов ивы древовидной по разрядам высот» (таблица 3).
Таблица 3. Объемы стволов по разрядам высот ивы древовидной. Применение: в
40000 40000
северо-таежном и среднетаежном лесотаксационных подрайонах
Разряд высот Ступень толщины
4 9,7
8 13,0 12 15,0 16 16,4 20 17,5 24 18,3 28 19,1
1234
Высота
Объем Высота
0,0065 7,8 0,0329 10,4 0,0830 12,0 0,1589 13,1 0,2620 14,0 0,3935 14,7 0,5542 15,3
Объем Высота
0,0055 5,8 0,0276 7,8 0,0692 9,0 0,1321 9,8 0,2174 10,5 0,3261 11,0 0,4587 11,5
Объем Высота
0,0045 3,9 0,0222 5,2 0,0554 6,0 0,1053 6,6 0,1728 7,0 0,2586 7,3 0,3632 7,6
Объем
0,0035 0,0169 0,0416 0,0786 0,1283 0,1912 0,2677
Разработанные таблицы объемов стволов по разрядам высот ивы древовидной позволяют проводить более точные лесоучётные работы.
4.3 Всеобщая модель объема ствола ивы (род Salix l.): мета-анализ
Работа была проведена совместно с коллегами из Уральского ботанического сада УрО РАН. Цель данного исследования состояла в разработке унифицированной регрессионной модели объема ствола ивы (род Salix) посредством мета-анализа ранее опубликованных и «регенерированных» псевдо- данных, связанных с таксационным диаметром и высотой дерева.
В данный мета-анализ включены данные шести двухвходовых таблиц объема стволов и одной регрессионной двухфакторной модели (таблица 4). Таблица 4. Характеристика опубликованных исходных данных объема ствола ивы*, включенных в мета-анализ (Усольцев, Парамонов и др., 2021)
Форма представления данных
Таблица
Таблица
Дополненная таблица
Таблица
Дополненная таблица Таблица Уравнение
Диапазоны:
No
2
4
6
Страна или регион
Северо-Запад РФ
Казахстан, пойма р. Урал (1) Казахстан, пойма р. Урал (2) Казахстан, пойма р. Иртыш (1) Казахстан, пойма р. Иртыш (2) Болгария Норвегия
Источник
Парамонов, Третьяков, Коптев, 2020
Токмурзин, 1980
Гурский, Токмурзин, 1987 Макаренко, Колтунова, 1980 Колтунова, Макаренко, 1987 Недялков, Цанов, 2004 Braastad, 1966
диаметра на высоте груди, см
1-22
8-40
8-48
8-80
8-80
4-50
5 и выше
высоты дерева, м
2-18
6-20
6-23
12-27
12-27
13-27 –
7
* Видовая принадлежность ив в большинстве публикаций была не указана.
На основе техники мета-анализа, была разработана таблица для определения объемов стволов ивы (род Salix) по их высоте и диаметру на высоте груди. Данная таблица характеризуется незначительными отклонениями объемов (около 2 %) от региональных значений и её можно использовать для таксации ивовых насаждений на территории России (Таблица 5).
Таблица 5. Таблица для определения объема ствола в коре ивы (род Salix) по
высоте и диаметру ствола на высоте груди (Усольцев, Парамонов и др., 2021)
D, см
Н, м
4 8 12 16 20 24 28
2 0,00104 – – – – 4 0,00375 0,00600 – – – 6 0,00795 0,0130 0,0173 —
– – – – – – – – – –
0,110 – 0,149 0,168 0,194 0,218 0,244 0,275 0,301 0,339 0,363 0,410 0,431 0,486 0,504 0,570 0,583 0,660 0,668 0,756 0,758 0,859 0,854 0,969 0,956 1,085 1,063 1,207 1,176 1,336 1,295 1,471 1,419 1,613 1,549 1,761 1,684 1,916 1,825 2,077
8 0,0136 0,0224 0,0300 0,0370 10 – 0,0342 0,0461 0,0570 12 – 0,0483 0,0655 0,0812 14 – 0,0648 0,0881 0,110 16 – 0,0835 0,114 0,142 18 – 0,104 0,143 0,179 20 – 0,128 0,175 0,219 22 – – 0,210 0,264 24 – – 0,249 0,312 26 – – 0,290 0,365 28 – – 0,334 0,421 30 – – 0,382 0,482 32 – – 0,432 0,546 34 – – 0,486 0,614 36 – – 0,542 0,686 38 – – 0,602 0,762 40 – – 0,664 0,842 42 – – – 0,926 44 – – – 1,013 46 – – – 1,105 48 – – – 1,200 50 – – – –
– 0,0672 0,0960 0,130 0,169 0,212 0,261 0,314 0,373 0,436 0,504 0,577 0,654 0,737 0,824 0,916 1,012 1,114 1,220 1,331 1,446 1,566
4.4 Таблицы перехода от диаметра на пне к диаметру на высоте груди ивы древовидной
Для ивы такие таблицы ранее не составлялись. Для составления таблиц в полевой сезон 2018 г. были обмеряны 98 деревьев ивы древовидной на высотах 0 м, 0,1 м, 0,2 м, 0,3 м, 0,5 м, 1,0 м и 1,3 м. С помощью определителя ив (Морозов, 1966) было установлено, что на пробной площади произрастала ива северная (Salix borealis Fries).
В камеральных условиях на основании полевых материалов был построен график зависимости диаметра пня ивы при его разной высоте (0 см, 10 см, 20 см, 50 см, 1м, 1,3 м) от ступеней толщины (рисунок 1) и график зависимости диаметра ивы на высоте груди, от диаметра пня при его разной высоте (0см, 10 см, 20 см, 50 см, 1м).
30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10
8 6 4 2 0
0 см 10 см 20 см 50 см 1м
0 5 10 15 20 25 30 35 40 1,3м Диаметр пня, см
Рисунок 1. Зависимость диаметра пня ивы при его разной высоте (0 см, 10 см, 20 см, 50 см, 1м, 1,3 м) от ступеней толщины
Ступень толщины
По данным графиков, составлялись таблицы нормативов перехода от диаметра пня к диаметру на высоте груди (таблица 6, 7, 8). Различные варианты входных и выходных данных позволяют более гибко использовать установленные закономерности.
Таблица 6. Диаметр ствола на высоте 1,3 м в зависимости от диаметра пня
Д 1,3
Диаметры пня, см при его высоте, см
0 10 20 50 100
4 3,3 2,5 2,2 6 6,5 5,6 5,1 8 9,8 8,6 8,0 10 13,0 11,7 11,0 12 16,2 14,7 13,9 14 19,5 17,8 16,8 16 22,7 20,8 19,7 18 26,0 23,9 22,6 20 29,2 26,9 25,5 22 32,4 29,9 28,5 24 35,6 33,0 31,4 26 38,9 36,0 34,3 28 42,1 39,1 37,2
3,9 3,7 6,1 5,9 8,4 8,0 10,6 10,1 12,9 12,2 15,2 14,4 17,4 16,5 19,7 18,6 21,9 20,7 24,2 22,8 26,4 25,0 28,7 27,1 31,0 29,2
Другой вариант таблицы для определения диаметра ствола на высоте 1,3 м в зависимости от диаметра пня представлен в таблице 7.
Таблица 7. Диаметры деревьев ивы на высоте 1,3 м, в зависимости от диаметра пня
Диаметр на высоте груди, см при высоте пня, см
см 0 10 20 50 100
Диаметр пня,
2 0,4 1,2 4 2,0 2,9 6 3,6 4,5 8 5,1 6,2
10 6,7 7,8 12 8,3 9,5 14 9,9 11,1 16 11,5 12,8 18 13,1 14,4 20 14,7 16,1 22 16,3 17,7 24 17,8 19,4 26 19,5 21,0 28 21,1 22,6 30 22,6 24,3 32 24,2 25,9 34 25,8 27,6 36 27,4 29,2
1,6 1,3 1,6 3,3 3,3 3,6 5,0 5,2 5,6 6,7 7,1 7,6 8,4 9,0 9,6 10,1 11,0 11,6 11,8 12,9 13,6 13,5 14,8 15,6 15,2 16,7 17,6 16,9 18,7 19,6 18,7 20,6 21,6 20,4 22,5 23,6 22,1 24,4 25,6 23,8 26,4 27,6 25,5 28,3 29,6 27,2 30,2 31,6 28,9 32,1 33,6 30,6 34,1 35,6
Для удобства работы предлагается 3 вариант таблицы перехода диаметра на
пне к диаметру на высоте 1,3 м в зависимости от высоты пня (таблица 8).
Таблица 8. Диаметр пня при диаметре на высоте 1,3 м
Высота Диаметр пня при диаметре на высоте 1,3 м, см
пня,см 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40
0 6,6
0,1 5,4
0,2 5,0
0,3 4,8
0,5 4,4
1 4,2
11,5 16,4 21,3 10,1 14,9 19,6 9,5 14,0 18,5 8,9 13,1 17,2 8,4 12,4 16,4 8,2 12,2 16,2
26,2 31,2 24,3 29,1 23,1 27,6 21,4 25,5 20,4 24,4 20,2 24,2
36,1 41,0 45,9 50,8 33,8 38,5 43,3 48,0 32,1 36,6 41,2 45,7 29,7 33,8 38,0 42,1 28,4 32,4 36,4 40,4 28,1 32,0 36,0 40,0

Чтобы получать данные, которые находятся за пределами предоставленных таблиц, с помощью рассчитанных графиков были получены уравнения связи диаметра ивы на высоте груди с диаметром пня на различных высотах.
Данные таблицы нормативов перехода от диаметра пня к диаметру на высоте груди можно использовать в местах, где установить таксационный диаметр ивового древостоя невозможно, например: установить диаметр уже срубленного дерева, которое было вывезено с лесосеки. В данной ситуации только диаметр пня будет единственным доступным для измерения показателем.
4.5 Закономерности роста по высоте, диаметру и объему в таежной зоне Европейского Севера России по классам бонитета
Для составления таблиц хода роста применялся метод «ЦНИИЛХ» (ныне «СПбНИИЛХ»). В результате проведенных исследований, для таблиц хода роста были получены уравнения для определения средней высоты, диаметра и запаса насаждений по классам бонитета (таблица 9).
Таблица 9. Уравнения для таблиц хода роста ивы древовидной
Класс No п/п бонитета
1 I 2 II
3 III 4 IV 5 V
6 I
7 II
8 III
9 IV 10 V
11 I 12 II 13 III
Уравнение Средняя высота древостоя, м
Диапазон возраста, лет*
0,112567,8627,722A1,18097
67,86  A1,18097 5–45
0,190,9442,9A0,9826
90,94  A0,9826 5–55
10–80 10–80
0,0453,627,2A1,1895
D  53,6  A1,1895 5–45
0,73167  21,48 A1,4925
D  167  A1,4925 5–55
0,05581,1518,07A1,2327
D  81,15 A1,2327 5–65
H 
H 
 0,09 122  37,2  A1,0375
122  A1,0375 5–65
H 
H  143,7  A1,1276
0,15143,727,5A1,1276 0 , 3  2 0 8 6  1 1, 7 8 9  A 2 , 1 5 1 6
H  2086  A2,1516 Средний диаметр древостоя, см
0,53314,312,58 A1,6376 D  314,3 A1,6376
D  8,725  8,129  exp(0,000408  A2,1207) Запас древостоя, м3
10–80 10–80
M 213,62211exp(0,0009244A2,282) 5–45
M 208,69204exp(0,0003029A2,3933) 5–55
M 3,2790,30107A0,163312A2 0,00192A3 5–65
14 IV 15 V
M  11.6831.7572 A
1  0.0241289  A  0.00030095  A2 M  6,220,8684A
10–80
10–80 Примечания. А – средний возраст насаждения, лет; * – уравнение работает в данном возрастном диапазоне.
1  0,026684  A  0,0003015  A2

В результате проведенных исследований была разработана таблица хода роста нормальных ивовых древостоев таёжной зоны северо-востока европейской части России по классам бонитета (таблица 10).
Таблица 10. Ход роста нормальных ивовых древостоев таёжной зоны северо- востока европейской части России по классам бонитета
Возраст, лет
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Средний Число Средняя диаметр, деревьев,
Среднее видовое число
Сумма площадей сечений, м2/га
Запас стволовой древесины в коре, м3/га
Изменение запаса, м3/га
высота, м см шт./га
2,4 3,0 5857 5,0 6,1 3719 7,3 8,6 3221 9,2 10,8 2786
11,0 12,5 2412 12,4 14,0 2050 13,7 15,3 1715 14,8 16,3 1470 15,7 17,2 1275
среднее
1,027 4,1 10,2 2,04 –
текущее
I класс бонитета
0,677 10,9 0,575 18,7 0,530 25,5 0,501 29,6 0,485 31,6 0,472 31,5 0,463 30,7 0,457 29,6
36,8 3,68 5,32
78,6 5,24 8,36 124,4 6,22 9,16 163,2 6,53 7,76 189,6 6,32 5,28 204,0 5,83 2,88 210,4 5,26 1,28 212,7 4,73 0,46
Таблицы хода роста нормальных ивовых древостоев таёжной зоны северо- востока европейской части России составлены для I –V классов бонитета. Их можно использовать для определения: 1) относительной полноты древостоев по возрасту и классу бонитета; 2) запаса фактического древостоя по классу возраста, бонитету и полноте; 3) возраста естественной спелости насаждения; 4) возраста количественной спелости насаждения; 5) интенсивности выборочных рубок насаждения; 6) возраста проведения рубок ухода в насаждениях.
4.6 Определение возраста количественной спелости и предполагаемые объемы получаемой древесной массы в расчете на год
По данным таблицы 10 были построены графики определения возраста количественной спелости ивы по классам бонитета. В результате полученных данных с графиков, была разработана сводная таблица спелостей ивы по классам бонитета. С помощью сводной таблицы спелостей была построена таблица, дающая возможность определять периодичность расчистки ивовых древостоев с учетом возраста, бонитета и биологической спелости с предполагаемыми объемами получаемой древесной массы с 1 га в расчете на год (Таблица 11).
Таблица 11. Предполагаемые объемы получаемой древесной массы с 1 га в расчете
на год при расчистке ивовых древостоев с учетом возраста, бонитета и
биологической спелости 1 Бонитет
2 Бонитет Возрас Объе т, лет м, м3
3 Бонитет Возрас Объе т, лет м, м3
4 Бонитет Возрас Объе т, лет м, м3
5 Бонитет Возрас Объе т, лет м, м3
Спелости
Количественна я
Возра Объе ст, лет м, м3
25 168 43 206 41 154 45 129 46 82,0
4.7 Исследование компонентов фитомассы древостоев ивы древовидной
Благодаря такой базе, можно разрабатывать региональные, имитационные и статистические модели для расчёта фитомассы как отдельного дерева, так и древостоев, а также отдельных фракций деревьев в статистике и динамике, что в дальнейшем послужит фундаментом для разработки региональных нормативов, с помощью которых появится возможность дать оценку фитомассы ивовых лесов, как для отдельных таксационных выделов, так и для лесорастительных районов и региона в целом.
Было собрано 53 модельных деревьев, возраст которых составлял от 15 до 65 лет из разных ступеней толщины от 6 до 16 см. В результате собранных и обработанных материалов был разработан график среднего распределения абсолютно сухой массы древесины, коры, веток и листьев по секциям 0,1H (Рисунок 2).
4,5 Древесина 4
3,5 3 2,5 2 1,5
Древесина в коре
1 Древесина в коре
0,5 0
с ветками
Древесина в коре с ветками и листьями
Рисунок 2. Среднее распределение абсолютно сухой массы древесины, коры, веток и листьев по секциям 0,1H, взятым на относительных высотах ствола
Средне содержание абсолютно сухой массы в древесине, коре, ветках без коры, коре веток и листьях модельных деревьев по секциям 0,1H в процентах от общей абсолютно сухой массы дерева приведено в таблице 12.
Таблица 12. Содержание средней абсолютно сухой массы фракции ивы древовидной по секциям в процентах от общей абсолютно сухой массы дерева
Секции
Древес ина
0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,3
0,3-0,4 0,4-0,5 0,5-0,6 0,6-0,7 Средний процент, %
0,7-0,8 0,8-0,9 Верш
1,4 0,6 0,2 0,5 0,2 0,1
2,4 0,8 0,2
0,8 0,3 0,1
16,4 12,9 11,6 8,5
6,0 4,0 3,2 1,3 1,0 0,8
2,0 3,4 3,6
карбоновых полигонов подобные исследования будут особенно актуальны.
4.8 Исследование эффективности энергетического использования ивы
Исследование эффективности энергетического использования ивы проводились совместно с коллегами из Учебно-научного центра энергетических инноваций САФУ имени М.В. Ломоносова (Lyubov et al, 2021).
В таблице 13 представлен в процентах элементный химический состав древесины, коры и золы ивы на сухую массу.
Кора 2,4 1,9 2,0 1,6 Ветки
без 1,1 0 2,7 5,3 коры
0,3 0 0,5 1,5
0,1 0,1 0,4 0,7 Результаты исследования структуры могут применяться лесоустройством при
Кора веток Листья
0,3 1,1 1,3 0,7 0,5 0,7
0,5 0,4 0,2 абсолютно сухой наземной фитомассы оценке и планировании заготовки и переработки различных компонентов, составлении проектов организации и использования вторичных лесных материалов. В условиях изменения климата важно знать процессы накопления и депонирования углерода. При создании
0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,3 0,3-0,4 0,4-0,5 0,5-0,6 0,6-0,7 0,7-0,8 0,8-0,9 Верш
Вес, кг
Таблица 13. Элементный состав древесины и коры ивы и ее золы в сухой массе, %
Показатели
барий стронций цинк медь железо марганец титан кальций калий сера фосфор кремний алюминий магний рубидий свинец углерод азот водород кислород
Древесина ивы –
–
0.003 0.004 0.031 0.002 0.001 0.126 0.061 0.026 0.041 0.009 0.011 0.047
–
0.001 47.66
0.39
8.05
43.6
Испытуемые образцы Кора ивы
0.001
0.003
0.028
0.003
0.013
0.016
0.001
1.05
0.315
0.067
0.097
0.017
0.027
0.126
–
0.001
48.13
0.37
8.00
41.7
Зола ивы 0.085 0.143 0.198 0.039 1.35 0.288 0.083 30.3 11.6 1.26 4.76 4.37 0.684 6.43 0.020 0.001 0.743
–
– 37.7
Комплексное энергетическое обследование показало, что энергетическая эффективность древесины ивы с корой имеет более высокую низшую теплоту сгорания на горючую массу, чем древесина без коры. Содержание летучих веществ больше у щепы из древесины ивы. Сжигание щепы ивы является достаточно энергетически эффективным.
4.9 Исследование образцов целлюлозы и бумаги из древесины ивы
В лабораторных условиях были смоделированы и проведены серии варок ивовой щепы, подготовленной вручную, на производственном белом щелоке. Варки проводились в автоматизированной автоклавной системе CAS 420, предназначенной для моделирования в лабораторных сульфитных и сульфатных процессов делигнификации целлюлозосодержащего сырья.
В результате проделанной работы можно сделать следующие выводы: 1) целлюлоза ивы древовидной характеризуется невысоким выходом сортированной целлюлозы при нормальной степени делигнификации (число Каппа 18…20); 2) идентифицирующий элемент древесины ивы древовидной – сетчатая структура на поверхности волокна; 3) в древесине ивы древовидной было выявлено большое количество поверхностной смолы, экстрактивных веществ; 4) структурно- размерные характеристики волокон ивы древовидной характеризуются более низкой длиной, по сравнению с древесиной осины и березы; 5) уровень показателей механической прочности, полученного образца ивовой целлюлозы, соответствует уровню показателей целлюлозы из смеси березовой и осиной древесины, что свидетельствует о возможности использования исследуемого сырья – ивовой древесины – для малотоннажного производства бумаг различного назначения. Исследования в данном направлении проводилась совместно с коллегами из инновационно-технологического центра «Современные технологии переработки биоресурсов Севера» САФУ имени М.В. Ломоносова.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЕДЕНИЮ ХОЗЯЙСТВА В НАСАЖДЕНИЯХ С ПРЕОБЛАДАНИЕМ И УЧАСТИЕМ ИВЫ ДРЕВОВИДНОЙ
Ведение хозяйства на зонально-типологической основе является научно- обоснованной и в значительной степени, используемой при проектировании лесопользования на Европейском Севере Российской Федерации (Система лесного хозяйства на зонально-типологической основе, 1984). Система разработана в Северном научно-исследовательском институте лесного хозяйства (ранее АИЛиЛХ) и обеспечивает непрерывное и неистощительное пользование лесом. В соответствии с системным подходом лес рассматривается как многовековая и динамическая система, развивающаяся по своим законам.
Система лесохозяйственных мероприятий по рациональному использованию и воспроизводству насаждений ивы древовидной включает в себя:
1. В эксплуатационных лесах при выполнении лесозаготовительных операций для сохранения репрезентативности участков лесного фонда оставлять компактные участки с ивой древовидной выделяя их как неэксплуатационные.
2. В пределах лесосеки участки ивы древовидной с подростом ели оставлять в пасеках.
3. В спелых и перестойных насаждениях с преобладанием ивы древовидной проводить рубки ухода или выборочные санитарные рубки.
4. В защитных лесах, проводить рубки ухода или выборочные санитарные рубки для сохранения их защитных свойств в насаждениях с преобладанием ивы древовидной.
5. Участки залежных земель или бывших пахотных угодий, песков и болот с насаждениями ивы сомкнутостью полога более 50% переводить в покрытые лесом земли с назначением лесохозяйственных мероприятий.
6. Проводить исследования в области применения ивы в качестве плантационной культуры для получения биотоплива и сырья для целлюлозно- бумажного производства.
Для практического использования при таксации насаждений с участием и преобладанием ивы древовидной разработаны следующие лесотаксационные нормативы:
– Таблицы объемов стволов ивы древовидной по разрядам высот.
– Таблицы объемов стволов ивы древовидной по диаметру и высоте при среднем коэффициенте формы.
– Разработана всеобщая модель объема ствола ивы (род Salix l.) мета-анализ
– Таблицы перехода от диаметра пня к диаметру на высоте 1,3 м.
– Таблицы хода роста нормальных ивовых древостоев Архангельской
области по классам бонитета.
– Установлен возраст биологической спелости и предполагаемые объемы
получаемой древесной массы в расчете на год при вырубке насаждений ивы древовидной.
– Получена структура абсолютно сухой наземной фитомассы, что дает возможность планирования заготовки и переработки различных компонентов вторичных лесных материалов. В условиях изменения климата важно знать процессы накопления и депонирования углерода. Во время создания карбоновых полигонов подобные исследования будут особенно актуальны.
Разработанные нормативы: таблицы хода роста, таблицы объемов стволов ивы древовидной рекомендуется использовать при таксации насаждений, закладке пробных площадей при лесоустройстве в северо-таежном и среднетаежном лесотаксационных подрайонах.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В заключении следует отметить:
– На основании проведенных исследований выявлены закономерности роста, структуры насаждений, изучена форма ствола ивы и разработаны лесотаксационные нормативы, позволяющие повысить точность учета лесных ресурсов.
– Проведены эксперименты по использованию древесины ивы, произрастающей на северо-востоке в качестве сырья для получения целлюлозы и бумаги, которые показали перспективность данного направления на участках с коротким оборотом рубки.
– Исследовали теплоемкость древесины ивы в коре и без коры, при использовании ее в качестве биотоплива. Определили содержание химических элементов в продуктах сжигания древесины ивы. Установили, что использование древесины ивы в качестве биотоплива, является одним из путей использования низкосортной древесины ивы.
– Природные условия Архангельской области подходят для выращивания и комплексного использования ивовых насаждений, создания культурных сортов высокоурожайной ивы и плантационного лесоразведения на залежных землях и бывших сельскохозяйственных участках с коротким оборотом рубки 3-5 лет. Плантационное выращивание с коротким оборотом рубки является перспективным направлением использования бывших сельскохозяйственных и залежных земель.
– Проведен анализ материалов лесоустройства по размещению естественных насаждений с преобладанием и участием ивы древовидной. Отмечено, что ива как примесь в насаждениях встречается повсеместно. Чистые насаждения встречаются в специфических только для ивы эдатопах.
Разработанные нормативы для таксации насаждений ивы древовидной используются при проведении лесоустройства в северо-таежном и среднетаежном лесотаксационных подрайонах, органами управления лесным хозяйством, научно- исследовательскими организациями и лесопользователями.