В связи с наличием в стране значительного гидролесомелиоративного фонда важным направлением в повышении продуктивности лесов является осушительная мелиорация.
Осушение и освоение только половины переувлажненных земель обеспечит получение дополнительно 500—700 млн. м3 древесины ежегодно.
Начало лесоосушительных работ на территории СССР относится к 30-м годам XIX в. До Великой Октябрьской социалистической революции было осушено всего лишь 750 тыс. га. Однако все проведенные работы по лесоосушснию не имели теоретических основ. Становление гидролесомелиорации. ее научное обоснование относится к советскому времени.
За 2 последних десятилетия площади осушения в лесном хозяйстве увеличились в 20 раз и в 1975 г. составляли свыше 2 млн. га.
Из-за значительной стоимости лесомелиоративных работ лесоводство не может проводить мелиорацию, рассчитанную на создание максимально благоприятных условий для роста леса. Поэтому задача лесоосушительной мелиорации заключается в создании минимального одностороннего регулирования водного режима почвы, обеспечивающего практически максимальную в данных условиях продуктивность леса.
В связи с тем, что максимальную продуктивность насаждений может обеспечить корнеобитаемый слой почвы в 50—60 см, принято считать оптимальной нормой осушения среднюю многолетнюю глубину грунтовой воды за вегетационный период, равную 50—60 см, с недлительными подъемами уровня ее не более чем до 20—30 см. В СССР принят метод осушения глубокими канавами (1—1,2 м), сделанными экскаватором через 100—250 м и более. Основная цель лесоосушения заключается в снижении содержания воды в верхних корнеобитаемых слоях почвы и соответственно обеспечении корней кислородом воздуха. Освобождение верхних горизонтов почвы от гравитационной воды улучшает коренным образом водно-воздушный режим почв. Повышается эффективное плодородие почвы, улучшаются условия местопроизрастания. Все это способствует значительному увеличению производительности насаждений. В среднем бонитет повышается на два-четыре класса, прирост древесины увеличивается с 0,5—1,5 м3/га до 3—5 м3/га в год, а в лучших условиях до 8—10 м3/га в год.
Эффективность осушения зависит от типа леса, растительных условий, типа болота, видового состава и возраста произрастающих в данных условиях насаждений.
Так, мелиорация хвойных насаждений низинных и переходных болот эффективнее, чем осушение сосняков с верховым типом заболачивания. Производительность осушенных древостоев, произрастающих на низинных и переходных торфяных почвах средней подзоны тайги европейского Севера, возрастает в 2—3 раза.
Прирост древесины в травяно-сфагновых сосняках и ельниках на низинных торфяных почвах увеличивается при этом на 3—4 м3/га, а на переходных — на 2—3 м3/га. Осушение же сосняков верхового типа дает дополнительный прирост всего лишь на 1—1,5 м3/га.
Разные породы в различной степени реагируют на осушение. Наиболее отзывчивы на осушение среди древесных пород сосна и ель; в несколько меньшей степени лиственные — береза и осина.
Почти полуторастолетняя практика лесоосушения дает массу примеров высокой эффективности этого мероприятия. Осушение еще в 40-х годах XIX в. мохового болота Сулланда, расположенного в Ленинградской обл. (Лисинский учебно-опытный лесхоз), привело к тому, что на месте произраставшей корявой сосны, имевшей в возрасте 60—80 лет высоту 4—5 м, растут в настоящее время сосновые насаждения с примесью березы и со вторым ярусом ели VI класса возраста I—II бонитета.
Осушение даже одиночными канавами осоково-сфагновых болот Вологодской обл., поросших низкорослой сосной и березой (глубина торфа до 2 м), повысило бонитет насаждений до I—II класса. В 50-летнем возрасте они имели запас 240 м3/га при средней высоте древостоя 16 м и среднем диаметре 17 см.
Высокий эффект осушения установлен также исследованиями А. Ф. Тимофеева для низинных болот Марийской АССР. Бонитет насаждений в результате осушения возрос с IV—Va до I класса.
Помимо увеличения прироста и общего запаса насаждений, в результате осушения значительно улучшается товарная структура древостоев. Выход деловой древесины может увеличиваться в 5—6 раз.
Мелиорация существенно влияет на ход естественного возобновления под пологом древостоев. Под пологом осушенных травяно-сфагновых и осоково-сфагновых ельников количество елового подроста увеличивается с 1—3 тыс. шт. до 5—6 тыс. шт. на 1 га. Улучшается его качество. Если до осушения на 50% подрост был неблагонадежным, то после осушения количество благонадежного подроста составляет 80—90%. Прирост крупного елового подроста по высоте увеличивается при осушении в 2 раза: с 3—5 до 6—8 см.
В результате осушительной мелиорации улучшаются также условия лесоэксплуатации и увеличивается продуктивность лесных лугов. Осушенные и окультуренные площади дают в 8— 10 раз больше сена и лучшего качества. Улучшается ветроустойчивость насаждений, их защитная, санитарно-гигиеническая и эстетическая роль.
Наибольшую эффективность в повышении продуктивности лесов обычно дает мелиорация в комплексе с другими мероприятиями: созданием на осушенных землях лесных культур из более ценных и быстрорастущих пород, рубками ухода, известкованием, применением минеральных удобрений.
Успешное выполнение возросших объемов лесоосушительных работ стало возможным благодаря внедрению в производство гидромелиоративной техники, а также значительной организационной работе, проведенной органами лесного хозяйства. В настоящее время все лесомелиоративные работы выполняют механизированным способом.
Так, трассоподготовительные работы осуществляют бензино-моторными пилами «Дружба», «Урал», кусторезами Д-178В, Д-514А и др. Корчевку пней проводят корчевателями Д-513, Д-496, К-2А. Землеройные работы по устройству осушительной сети осуществляют в основном одноковшовыми экскаваторами болотной модификации и канавокопателями ЛКА-2М, ПКЛН-500. Разравнивание грунта производится бульдозерами на тракторах Т-100М, Т-100Б. Ведутся работы по созданию и реконструкции машин для эксплуатации осушительных систем. Гидролесомелиорация является сильным средством воздействия на природу и должна осуществляться в строгом соответствии с научно обоснованными нормами и рекомендациями.
Повысить плодородие лесных почв, особенно наиболее бедных органическим веществом песчаных и супесчаных, возможно посевом сидеральных культур на лесокультурных площадях или введением их под полог существующих насаждений. Наибольшее применение среди сидератов для биологического повышения плодородия лесных почв получила культура люпина многолетнего. Значительный вклад в изучение влияния люпина на рост леса в нашей стране внесли ученые Белорусского технологического института.
Многолетнее изучение биологической мелиорации лесов междурядной культурой люпина подтверждает эффективность этого метода улучшения плодородия лесных почв и повышения продуктивности насаждений.
Исследования показали, что введение люпина в 13-летние культуры сосны обыкновенной в различных типах леса привело к более интенсивному накоплению запаса стволовой древесины по сравнению с контролем. Относительная прибавка запасов спустя 14—15 лет составила в сосняке черничном 177%, брусничном 199 и в сосняке вересковом 219%.
В целом к возрасту главной рубки (90 лет) дополнительный запас стволовой древесины может достигать 25%, или около 140 м3/га. Такое повышение продуктивности несомненно связано с положительным влиянием люпина на все компоненты леса. Так, в молодых сосновых насаждениях под влиянием люпина существенно снижается освещенность в припочвенном слое, ослабляется скорость движения воздуха, изменяется тепловой и водный режим. Молодые деревца защищаются от сильного излучения, повышается относительная и абсолютная влажность воздуха, уменьшается дефицит влажности. В результате в культурах дуба, например, наблюдалось удлинение вегетационного периода на 2—3 недели по сравнению с вегетационным периодом на контрольных участках.
Наиболее существенно влияет люпин на почву: увеличивается содержание влаги в поверхностных слоях почвы, где сосредоточена основная масса корней деревьев. В более глубоких горизонтах (начиная с 35—40 см) влажность почвы уменьшается особенно с возрастом насаждения, что вызвано усилением энергии роста и соответственно повышением расхода воды на транспирацию.
Положительно изменяются также физические свойства почвы: повышается влагоемкость и водопроницаемость, воздухоемкость, общая и некапиллярная скважность, уменьшается плотность и улучшаются агрохимические показатели плодородия.
Значительно увеличиваются запасы гумуса и азота. В культурах сосны, произраставших с люпином в течение 10 лет, содержание гумуса в полуметровом слое почвы возросло, в зависимости от типа леса, на 40—97%, а содержание азота — на 55—140%. После 23-летнего периода произрастания сосны с люпином в лесу верескового типа содержание гумуса и азота увеличилось по сравнению с контролем соответственно на 42 и 60%. При этом качество гумуса улучшилось — он стал более мягким.
Введение люпина повышает обменную способность почвы в результате увеличения гидрологической кислотности и суммы поглощенных оснований. Биологическая активность почвы возрастает на 25—50%.
Вследствие введения люпина в культуры сосны и ели увеличивается интенсивность физиологических и биохимических процессов. В хвое повышается содержание хлорофилла, влаги и основных питательных веществ, в результате чего возрастают интенсивность фотосинтеза, а соответственно и накопление органической массы, снижается транспирация влаги и улучшается углеводный и белковый обмен.
Усиливается также интенсивность круговорота элементов питания: углерода, азота, фосфора, калия, кальция, магния, железа, алюминия, кремния, серы и натрия, вследствие чего они многократно участвуют в обмене веществ между насаждением и почвой.
Исследования показали, что между люпином и сосной обыкновенной в результате их совместного произрастания устанавливаются отношения взаимопомощи. Взаимный обмен продуктами метаболизма стимулирует физиологические процессы, благодаря чему интенсивнее протекает фотосинтез и уменьшается расход воды на транспирацию, увеличиваются в целом объем и интенсивность биологического круговорота, что в итоге повышает биологическую продуктивность леса.
Применение минеральных удобрений с учетом конкретных условий и в оптимальных дозировках дает положительный эффект на всех этапах выращивания леса. Так, подкормка сеянцев сосны и ели в питомниках (на втором году) аммиачной селитрой, гранулированным суперфосфатом и 40%-ным хлористым калием в соответствующих дозах увеличивает выход сеянцев с единицы площади на 22—37%.
В сухих типах леса на слабодерновых подзолистых почвах в брянских лесах применение азота (180—200 кг на 1 га) увеличивает прирост сосновых молодняков в высоту и по диаметру на 30—40% по сравнению с приростом на контроле. При сочетании подкормки сосновых молодняков с рубками ухода эффективность обоих мероприятий значительно возрастает.
Целесообразность сочетания удобрений с изреживанием подтверждается также другими исследователями. В опытах В. Е. Максимова и В. М. Степанова сочетание удобрений с изреживанием позволило увеличить прирост 60-летних культур сосны на 44% (на третий год после проведения мероприятия) по сравнению с участком, где применялись удобрения без изреживания.
Многочисленные исследования эффективности применения минеральных удобрений в приспевающих и спелых насаждениях различных районов страны показали, что для лесов разного видового состава в этих возрастах наиболее эффективным в биологическом и экономическом отношениях является применение азотных удобрений (в дозах 90—200 кг/га). При этом улучшаются не только азотное питание растений, но в целом биохимические свойства лесных почв.
На подзолистых почвах под действием минеральных удобрений повышается содержание подвижных соединений фосфора, азота и калия. Это положительно сказывается на питании, усиливается рост деревьев.
Широко осуществляется в настоящее время в производстве подкормка приспевающих и спелых насаждений за один класс до главной рубки. Это позволяет увеличить текущий прирост древесины на 17—42%, запас древесины на 1,5—3 м3/га, улучшить ее сортиментный состав и увеличить прирост находящегося под пологом подроста.
Хорошо отзываются на подкормку азотными удобрениями спелые сосновые и еловые леса, произрастающие на бедных подзолистых почвах в условиях северной подзоны тайги. Разовое внесение 100—150 кг азота на 1 га позволяет получить дополнительно 10—12 м3 древесины с 1 га.
Применение удобрений повышает также естественное возобновление в таежных темнохвойных лесах, где оно значительно ослаблено из-за конкуренции материнского полога за элементы питания.
Экономическая эффективность использования минеральных удобрений для повышения продуктивности лесов зависит от многих факторов. Исследования группы авторов показали, что наибольший экономический эффект от применения азотных удобрений может быть получен в свежих сосняках-черничниках при внесении 150 кг/га действующего вещества; с увеличением дозы до 300 кг он уменьшается.
В насаждениях на богатых почвах в ельниках-кисличниках экономический эффект от применения удобрений значительно снижается при тех же дозах внесения — 150 кг/га.