Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ДЕПОНИРОВАНИЯ УГЛЕРОДА ДУБОВЫМИ НАСАЖДЕНИЯМИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ДЕПОНИРОВАНИЯ УГЛЕРОДА ДУБОВЫМИ НАСАЖДЕНИЯМИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ"



МАРТЫНЕНКО Сергей Николаевич

На правах рукописи --

ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ДЕПОНИРОВАНИЯ УГЛЕРОДА ДУБОВЫМИ НАСАЖДЕНИЯМИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ

03.00.16 - экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Воронеж - 2005

Работа выполнена на кафедре лесоводства Воронежской государственной лесотехии1ческой академии в 2001 - 2004 гг.

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Таранков Владимир Иванович

Официальные оппоненты; доктор биологических наук, профессор

Косичеико Николай Ефнмоннм

кандидат биологических наук Лазуренко Любойь Борисовна

Велушая организация; Федеральное государствен кое унитарное

предприятие государственное специализированное лесоустроительное предприятие «Вороиежлеспроект»

Зашита диссертация состоится «10» июня 2005 г. в 10.00 на заседании диссертационного совета Д 212.034.01 при Воронежской государственной лесотехнической академии: 394613, г, Воронеж, ул. Тимирязева, 8. Факс: 8 (0732) 53-84-61

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежской государстве иной лесотехнической академии.

Автореферат разослан « 29 '■> апреля 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Дубравы, являющиеся доминантами и эднфикагорами Центральной лесостепи по масштабам биологического продуцирования и длительного аккумулирования углерода являются наиболее надежной природной системой для снижения парникового эффекта. Объективным методом оценки продуктивности и депонирования углерода лесными насаждениями в многолетней динамике является ден дрохронологичесхий анализ, впервые использованный для характеристики одной из важных экологических функций дубрав лесостепной зовы. Актуальность темы также возрастает в связи с отсутствием данных об особенностях депонирования углерода дубовыми сообществами в связи с различными типами леса, их возрастной структуры, с основными лесотаксационными показателями. Количественные аспекты углеродного цикла, выделения кислорода и фиксации солнечной энергии в лесных насаждениях нагорных, пойменных и байрачных дубрав, необходимы для более полной оценки экологического потенциала лесов н эффективного устойчивого управления ими.

Цел^> и з^дачк исследований. Цель работы — выявление закономерностей многолетней динамики прироста дуба черешчатого и углеродного цикла в дубравах Центральной лесостепи.

Основные задачи:

1. Изучить многолетнюю динамику и цикличность радиального прироста дуба черешчатого в связи с колебаниями осадков и солнечной активности.

2. Оценить углерододепонируюшую функцию дубовых насаждений в различных типах лесорастительных условий.

3. Выявить особенности динамики депонирования углерода с использованием дендрохронологического анализа.

4. Определить количественные показатели стока углекислого газа, выделения кислорода и аккумулирования энергии лесными экосистемами в основных эдатопах нагорных, пойменных и байрачных дубрав.

В диссертации использованы материалы собственных исследований за период с 2001 по 2004 гг. в дубовых насаждениях естественного порослевого происхождения Воронежской и Белгородской областей. Проанализированы и обобщены литературные данные отечественных и зарубежных авторов по вопросам дендрохронологии дуба черешчатого и углероде депонирующих функций.

Научная новизна работы. Проведен дендрохронологический анализ дуба черешчатого в различных типах лесорастительных условий нагорных, пойменных и байрачных дубрав. Выявлена динамика прироста в связи с колебаниями солнечной активности и осадков за 1910 - 2003 гг. Изучена цикличность декд-рохронологических рядов дуба в основных типах леса. Впервые исследованы дендро хронологические особенности депонирования углерода в дубовых насаждениях. Определены количественные показатели поглощения углекислого газа, выделения кислорода и накопления энерции о дубовых наг

ЦНБ МСХА !

фонд научной литературы'

г*-.

Практическая значимость исследований. Полученные результаты можно использовать при ведении и планировании лесного хозяйства в нагорных, пойменных и байрачных дубравах Центрального Черноземья. Уравнения регрессии можно применять для прогнозирования величины прироста и депонированного углерода в отдельно взятом эдатопе. Ориентируясь на долгосрочный прогноз прироста, его цикличность, во всех изученных эдатопах возможна корректировка сроков проведения лссохозяйственных мероприятий. Результаты работы могут найти применение при ведении мониторинга лесов.

Апробация работы, Основные положения диссертации доложены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава (г. Воронеж, ВГЛТА, 2002, 2003, 2004г.г.), молодежных научно-практических конференциях (г. Воронеж, ВГЛТА, 2003, 2004г.г.), на 5-ой международной научно-технической конференции (г. Брянск, 2004 год).

Публикации результатов и$<у1еловзд^й. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ.

Ца ?ашиту выносятся:

1. Динамика и цикличность радиального прироста дуба в различных типах лесорастительных условий.

2. Связь колебаний прироста дуба с осадками и солнечной активностью.

3. Запас углерода в лубовых насаждениях.

4. Дендрохронологическне особенности депонирования углерода в дубовых насаждениях.

Обоснованность выводив и результатов базируется на использовании ле-соводственно-таксационных данных 17 пробных площадей, заложенных в различных эдатопах нагорной, байрачной и пойменной дубрав. Материалы обработаны на основании таблиц хода роста и методик, применяемых в дендрохронологии, экологии и лесоводстве с использованием математического анализа.

Личное участие автора состоит в проведении работ по сбору, анализу, обобщению экспериментального материала и установлению закономерностей углеродного цикла и многолетней динамики прироста дуба черешчатого.

(^Труктурз и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав основного текста и заключения, включающего выводы. Общий объем составляет 233 страницы, включая 30 таблиц, 60 рисунков, приложения на 38 страницах и список использованной литературы из 164 наименований, в том числе 9 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Состояние вопроса

В главе дан обзор литературы по состоянию и значению дубрав Центральной лесостепи Русской равнины (Напалков, 1953; Чеведаев, 1963; Лоснц-кий, 1981; Новосельцев, Бугаев, 1985; Проскурякова, 1987; Калиннченко, 2000), по дендрохронологии основной лесообразующей породы дуба черешчатого (Шнятов, 1964; Таранков, 1973, 1990; Битвинскас, 1974; Молчанов, 1976; Кай-

рюкштис, 1980; Миленин, 1997). Анализируется степень воздействия экологических факторов на прирост дуба, рассматривается значение лимитирующего фактора ка процесс формирования прироста, а также связь колебаний прироста с солнечной активностью. Аспекты повышения биологической продуктивности лесных насаждений тесно связаны с решением проблемы парникового эффекта и глобального потепления климата. Анализируется литература по углерододе-понирующей и кислородопродуциругощей роли леса (Кобак, 1988, 1999, Уткин, 1995; Усольцев, 2002).

2. Характеристика районов исследования

На основании литературных данных приведена общая характеристика природных условий районов исследований (Учебно-опытный лесхоз ВГЛТА, Воронежская область и Ровен ьский лесхоз, Белгородская область), расположенных в восточно-европейской части лесостепи. В работе имеются краткие сведения о климате, рельефе, почвах, растительности и животном мире.

3. Методика, объекты исследования и объем выполненных работ

Выбор объектов проводился с учетом экологической и эдафнческой изменчивости условий произрастания, при этом руководствовались такими материалами, как «Методические указания к изучению типов леса» (Сукачев, 1961), «Программа и методика бногеоценологичес ки х исследований» (1966, 1974). Пробные площади были заложены в основных типах нагорных, пойменных и байрачных дубрав. Требования к пробным площадям и методика их закладки хорошо разработаны в лесной таксации (Тюрин, 1945;Федосимов, Анисочкин, 1979; Анучин, 1977, 1982; ОСТ 56-109-99).

Лесоводственно-таксационная характеристика пробных площадей устанавливалась в процессе изучения растительности (древостоя, подлеска, подроста, напочвенного покрова) н эдафических условий. Распределение главной породы (дуба) велось по категориям жизнеспособности (Лукьянец, Ильин, 1982). После описания древостоя, для получения данных о характере возобновления, проводили учет подроста к подлеска. Для учета напочвенного покрова использовали два метода: 1) глазомерный метод учета (обилие напочвенного покрова определялось по шкале Друде); 2) весовой метод учета напочвенного покрова. Дендроклиматический анализ радиального прироста дуба черешчатого проводился в соответствии с методическими разработками ( Рудаков. 1951; Шиятов, 1973; Бнтвинскас, 1974; Молчанов, 1976; Розенберг, Феклнстов, 1981, 1982; Мазепа, 1982; Матвеев, 2001). Обработка материалов проводилась с применением математического метода (Бочаров, 1971; Рождественский, Чеботарев, 1974; Ломов, Успенский. 1980), При денлрохрон о логическом анализе использовали прирост ло ширине годичного кольца и по площади сечения. Для учета динамики органического вещества и учета фитомассы применяли соответствующие методы (Родин. Ремезов. Базилевич. 1967; Молчанов, 1971; Макарез-

ский, 1991; Уткни, 1997; Замолодчиков, Утки«, Коровин, I99S; Смольянов, Самойлов, Ерешкии, 2001 и др.).

Исходя нз общих запасов фитомассы оценены запасы углерода* принимая конверсионный коэффициент для 1 кг сухой массы одревесневших частей и корней 0,5, для t кг сухой массы хвои и листьев 0,45 т углерода (Комиссаров, 1965; Кобак, 1988), Заложено 17 пробных площадей в различных типах дубрав. Обследовано около 2000 деревьев дуба. Были взяты 130 кернов древесины дуба в разных типах леса и 20 спилов с модельных деревьев на высоте пня.

Ден дрохронологи ческие особенности и углерододепонкруюшне функции дуба черещчатого изучались в различных типах леса: в нагорной и пойменной дубравах Учебно-опытного лесхоза ВГЛТА (типы лесо растительных условий С}, Дъ MîfT), в бай ротных дубравах Ровеньского лесхоза Белгородской области (типы десорастктельных условий Ei, Е^). Насаждения с преобладанием дуба черешчатого естественного порослевого происхождения, 60 - 100 - летние, преимущественно (I класса бонитета, 2-Х ярусные, средне- н высокойол-нотные. В эдатопах и Сг представлены насаждения дуба ранней и поздней фенологических разновидностей (в зависимости от условий рельефа), в эдатопах Дг, Et, £2 - насаждения дуба поздней разновидности, в эдатопе Д317 ранней разновидности.

4. Дендрохронологнческнй анализ в различных типах дубрав

В нагорных дубравах в эдатопе С3 в насаждениях рано- и позднораспус-каюшихся разновидностей максимумы прироста приходятся в основном на одни н те же годы. Для этих лет характерно выпадение осадков от 500 до 700 мм. У позднораспускающейся разновидности прирост выше, когда большое количество осадков выпадает в весенне-летний период, а у ранораспускаюшейся разновидности прирост выше, когда больше осадков выпадает в осенне-зимний период. Среднегодовой прирост у ранней разновидности дуба составляет 49% от прироста поздней разновидности. У рано- и позднораспускающейся разновидности дуба выделяются циклы одинаковой продолжительности (табл. I)- В годы с повышенным увлажнением прирост падает в обеих феноразновидностях дуба. Доля поздней древесины больше у дуба поздней разновидности (83,1%), чем у ранней (74,2%), В эдатопе Bs снижение прироста у позднораспускающейся и ранораспускавдщейся разновидности наблюдается как в годы засушливые, так и в годы с избыточным увлажнением. В обеих феноразновидностях выделяется сходная по продолжительности цикличность первого я второго порядка. В неблагоприятные годы прирост сильнее падает у ранней разновидности дуба. В эдатопе Дг отчетливо выделяются циклы первого и второго порядка.

Таблица 1 — Цикличность радиального прироста дуба черещчатого по ширине

№ п. п. Состав древостоя ТЛУ Возраст, лет Фсио-разно-внд-ность Циклы, лет

I порядка 11 порядка III порядка

число циклов длина ЧИСЛО ЦИКЛОВ /шина число цикле« длина

1 10 Дн ЮЛп с, 110 РР 24 3,5 ± 0^2 12 7.7 ± 032 - -

2 9Д1Я !Лл2Кл-0. с, 35 ПР 15 3,8 ± 0.29 10 6,7 ± 0.29 - •

3 ЮД ¡ОЛп.ед.Кя.о. С; 110 РР 26 3,1 ± 0,60 - - 7 пр. ± о.бо

4 10Д 8Лп2Кл.о. С; 65 РР 16 3.1 £ 0,44 8 7,3 ± 0,44 - -

5 8Д2Кл.о.+Яс ЮЛп 8, 30 ПР 23 ЗЛ± 027 10 6,7 ± 0,27 • -

6 гДОБ.сд.Ос. Лп В; 85 ПР 17 3,6 ± 0,64 - 6 10,8 ±0,64

7 9Дк1Б, сп.Ос в. РР 21 3,1 ± 0,38 10 7£± 0.38 - .

5Д5ЛП, ел,Ос ЮКл.о. л 60 ПР 12 33 ± 039 6,3 ± 0,39 - -

9 вд2Яс 7ЛпЗКл.о. л- 90 ПР 19 3,2 ± 0,57 - • 7 10,5 ± <Х5?

10 7ДЗЯс 7ЛпЗКл.о. д, 35 ПР 19 2,9 ± 0,60 - • 7 10,5 ±0.60

И 7ДЗЯС 5Ю1.0.5Лп+В я* 105 ПР 13 3,7 ± 030 12 6,5 ± 0,30 - -

Депрессии прироста наблюдаются как в сухие годы, так и в годы переувлажнения. Максимумы прироста обычно приходятся на годы с количеством осадков, близком к средней многолетней норме.

140 -120 -юо -

зо ■ 60 -40 -20

1910

1920 1930 1940

1950

1960 1970 1980 1990 2000 Годы

Рисунок 1 - Ггнераличованная динамика прироста в нагорной дубраве

На обобщенном графике радиального прироста а нагорной дубраве по минимумам прироста выделяется один вековой цикл — 80-летний, четыре цикла продолжительностью около 20 лет и более мелкие - от 8 до 12 лет {в среднем 10-летние), обусловленные солнечной активностью {рис. 1).

В пойме депрессия прироста дуба наблюдается как в засушливые годы, так и в годы с повышенным увлажнением. Следует отметить снижение прироста по минимуму и по максимуму с 1972 года (было создано Воронежское водохранилище). Отчетливо выделяются никлы первого и второго порядка. Поздняя зона занимает до 70% всей ширины годичного кольца, причем ее относительная величина в пойменной дубраве меньше, чем в нагорной и байрамной дубравах. По генерализованному графику радиального прироста по минимуму выделен 43-летний цикл.

В свежей байрачкой дубраве (Е^) большее значение имеет недостаток увлажнения, а в сухой байрачной дубраве (£;) депрессия прироста наблюдается, как при недостатке, так и при избытке влаги. Колебания прироста в эдатопах Е/ и Е-2 примерно одинаковы. Максимумы прироста приходятся на годы с количеством осадков, близких к среднегодовой норме. Отчетливо выделяются циклы первого и второго порядка. В обоих эдатопах поздняя зона занимает 77% от всей ширины годичного кольца. По генерализованному (обобщенному) графику радиального прироста в байрачной дубраве по минимуму выделяется 71-летний цикл. Наряду с этим выделяются циклы меньшей продолжительности.

На основании полученных генерализованных (обобщенных) графиков прироста было произведено сравнение депрессий прироста в нагорной, пойменной и байрачной дубравах. Депрессия прироста в байрачной и нагорной дубравах наблюдается в период с 1950 по 1952 гг. На снижение прироста в нагорной дубраве отрицательно сказалось переувлажнение, а то время, как в байрачной дубраве засуха, В пойменной дубраве в этот период наблюдалось повышение прироста. В 1969 году также наблюдалось падение прироста в нагорной и байрачной дубравах. Депрессия прироста в 1973 и 1984 гг. наблюдалась в нагорной, пойменной и байрачной дубравах.

5. Связь радиального прироста дуба с солнечной активностью и осадками

Дня более детального исследования зависимости прироста от осадков и солнечной активности в каждом типе леса выбирались дендрохронологические ряды наибольшего возраста с целью определения циклов большей продолжительности (после 11 -летнего сглаживания индексов прироста) и определения методом наложения эпох зависимости между приростом, осадками и солнечной активностью (числами Вольфа).

В нагорных дубравах в эдатопе С} выделили два цикла продолжительностью 28 — 34 года (брикнеровские циклы). Минимумы циклов 1921 и 1949 гг. были обусловлены засухами (осадков выпало 332 — 364 мм, что составило около 60% от средне многолетней нормы), а минимум в 1983 г. - избыточным увлажнением (осадков выпало в предшествующие 2 года и в год минимума прироста значительно выше нормы - около 160% в 1980 г.). Зависимость между приростом н осадками выражается в виде уравнения параболы второго порядка.

В эдатопе В2 был выделен брикнеровский цикл продолжительностью 33 года, минимумы которого обусловлены засухами в 1938 - 1939 гг. и в 1972 г.. и

три цикла с длиной волны 15 - 19 лет. Зависимость между приростом и осадками выражается в виде уравнения прямой.

В эдатопе Д? выделен брикнеровскнй цикл продолжительностью 32 г., минимумы которого связаны с засухами в 1939- 1940 гг. (осадки 382-445 мм) и в 1972 г. (470 мм). Зависимость между приростом и осадками выражается уравнением прямой.

Генерализованная (общая) зависимость между приростом и солнечной активностью выражается уравнением параболы третьего порядка:

у = -2£ - 0.5*3 + 0.0078*2 - 0,6854* +110,73 (Я2 = 0.64) (1) Зависимость между радиальным приростом и осадками в эдатопе С2 выражается уравнением параболы второго порядка у поздней (2) и ранней (3) фе-норазновидкостей дуба:

у = -0.0002*2 + 0.2668* + 26.262 (Я2 = 0.56) (2)

у = О.ООШх" + 0.01* + 64.837 (Я2 = 0.56) (3)

Зависимость между радиальным приростом и осадками в эдатопе Бг выражается уравнением прямой для поздней (4) и ранней (5) феноразновидностей Дуба;

у = 0.0284л:+84.92 (Л2 = 0.27) (4)

у = -0.0614* +131.58 (Д2 = 0.27) (5)

Зависимость между радиальным приростом дуба и осадками в эдатопеДг выражается уравнением прямой (6):

_у = 0.0675* + 65.639 (Я? я 0.40) (6)

При 11-летнем сглаживании относительных индексов прироста дуба в пойменной дубраве-ДзП, был выделен 43-летний цикл (брикиеровский), первый минимум которого обусловлен засухой в 1938 г., а второй — переувлажнением в 1980 году. Зависимость между радиальным приростом и осадками выражается в виде уравнения параболы второго порядка. Коэффициент детерминации показывает высокую связь между радиальным приростом и осадками. По методу наложенных эпох четко проявляется связь между приростом, солнечной активностью и осадками в пределах 11-летнего цикла (рис.2). Зависимость радиального прироста от солнечной активности выражается в виде уравнения прямой:

у = 0.1313*+ 93,123 (Я2 =0.57) (7)

Зависимость между радиальным приростом дуба -л осадками в эдатопе ДзП выражается уравнением параболы второго порядка (8);

у = 0.0001*3 -0.1148* +125.22 {/Г =■ 0.38) (3)

о*.

- *

160 1100|- - 180

140 1000 _ 1 _ 160

120 900 _ 140

100 800 120

80 700 \ 100

60 40 600 500 - а * ч - 30 60

го - \ _

0 400 - V -1 40

•4 -3-2-10 1 13« 36

Рисунок 2 - Динамика солнечной активности (1), прироста (2) н осадков (3) в пойменной дубраве (по методу наложенных эпох) в пределах 11 -летнего цикла

В сухой байрачной дубраве Е( выделен цикл продолжительностью 27 лет (брикнеровский), минимумы которого обусловлены засухами в 1946 и 1972 гг.

В свежей байрачной дубраве Е2 был выделен брикнеровский цикл продолжительностью 32 года, минимумы которого вызваны засухами в 1938-1939 гг. и в 1971-1972 гг., и 20-летний магнитный цикл, второй минимум которого * связан с переувлажнением в 1989-1990 гг. Зависимость обобщенной динамики прироста от солнечной активности (чисел Вольфа) выражается в виде уравнения параболы третьего порядка:

у = -5£ - 0.5*3 + 0.0119*3 - 0,8045* + 110.13 (^ = 0.69) (9)

Зависимость между радиальным приростом и осадками в здатопе £) (10) выражается уравнением параболы второго порядка:

у = 0.000 Ъг2 -0.1148* +125,22 (Я3 = 0.38) (10)

В эдатопе Е2 зависимость между радиальным приростом и осадками (11) выражается уравнением параболы второго порядка:

у = 5Е - 0.5*" - 0.0345* 102.53 (Л3 = 0.77) (11)

Таким образом лимитирующим фактором прироста является как недостаток, так и избыток влаги (увлажнение по принципу толерантности обусловливает цикличность роста дуба черешчатого).

б. Накопление углерода в основных депо дубовых насаждений

В нагорной дубраве в эдатопе С2 наибольший запас углерода в древостое - 133,8 т/га, а наименьший - 99,4 т/га, В эдатопе В2 наибольший запас углерода в древостое составляет 94,5 т/га, а наименьший — 89,0 тУга. В эдатопе наи-

меньший запас углерода в древостое — 74,6 т/га, а наибольший 120,8 т/га. Данные по углероду в нагорной дубраве показаны в таблице 2.

Таблица 2 - Запас (депо) углерода в нагорной дубраве

№ п. л. Состав древостоя Запас углерода, т/га

древостой напочвенный покров подстилка Подрост подлесок

1 1 з 4 > й >

1 10 Дн 10 Ли 116,6 12,5 0,23 0,94 ' 0,92

Итого: 129,1

2 ЭД1Я 8Лп2Кл.о 108,1 21,1 0,13 0^9 0,004 0,11

Итого: 129Д

3 юд 1 ОЛп, ед. Кл.о. 122Д 11,6 0,14 1.12 ■ 034

Итого: 133,8

4 10Д,«д. Я 8Лп2Кл.о, 90,1 93 0,12 1,38 - 0,95

Итого: 99,4

5 8Д2Кл.о.+Я ЮЛп 77,2 ИЗ 0,03 03 - 0,002

Итого: 89,0

8Дн2Б, ед. Ос. Лп 94,5 0,09 2,5 0,001 1,4

7 9Дн1Б, ед. Ос. 91,1 0,03 0,84 - 1,42

8 5Д5Лп, ед. Ос. 1 ОКл-О. 72,4 2,2 0,4 0,25 * 0,04

Итого: 74,6

9 8Д2Я 7ЛпЗКл.о. 56,8 24,0 0,12 0,89 0,002 0,01

Итого: 82,3

го 7ДЗЯ 7ЛпЗКл.о. 88,8 20,5 0.05 1,0 0,002 032

Итого: 1093

11 7ДЗЯ ЗКл.о.ЗЛп +■ В 96,1 24,7 0,03 0.96 0,0002 0,04

Итого: 120,3

В пойменной дубраве запас углерода в древостое на первой пробной площади — 147,4 т/га, на второй — 144,4 т/га. На первой пробной наблюдается меньшее количество древесных пород в первом и во втором ярусе, чем на вто-

Таблица 3 — Запас (депо) углерода в пойменной дубраве

№ п.п. Состав древостоя Запас углерода, т/га

древостой напочвенный покров подстилка

1 7ДЗЯ 6ВЗЛп1Кл,т, 129,15 18,25 0,4 1,44

Итого; 147,4

2 5Д5Я, ед. Ос, Лп 8В2Кд.п.. ед. Кл.т. 133,07 11,37 0,2 0,81

Итого: 144,44

В байрачной дубраве распределение углерода показывает (табл. 4), что в эдатопе Е1 в возрасте 60 лет запас углерода в древостое - 116,4 т/га, а в возрасте 80 лет - 84,6 т/га. В эдатопе Е2 в возрасте 60 лет запас углерода в древостое — 76,6 т/га, а в возрасте 80 лет - 108,2 т/га.

С возрастом запас углерода в древостое в эдатопе Ег увеличивается больше, чем в эдатопе Е{. Это связано с условиями произрастания, а именно с количеством осадков (лимитирующий фактор). Эдатоп Е1 более требователен к количеству влаги, чем эдатоп Ег.

Таблица 4 - Запас (депо) углерода в байрачной дубраве

№ п.п. Запас; углерода, т/га

Состав древостоя древостой напочвенный покров подстилка подрост подлесок

5ДнЗБ2Я 49,0 0,04 1,13 0,0002 0,001

1 ЮЮ1.0. 17,4

Итого: 116,4

ЮДбн 70,8 0,12 0,92 0,0002 1,351

2 5Кл.о.5Лп 13Л

Итого: 84,6

ЮДбв 65,4 0,03 106 0,0002 1,04

5Кл.о.ЗЛп20с.. па

ед. Гр.

Итого: 76,6

ЮДбв 101,2 0,09 1,15 0,0002 1,360

4 5Кл.о,5Лп 7.0

Итого: 108,2

Участие в углеродном балансе напочвенного покрова, подстилки, подлеска и подроста незначительное (не превьшает 2% от общего запаса фитомассы насаждения).

В нагорной дубраве максимальный запас углерода наблюдается в подстилке » подлеске - ¡,38 т/га и 1.42 т/га соответственно. В пойменной дубраве запас углерода в подстилке составляет 0,8-1.4 т/га, В байрачной дубраве запас углерода в подстилке в эдатопе Е, ~ 1,13 т/га, а в эдатопе Е2 - 1.26 т/га. В под-

леске наблюдается запас углерода в эдатопе Е[ и Ег составляет от 1,35 — 1>3б т/га.

Анализ данных показывает» что основной запас углерода нагорной, пой' менной и байрачной дубрав приходится на долю древостоя (около 98%).

В работе также рассматриваются количественные оценки стока углекислого газа, выделения кислорода и фиксация лучистой энергии фитоценозамн, которые непосредственно связаны с запасами фнтомассы (и углерода) и определяются через соответствующие конверсионные коэффициенты и удельную теплотворную способность органического вещества,

7. Дендрохронологические особенности накопления углерода в дубовых <

насаждениях

В нагорной лубраве в здатопе С; в среднем в год депонируется - 1.17 т/га, в эдатопе 1,11 т/га, а в эдатопе Д2 - 0,92 т/га. На основании графиков пого-дичного депонирования углерода в эдатопах С г, ¡¡2 и Дг был составлен генерализованный график депонирования углерода в нагорной дубраве (рис. За). На графике четко выделяются три периода, различающиеся по уровню и темпам депонирования углерода в связи с возрастной динамикой древостоев:

1) 1920*1950 гг. (первые 35 лет) — характеризуется минимальным, возрастающим накоплением углерода, с колебанием от 0,3 до 1,3 т/га/год;

2) 1950-1975 гг. (25 лет) — период большого роста — характеризуется высоким уровнем годичного депонирования углерода с максимумом в коние 1950 -начале 1960 гг. ( в возрасте 40-50 лет) с колебаниями от 1,9 до 2,0 т/га/год;

3) 1975-2000 гг. (25 лет) - характеризуется низким (и снижающимся) уровнем аккумуляции углерода с колебаниями от 0,5 до 1,0 т/га/год (с 1985 года отмечается тенденция стабилизации годичного депонирования углерода).

Также были построены обобщенные графики зависимости депонирования углерода от солнечной активности и от осадков. Зависимость между депонированием углерода и солнечной активностью выражается уравнением параболы третьего порядка и показывает их высокую связь. Зависимость между депонированием. углерода и осадками выражается уравнением параболы второго порядка.

В пойменной дубраве на понижение прироста оказывают влияние, как периоды с длительным увлажнением, так и продолжительные засушливые периоды. В свою очередь кратковременное переувлажнение положительно сказывается на приросте. Повышение и падение прироста и депонирование углерода связаны, как с падением, так и с увеличением солнечной активности. Среднегодовое депонирование углерода в пойменной дубраве составляет 1,64 т/га.

В пойменной дубраве в течение всего дендрохронологического ряда отмечается достаточно высокий уровень депонирования углерода с колебаниями а пределах от 1 Л-2,7 т/га/год {рис, 36). Выделяются два периода максимального депонирования углерода: 1955-1965 гг. (возраст древостоя 30-40 лет) и 1985-¡995 гг. (возраст древостоя 65-75 лет).

Т/Г4

1910 1920 1930 1940 1930 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Говы

Рисунок За — Генерализованная (обобщенная) динамика депонирования углерода в нагорной дубраве

т/га

Рисунок 36 - Генерализованная (обобщенная) динамика депонирования углерода

в пойменной дубраве

т/га

Рисунок Зэ - Генерализованная (обобщенная) динамика депонирования углерода в байрамной дубраве

Зависимость депонирования углерода от солнечной активности и осадков выражается уравнением параболы второго порядка.

В байрачной дубраве снижение прироста и депонирования углерода в эдатопах и Ег связано с засушливыми годами, С другой стороны ка повышение прироста и депонирования углерода в здатопах Ё, и £2 большое влияние оказывает сезонность выпадения осадков и их количество. Минимумы прироста и депонирования углерода совпадают с ветвью спада солнечной аюивности, как в эдатопе Е,, так и в эдатопе £"г среднегодовое депонирование углерода в эдатопе £1 меньше, чем в эдатопе £2 и составляет 1,06 т/га против 1,28 т/га соответственно.

На основании графиков динамики депонирования углерода в эдатопах Е1 и Ег была составлена генерализованная (обобщенная) динамика депонирования углерода в байрачной дубраве (рис. Зв). Также были составлены обобщенные графики зависимости депонирования углерода от солнечной активности и от осадков.

8 байрачной дубраве можно выделить три периода в депонировании углерода:

1) 1920-1940 гг. (первые 15 лет) — характеризуется низким, стремительно нарастающим уровнем накопления углерода (от 0,3 до 1,0 т/га/год);

2) 1940-1970 гг. (30 лет; возраст древостоя 15-45 лет) — характеризуется повышенным и стабильным уровнем депонирования углерода (1,0-1,4 т/га/год), который прерывается засухой 1972 года;

3) 1970-2000 гг. (30 лет; возраст древостоя 45-75 лет) - характеризуется некоторым повышением депонирования углерода по сравнению с предыдущим периодом, с колебаниями в пределах 1,0-1,9 т/га/год.

На основании анализа временных рядов был составлен прогноз прироста дубрав. Наибольшая длина временного ряда, доступного нам для составления прогноза, составляет 90 лет (с 1910 года). Понижение осадков, идущее с 70-х годов, достигнет минимума в 2012-2020 году. В 2005-2006 гг. прогнозируется новый минимум солнечной активности, ожидается понижение прироста в нагорной и пойменной дубравах, а в байрачной прирост возрастет. В нагорной дубраве с 2006-2007 года будет чередоваться повышение прироста с его понижением до 20(6-2017 года. В тоже время в пойменной дубраве с 2006 года будет снижение прироста до 2010 года, а затем с 2011 года ожидается повышение прироста вплоть до 2016 года (с максимумом в 2013 году). В байрачной дубраве ожидается повышение прироста с 2006 года по 2012 год, с максимумом в 2010 году. Интересно, что в байрачных дубравах максимум прироста попадает на максимум солнечной активности, В 2015-2016 году ожидается новый минимум солнечной активности, который будет сопровождаться снижением прироста в байрачной дубраве, а в нагорной и пойменной будет повышение прироста (рис. 4).

С 2016-2017 годов прогнозируется начало ветви подъема нового П-ти летнего цикла, сопровождаемое увеличением прироста в нагорной и байрачной дубравзх, в то время, как в пойменной ожидается снижение прироста. Макси-

Максимум солнечной активности, в 2019-2020 году, будет наблюдаться после максимума прироста через один год или совпадет с ним.

> * V, /.ч

гаао 2005 гот гни 2020 2025 гш

Рисунок 4 - Прогноз прироста &дубравах: 1 - нагорной; 2 - пойменной;

3 - байрачиой; 4 - солнечная активность

Затем, после снижения уровня прироста, последующим после прохождения максимума солнечной активности в 2020-2С21 году уровень прироста будет определяться тенденцией к постоянному понижению к 20242025 году в пойменной дубраве. В то же время в нагорной и байрачной дубравах будет намечаться обратная тенденция. В 2024-2025 году прогнозируется следующий минимум солнечной активности, который будет сопровождаться снижением прироста в пойменной дубраве.

Вывода

1, В многолетней динамике относительных индексов радиального прироста дуба черешчатого выражена полииикличность, включающая циклы различных порядков (по длине волны): 3-4-, 6-8-, 10-12-, 20-22-, 26-33 (40)-леткие (солнечнообусловленные). В отдельных декдрохронологических рядах (более 100 лет) отмечаются 70-80-летнне вековые циклы.

2, Высокой стабильностью характеризуется цикличности первого порядка (3-4-летние), которая четко проявляется во всех типах лесорастительных условий,

3, Максимумы прироста в насаждениях дуба е нагорной, пойменной и байрачной дубравах приходится на годы, когда выпадает количество осадков близкое к среднегодовой многолетней корме. Для ранораспу с кающейся разновидности большую роль в формировании прироста играют осадкивыпадаюшие в осенне-зимний период, а для позднорзспускающейся разновидности - осадки выпавшие в весенне-летний период.

4. На формирование циклической динамики прироста решающее влияние оказывают условия увлажнения, "контролируемые" солнечной активностью.

Глубокие депрессии прироста обусловливаются как недостатком влаги (засуха), так и её избытком (переувлажнение). Особенно сильно выражено отрицательное влияние избыточного увлажнения на прирост в пойменных дубравах, а также в некоторых типах леса нагорных (С?) и байрачных (Е2) дубрав.

5. Доля поздней древесины в общей ширине годичного кольца (в среднем для всего дендрохронологического ряда) колеблется в пределах 69-83%. В пойменных дубравах она минимальная (не более 70%), в байрачных - 77%, в нагорных дубравах, в зависимости от типа леса и фенологической разновидности дуба, изменяется от 72 до 83%. Максимум поздней древесины наблюдается в годичных кольцах позднораспускающейся разновидности дуба.

6. На основании математического анализа и метода наложенных эпох выявлены зависимости между радиальным приростом дуба в различных типах ле-сорастительных условий (с учетом фенологических разновидностей), солнечной активностью и осадками, которые часто выражаются соответствующими уравнениями параболы (2-3 порядка) с высокими коэффициентами детерминации и в некоторых случаях — уравнением прямой.

7. Запасы углерода в фитомассе дубрав изменяются в широких пределах в зависимости от типа лесорастительных условий (типа леса), возраста древостоя, класса бонитета, фенологических разновидностей дуба и других лесоводствен-иых характеристик. Основное количество углерода содержится в древостое (более 98%); другие элементы фнтомассы (подлесок, подрост, напочвенный покров, подстилка) не вносят существенного вклада в общий запас углерода.

8. Наибольшее количество углерода сконцентрировано в фитомассе пойменных дубрав (147 т/га) и нагорных дубрав - эдатоп (до 130 т/га); в байрачных дубравах запас углерода не более 116 т/га. С возрастом запасы углерода увеличиваются. В насаждениях с участием позднораспускающейся разновидности дуба запасы углерода выше, чем в насаждениях ранней разновидности.

9. Общий сток углекислого газа в нагорных дубравах при возрастном диапазоне лесных насаждений 60-100 лет изменяется в пределах 275-515 т/га, в пойменных дубравах (возраст 90 лет) - 534-545 т/га, в байрачных дубравах (возраст 60-80 лет) - 283-430 т/га,

10. Депонирование углерода, в среднем за год, составляем: в нагорных дубравах — 0,92-1,17 т/га, в пойменных дубравах - 1,64 т/га и в байрачных — 1,06-1,28 т/га.

11. В нагорных дубравах в динамике депонирования углерода четко выделяется максимум, приходящийся на 1950-1970 гг. (период большого роста, возраст 40-60 лет), с колебаниями от 1,0 до 2,0 т/га/год. В пойменных дубравах отмечаются два максимума - в 1955-1965 и в 1983-1993 гг. (возрастные периоды: 25-35 и 50-60 лет) с колебаниями от 1,5 до 2,8 т/га/год. В байрачных дубравах выделяется период максимального депонирования углерода в 1975-2000 гг. (возраст 50-75 лет) с колебаниями от 1,0 до 1,5 т/га/год.

12. На основании возможных рядов прироста дуба, атмосферных осадков и циклов солнечной активности составлены прогнозные оценки до 2025 года. В нагорной и байрачной дубравах ожидается повышение прироста (и депонирование углерода), а в пойменной дубраве снижение прироста.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Мартыненко С.Н. Динамика радиального прироста дуба черешчатого в байрачных дубравах Белгородской области / С.Н. Мартыненко // Лес. Наука. Молодежь - 2003: Сборник материалов по итогам научно-исследовательской работы молодых ученых за 2003 год, посвященный 90-летию со дня рождения профессора П,Б. Раскатова / под ред. проф. Л.Т. Свиридова. - Воронеж: ВГЛТА, 2003 — С. 132-136.

2. Мартыненко С.Н. Значение прирусловых лесов и пойменных дубрав как составной их части / С.Н. Мартыненко // Лес. Наука. Молодежь - 2003: Сборник материалов по итогам научно-исследовательской работы молодых ученых за 2003 год, посвяшенный 90-летию со дня рождения профессора П.Б. Раскатова / под ред. проф. Л.Т. Свиридова. - Воронеж: ВГЛТА, 2003. - С. 136139.

3. Мартыненко С.Н. Депонирование углерода нагорными дубравами Воронежской области / С.Н. Мартыненко // Актуальные проблемы лесного комплекса: Сборник научных трудов по итогам 5-ой международной научно-технической конференции. - Брянск: БГИТА, 2004, - С. 97-99.

4. Мартыненко С.Н. Оценка запаса углерода в байрачных дубравах Белгородской области / С.Н. Мартыненко // Лес. Наука. Молодежь - 2004: Сборник материалов по итогам научно-исследовательской работы молодых ученых за 2004 год/под ред. проф. Л.Т. Свиридова. - Воронеж: ВГЛТА, 2004.-С. 51-54.

5. Мартыненко С.Н. Радиальный прирост дуба черешчатого в эдатопах В2 и Сг нагорных дубрав Воронежской области I С.Н. Мартыненко // Лес. Наука. Молодежь - 2004: Сборник материалов по итогам научно-исследовательской работы молодых ученых за 2004 год / под ред. проф. Л.Т. Свиридова. - Воронеж: ВГЛТА, 2004. - С. 54-58.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверенными гербовой печатью, просим направлять по адресу: 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, д. 8, Воронежская государственная лесотехническая академия, Ученому секретарю диссертационного совета.

Заказ №_Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Издательство Зоронежской

государственной лесотехнической академии 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, д. 8.