Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Моделирование хода роста и продуктивности надземной фитомассы кленово-липовых дубрав тульских засек

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Моделирование хода роста и продуктивности надземной фитомассы кленово-липовых дубрав тульских засек"

X

X ч - <

Министерство науки, высшей школы и технической

ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ <5> <С/ МОСКОВСКАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ. ИНСТИТУТ

•о-

На правах рукописи

МУСИЕВСКИЙ Александр Леонидович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ХОДА РОСТА И ПРОДУКТИВНОСТИ .

НАДЗЕМНОЙ ФИТОМАССЫ КЛЕНОВО-ЛИПОБУХ ДУБРАВ

ТУЛЬСКИХ засек (

06.03.02 - Лесоустройство и лесная таксация'

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

москва - 1993

Работа выполнена в Воронежском лесотехнической институте.

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор, Заслуженный лесовод России, В.А. Бугаев.

Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор B.C. Чуенков - кандидат биологических наук, доцент О.С. Ватковский.

Ведущая организация - Юго-Восточное лесоустроительное

предприятие.

Защита состоится " О " ,/Р/йР/^ 19-93 г. в /¿7 час. на заседании специализированного совета Д 053.31.03 при Московском лесотехническом институте, I4I0QI', Мытищи, Московской области, алти.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ш1ТИ.

Автореферат разослан " 2 п (jOevDajJ? 1993 г.

.Учении секретарь специализированного совета, кандидат с.-х. наук, доцент

З.Г. Анясочкин

Актуальность темы. Осноензя зздача лесного хозяйства заключается в рациональном к наиболее полном использовании лесных ресурсов при обязательной их восстановлении, сбережении защитных свойств. Эти проблемы неотделимы от необходимости совершенствования учета лесных ресурсов. 3 полной ыере они актуальны.для смешанных дубрав Тульских засек ввиду особой ценности дубовой древесины, выполнению насаждениями больших защитных и рекреационных функций. Ииенно данный лесной пассив и послужил объектом настоящей работы.

В диссертации решается ряд вопросов по созданию нормативной базы для комплексного учета продуктивности надземной фито-массы кленово-липовых дубрав Тульских засек и построению моделей хода роста смешанных насаждений.

Цели и задачи исследований заключались в разработке методов оценки продуктивности надземной фитомассы и в моделировании хода роста смешанных дубрав Тульских засек, в установлении на основе полученного материала показателей комплексной оценки исследуемых насаждений. При это« решались следующие основные задачи:

1) исследование формы стволов дуба и липы для построения местных таблиц объема и сбега;

2) установление взаимосвязи величины компонентов фитомассы с таксационно-ыорфоыетрическими показателями, разработка таблиц для таксации в статике и динамике надземной фитомассы древостоев дуба и липы в услозиях Тульских засек;

3) разработка динамической модели хода роста смешанных насаждений, учитывающей взаимовлияние древесных пород.

Научная новизна. Для Тульских засек впервые изучены особенности формообразования стволов дуба искусственного происхождения

4 ;

и липы, разработаны местные таблицы объема и сбега. Проведем детальный учет надземной фктомассы в дубравных фитоценэзах, на основе ынояественных регрессионных моделей выявлены закономерности накопления з статике и динамике фитомассы по фракциям. Составлены таблицы длн комплексного учгта продуктивности надземной фитомассы кленово-липовых дубрав Тульских эасзк, включающие оценку санитарно-гигиенических функций. Разработаны дифференциальные модели хода роста смешанных насаждений, учитывающие взаимовлияние древесных пород в условиях совместного роста.

Обоснованность и достоверность результатов исследований подтверждается достаточны« объемом исходного материала, применением при его обработке современных математических методов.

Личный вклад автора. Программа и методика исследований,сбор полевого материала выполнены непосредственно автором. йа также произведены лабораторные исследования, математическая обработка, составление программ для ЭВМ, анализ экспериментальных данных и разработка нормативов, сделаны выводы к дэны практические рекомендации по результатам работы.

Практическая значимость. Местные таблицы объема и сбега дре-востоев дуба и липы, таблицы учета продуктивности кленово-липо-вкх дубрав предполагается использовать в лесоустроительное проектировании и лесохозяйственном производстве для повышения точности таксации, снижения трудоемкости работ при комплексной оценке лесных ресурсов. Разработанные дифференциальные подели хода роста должны послужить улучшению количественной и качественной оценки процесса формирования смешанных насаждений. Разработан комплекс программ для персональных ЭВМ. Разработанные таблицы рекомендованы к использованию Юго-Восточному и Центральному лесоустроительным предприятиям. Тульскому Лесохозяйственному территориально-производственному объединению.

Апробация и публикации. Основные положения и результаты работы доложены диссертантом на Всесоюзных научных конференциях "Интенсификация лесного хозяйства в Западном регионе СССР" (Го. мель, 1990), "Совершенствование научного обеспечения лесохозяй-ственного производства" (Пушкино,1990),"Научные основы ведения лесного хозяйства в дубравах" (Зоронеж,1991), ежегодной научно-практической конференции Воронежского ЛТИ "Комплексное и рациональное использование лесных ресурсов (1989-1992), научно-технической конференции 7Повышение технического уровня лесопромышленного производства и освоение новой техники" (Ивано-Франковск, 1992).

По теме диссертации опубликовано 12' научных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация общим объемом 286 страниц состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы (298 наименований, в том числе 63 на иностранных языках) и приложений. В основном тексте имеется.таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. МЕТОДИКА РАБОТЫ И ХАРАКТЕРИСТИКА СОБРАННОГО МАТЕРИАЛА

В процессе исследований использовались методические положения, содержащиеся в работах: Л.Е. Родина и др.-1965,1968; Д.К. Позднякова-1975; В.К.Захарова-1967; А.А.Иолчанова "»Гв.В.Сиирно-ва-1971; О.С.Ватковского-19?6а,б; А.И.Полубояринова-1976; ?».Г.Се-мечкиной-1978; А.;-!.У#кина-1982,1986; В.А.Усольцева-1985,1988;^ В.В.Успенского-1991.

В качестве объекта изучения были подобраны дубово-липовые древостой искусственного происхождения с полнотой 0,6 и выше, преимущественно ¡1 класса бонитета, в типе лесорастительных уело-

С

вий - дубрава свежая (Д2), типе леса - дубняк кленово-липовый снытьевый, в возрасте 10-100 лет. Пробные площади закладывались

в соответствии с теоретическими положениям лесной таксации .согласно ОСТ 56-69-83. "Пробные площади лесоустроительные, ыетод закладки".

Взятие модельных деревьев осуществлялось для установления принадлежности пробных площадей к одному естественному ряду,определения таксационно-морфометрических показателей, учета фито-массы. Диаметры у модельных деревьев измерялись на относительных высотах 0,0'Н; 0,1*Н; 0,2*Н;...1,ОН. Форма древесных стволов дуба и липы изучалась на основе уравнений образующих применительно к установленный разрядам высот.

Надземная фитомасса деревьев и древостоев определялась по фракциям с последующим переводом в абсолютно сухое состояние.на основе значений базисной плотности древесины стволов дуба и липы и показателей влажности компонентов крон.

Собранный материал систематизировался и обрабатывался известными в лесной науке методами с применением математической статистики, принципов моделирования, дифференциального и интегрального исчислений.

Разработка моделей хода роста смешанных насаждений выполнялась на основе экофизиологической модели динамики таксационных показателей чистого древостоя (Ы.Д. Хорзухин, 1986).

Полученные результаты достоверны для уровня вероятности ■ С,95. Характеристика исходного материала представлена в табл. I. Всего залояено 44 пробные площади с обмером более 16 тыс.стволов, срублено 756 модельных деревьев с обмером стволов и учетом надземной фитомассы по фракциям. Взято более 1200 образцов на влажность и 672 образца для определения базисной плотности стволовой древесины липы. Кроме того использованы 345 модельных деревьев' и данные многократных обмеров на 8 стационарах и 24 постоянных пробных площадях, взятых из материалов лесоустройства и

работы А.Д. Лозового.

Распределение насаждений пробных площадей по возрасту и таксационным показателям

Возраст,:Количест-: Средний лет :во пробных дяанетр, :площадей : си : Средняя : : -высота, : : и : Сумма плода-: дейрсеченяй,: м^/га : Полнота

I- 20 9 2,5-6,2 4,3-7,2 6,7-17,9 0,65-1,04

21-40 10 5,2-13,8 6,9-13,3 11,2-22,3 0,63-1,02

41-60 10 12,3-22,6 12,6-18,6 13,5-27,2 0,60-0,99

61-80 8 20,7-30,2 18,1-22,-7 16,6-30,4 0,62-1,01

81-100 7 28,1-36,4 21,9-25,1 18,3-32,1 0,61-0,98

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЙ

На основании обобщения литературы к лесоустроительных маГе-риалой характеризуются природные, лесорастительные условия и лесной фонд объекта-исследований. Отмечается, что район местополо-.. жения Тульских засек находится в Северной лесостепи и относится к дубово-кленово-липовому лесэхозяйственноыу району на те1:но-се-рых лесных оподзоленных почвах. Лесорастительные и экономические условия благоприятны для выращивания дубово-лаповых древостоев.

3. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В данной разделе приводится обзор литературы, посвященной:

- эколого-биологическии и хозяйственным особенностям дуба черешчатого (U.ü.Орлов,1983; Г.Ф.йорэзоз,1949; К.Б.Лосицкий, 1981; В.Д.Нозосельцев.В.А.Бугаев, 1985 и др.);

- истории создания, особенностям формирования дубрав Тульских засек (А.'Л.Молчанов, 1895; В.Д.0гиевский,1910; З.Ф.Ключников, 1926; А.С.ьатвеев-г.!отин,1931; В.В.Попов,1937; Г.;).Редько,А.А.Ко-ротаев,1937,1988 и др.);

- исследования« биологической продуктивности фитоценозов, в ток: числе дубравных, и комплексному использованию фитоыассы

(Н.П.Ремезов и др.,1959,1963,1968; З.В.Смирнов,1963,1968,1971; А.А.Молчанов,1963,1971,1980; А.Е.Родин,К.И.Базилевич,1965; О.С.Ватковский,1968,1976а,б; Л.К.Поздняков,1968,1969,1973; И.Г.Семечкина,1978; А.Н.Саольянов,1980,1981; В.А.Усольцев,1980, 1985а,б; В.В.Успенский,1980,1983,1991; А.И.Уткин и др.,1982,

1986.1987 и др.);

- математическим методам и моделям в биологических и лесо-таксационных исследованиях (Дж.Китредж,1944; З.К.Захаров,1967; Г.Ф.Хшшги,1975; В.В.Кузьиичев,1977; К.Е.Никитин,А.З.^виденко, 1978; В.Ф.Багинсккй,1984; А.Л.Гутман,1985,1990; В.А.Усольцев,

1985.1988 и др.).

Анализ литературных источников выявил слабую изученность вопросов комплексной оценки лесных ресурсов дубрав Тульских засек. Недостаточно разработана проблема моделирования хода роста смешанных насаждений. На этой основе было определено направление настоящей работы.

СТАТИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТАКСАЦИИ ОБЪЕМОВ И ОИТОаАССЫ ДЕРЕВЬЕВ ДУБА И ЛИПЫ

Исследования формы стволов дуба и липы проводились с помощью уравнений образующих. Анализ ряда функций показал, что *

форма стволов исследуемых пород с достаточной степенью точности описывается параболой 4-го порядка.

Гю результатам обмеров модельных деревьев дуба и липы были рассчитаны средние по разрядам высот значения относительных диаметров ( -¿-X. ) на относительных высотах ( ) (табл. 2). «о.* Н

Форма стволов дуба в коре Ш разряда высот наиболее точно

описывается функцией вида:

2Х )4-17,157(-|-)3+12,787(4-)2-4,758(-^-)+11883 (I)

~ » Н Г Н с н Н

Я = 0,9990 = 1662 9,02

Таблица 2

Относительные диаметры и высоты для стволов дуба в коре

Разряд: Относительные диаметры_

высот :Qj0 . 0Л; 0<2 !0t3 .ол . 0>5 . 0<6 . 0<7 ; 0>8 . 0<9

I 1,75 1,39 1,27 1,18 1,10 1,00 0,88 0,69 0,48 0,24

Е 1,90 1,49 1,33 1,22 1,12 1,00 0,86 0,66 0,45 0,22

У 2,02 1,59 1,40 1,26 1,14 1,00 0,84 0,63 0,42 0,21 Для породы 1,90 1,49 1,33 1,22 1,12 1,00 0,86 0,66 0,45 0,22

Объем стволов определяется интегралом от уравнения образующей: . н

о

где: Н - высота ствола; Я - диаметр на высоте 1,3 м; -

коэффициент формы; F - видовое число на половине высоты ствола, определяемое через уравнение образующей.

Получены формулы для определения объема отдельных частей ствола.

По результатам исследований формы ствола дуба и липы составлены местные таблицы объема и сбега (табл. 3). Сопоставление построенных нами таблиц с существующими по данным пробных площадей показало их более высокую точность (на 5-7$).

Таблицы объема и сбега послужили основой для моделирования в статике значений надземной фитомассы по фракциям деревьев дуба и липы. Полученные показатели переводились в абсолютно сухое состояние. Плотность древесины стволов дуба в условиях Тульских засек изучали многие ученые (H.H.Бурый,1900; Л.М.Перелыгин,1934; И,И.Леонтьев,1940; А.А.Чеведаев,1963 и др.), однако полной картины ее возрастных изменений получено не было. Нами установлено, что динамику базисной плотности древесины стволов дуба, произрастающих в Тульских засеках можно отразить уравнением:

fe - 629,4-2,Ю8'А+0,0139А2-3,15.Ю"5А3 (3)

Я?= 0,996 £ =111,7 3,1

где - базисная плотность, кг/и3; А - возраст, лет.

Подобного рода зависимость получена и для древесины стволов

липы.

»

При построении моделей оценки фитомассы на уровне отдельных деревьев использовался метод множественного регрессионного анализа (Т.Сато,1970; В.А.Усольцев,1985). Была изучена корреляционно-регрессионная структура соотношений такса^онно-морфонетриче-ских и фитометрических показателей и установлено наличие тесных связей между диаметром стволов и компонентами фитоиассы ( ^ = = 0,81-0,93) по породам. Связь с высотой ствола несколько менее тесная ( 1у = 0,60-0,83). Полученные результаты согласуются с данными других авторов (А.Н.Смольянов,1981; Ц.Т.Сериков,1985). .

Для обоснования методики составления таблиц фитоиассы на ЭВЦ была проанализирована модель, включающая в себя большинство таксационных показателей деревьев

Я = Ао+АА.к+А2-*кр+АзЬ кр+А4-Н+А5Д+А6А+А7-Н'Д+ ^

+а8-н2+а9-д2+а10н-д2+апн2д

•л модель, построенная только на значениях диаметра ^ и высоты (Н) и их соотношениях:

р = а0+а1н+а2д+а3нд+а4н2+а5д2+а6нд2+а7н2д2 (5)

Установлено, что применительно к. группам полнот модели, содержащие дополнительно такие морфометрические признаки, как протяженность кроны ( ), диаметр основания кроны (д0 к), диаметр кроны (Дко<), возраст (А) не обладают существенный!! преимуществами перед моделями, построенными только на основе Н и Д. Параметры моделей рассчитывались по программе шагового регрессионного анализа РЕГАНА (Я.А.Юдитскнй,1982) методом наименьших квадратов с последовательным исключением наименее значимых факторов.

Объемы и фитомасса по фракциям для деревьев дуба чарешчатого Тульской области.

Полнота 0,8-1,0. I разряд высот

Диаметр:Объем ствола,м : Фитомасса в абсолютно сухом состоянии, кг

на вы- : в : осз : ствол : ветви :ли- всего

соте 1,3м,см :коре • : коры : древе : сина ¡кора : итого ! <1> : : 3.0 см: а 0,6-3, ":' «и 0 см: 0.6 сы : итого :стья

8 0,0305 0,0245 13,8 2,3 16,1 - 0,6 0,2 0,8 0,25 17,15

12 0,876 0,0704 39,7 6,7 46,4 0,4 2,2 0,6 3,2 0,75 50,35

16 0,1794 0,1441 81,7 13,8 95,5 2,6 М 1.0 7,7 1,6 104,8

20 0,3088 0,2536 141,3 21,7 163,0 6,1 7,3 2,3 15,7 з-,о 181,7

24 0,4754 0,3962 218,3 30,2 248,5 13,7 12,0 3,8 29,5 4,8 282,8

28 0,6861 0,5778 312,9 39,4 352,3 24,3 17,4 5,5 47,2 6,9 406,4 д

32 0,9325 0,7968 425,0 51,9 476,9 38,9 24,1 7,6 70,6 9,5 557,0

36 1,2217 1,0556 554,8 64,9 619,7 57,5 31,4 9,9 98,8 12,5 730,8

40 1,5538 1,3473 702,1 80,6 782,7 80,1 39,3 12,4 131,8 15,4 929,9

44 1,9214 1,6710 867,0 99,6 966,6 106,3 47,9 15,1 169,3 18,6 1154,5

48 2,3194 2,0041 1049,6 123,0 1172,6 136,3 57,1 18,0 211,4 22,0 1406,0

52 2,7702 2,3804 1249,9 152,5 1402,4 170,9 66,3 20,9 258,1 25,7 1686,2

56 3,2574 2,7645 1467,9 190,8 1658,7 210,3 75,0 23,9 309,2 29,5 1997,4

60 3,7778 3,1600 1703,6 242,7 1946,3 252,1 85,6 27,0 364,7 33,5 2344,5-

В результате корреляционно-регрессионного анализа были получены уравнения, описывающие в статике изменения значений фракций фитоыассы в древостоях дуба и липы. Например, для веса древесины и корк стволов дуба они имеют вид:

Рдр=9,48-4,57Д+0,2085НД+0,40052Д2-0,0146НД2+0,00055Н2Д2 (6)

Я1 = 0,995 £=88,6 £„= 2,2

Рк = 4,02-1,57Д+0,47Н2-0,0863Д2-0,0000ЗН2Д2 (7)

R*= 0,969 Vv = 15,7 ?вМ= 2 А

Фитоыасса фракций кроны деревьев дуба (полнота 0,6-0,7) достаточно точно описывается зависимостями:

Рв = -5,65 - 6,147Н2 + 19.878Д2 - 2,16ОД2 (8)

Я2 = 0,910 '^.= 5,9 £«=2,7 .

Рл = 0,33 - 0,009Н + 1,583Д2 - 0,569Н2Д2 (9)

Rf = 0,939 1>=8,1 2,7

На основе регрессионных моделей разработаны нормативы для учета надземной фитомассы по фракциям древостоев дуба и липы, дополняющие местные таблицы объема и сбега (табл. 3).

5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ РОСТА СМЕШАННЫХ НАСАЖДЕНИЙ

На основании изучения роста чистого древостоя H.H. Корзухи-ным (IS86) была построена экофизиологическая модель, приводящая к следующей системе динамических уравнений:

где густота, 0- средний диаметр на высоте 1,3 м; /У и 5)

- соответственно их производные по времени; 1, , it , 13 г , \ , - экофизиологические параметры модели. В смешанном насаждении затраты каждой особи распространи-

13 -

ются и на взаимодействие с другими породами. Учет такого взаимодействия мокно провести, если'в первое уравнение системы (10) ввести члены вида:

з^дад (и)

где М- число пород в насаждении.

Знак параметра Р, учитывающего величину взаимовлияния древесных пород на их средние диаметры, может быть как положительным, так и отрицательным. В первом случае затраты особи положительны вследствие конкуренции со стороны других особей, во втором - присутствие других особей благоприятно влияет на рост первой. Учесть взаимовлияние особей на густоту можно с помощью выражения вида:

(12)

Система нелинейных дифференциальных уравнений, описывающая динамику роста двухпородного насаждения имеет вид:

=гХ'+ГРяс4*

(13)

Для моделирования динамики роста смешанного древостоя в соответствии с решениями скстеиы (13) необходимы следующие исходные данные: а) таблицы хода роста чистых древостсев для каждой из пород, с помощью которых оьределяются параметры модели "гг ,

^ > первая и вторая постоянные интегрирования; б) значения среднего диаметра и числа стволов на Г га каждой породы смешанного древостоя в начальный и конечный моменты времени для определения параметров В и $ , третьей и четвертой постоянных • ин:-еграрования, I = 1,2. йодель (13) была реализована на примере кленово-лкповых дуЗрав Тульских засек. Из условия "нулевого"

приближения на основе данных хода роста семенных дубрав Европейской части России и порослевых древостоев липы Тульской области ,(В.Б.Козловский, В.М.Павлов, 196?)' были определены следующие параметры:

1,= 0,3668 Л, =-0,01 С, 281 «Ю-5

1= 1,«8 ^=-0,6 £=0,372.10"*

»

Результаты моделирования хода роста чистых древостоев дуба и липы показали высокую эффективность разработанной иодели.Средняя ошибка составила: для диаметров стволов дуба - 2,5$, липы -4,8$; для числа деревьев дуба - 6,2$, липы -"3,6%.

За начальный момент времени бил принят возраст 30 лвт, за конечный - 100 лет. Оставшиеся параметры системы (13), учитывающие влияние других пород оказались равными:

Р2 = 0,460 • Pj = -0,3112

ф = -0,1405-Ю"7 ft = -0,3126-ю"5

Знак плюс для Р2 показывает, что липа в процессе роста положительно влияет на величину среднего диаметра стволов дуба. С другой стороны, во второй паре уравнений системы (13) для члена,

учитывающего влияние дуба на средний диаметр стволов липы, был

л

•выбран отрицательный знак. Ко отрицательное значение параметра Pj говорит о том, что дуб также положительно влияет на рост деревьев липы по диаметру. Показатели j>2 и , страдающие влкн-пие густоты одной породы на другую, отрицательны, т.е. увеличение числа стволов одной породы ведет к его уменьшении у другой. Результаты моделирования динамики густоты и средних диаметров древостоев дуба и липы, приведенные в табл. 4, 5, показыьают, что поправки по густоте для стволов дуба незначительны. Для липы, наоборот, велики, достигая 25-50;3. ¿¡алооть поправки в первой случае является математическим выражением того факта, что рост дуба происходит при незначительном искусственном вмешательстве.

Значения густоты древсстоёв дуба и липы при их независимо« и совместном произрастании (на призере кленово-липовых дубрав Тульской области), ит.

Воз-:Чистые древо-:Смеаанные древостой : Поправки в модели (13) раст, стой а/ а/ '• л/ а/: №)'• МО

лет; (4)1

40 14С4 984 1260 680 1268 587 -156 +20 +230 . -617

50 911 759 819 390 847 325 -79 +15 +168 -594

60 630 585 549 263 550 247 -50 +10 +112 -450

70 458 457 409 2081 429 215 -35 +6 +72 -314

80 347 362 317 183' 323 191 -28 +4 +44 -215

90 272' 292 251 168 251 168 -24. +3 +25 -149

100 218 239 2С8 157 200 147 -20 +2 +12 -104

Больаое значение поправки для липы говорит о существенных нарушениях монотонности ее роста путем проведения рубок ухода значительной интенсивности. Аналогичные выводы можно сделать и для средних значений диаметров. Следует только отметить, что поправка по диаметру для дуба, обусловленная влиянием липы, с возрастом увеличивается'с 2,5% до 10,4% по отношению к чистому древостой, что по всей видимости, говорит о суммарном, накопительном эффекте воздействия липы на дуб в исследуемых массивах.

Таблица 5

Значения средних диаметров древостоев дуба и липы при их независимом и совместном произрастании (на примере кленово-липовых дубрав Тульской области),см

рдд^'Чистые древостой; Смешанные древостой :Поправки в .модели (13)

лет! (^р) ; (т%) {($»!с£р5 (и)\(1ъ)\ тЩ

40 11,6 14,4 11,8 12,6 П,9 12,4 0,3 .-2,0

50. 15,2 17,2 16,0 16,8 15,9 . 15,9 0,7 -1,3

60 18,7 19,7 20,3 21,0 19,9 19,0 1,2 ' -0,7

70 22,3 ' 22,0 24,5. 24,1 24,1 22,0 1,8 0

80 25,8 24,2 28,6 26,1 28,3 24,9 2,5 +0,7

90 29,4 26,3 32,7 27,8 32,7 27,8 3,3 +1,5

100 32,9 28,2 36,7 28,9 37,2 30,6 +2,4 '

Помимо сказанного, данные табл. 4, 5 свидетельствуют о высокой точности расчетов,по разработанным моделям для древостоев не нарушенных рубками. Разработанная модель (13) может бить использована- для моделирования хода роста любых других смешанных по составу, сложных по строению древостоев.

б. надземная фитомасса кленово-диловых дубрав тульских засек

Лесоводственная информация, как правило, представлена многомерными данными, поэтому в исследованиях приходится учитывать целый комплекс признаков. Современный многомерный анализ объектов исследований увеличив.ает возможности в получении дополнительной информации из исходных данных. Существует значительное количество его методов. В своих исследованиях мы использовали метод главных компонент, одним из этапов которого является применение редуцированной корреляционной матрицы, которая позволяет проанализировать взаимосвязи таксационно-биометрических показателей. '

После получения матриц для древостоев дуба и липы анализировались зависимости фитомассы стволовой древесины (Рдр)» коры стволов (Рк). листьев (Рл), ветвей (Рв), ветвей с диаметром у основания 0,6 см и Диам0ТР°м 0,6-3,0 (Рв.об-3,0^ 01

таксационных показателей древостоев. Наиболее значимыми из них оказались запас (М), сумма площадей сечений ( 0 ), число стволов (/V), средний диаметр (Д) и средняя высота (Н). Установлено также наличие корреляционных связей высокого уровня между, от-

4

дельйыми фракциями фитомассы древостоев.

На основе данных корреляционного анализа были построены и проанализированы на компьютере полиномы, включающие в себя как таксационные показатели древостоев, так и значения компонентов

надземной фитомассы. Расчеты показали, что,например, динамика накопления фитомассы коры стволов и ветвей в дубовом древостое

может быть описана моделями вида:

Рк = 0,09 + 0,082ÎJ - 1,75'Ю"4!!2 + 3,61*Ю"7М3 (14)

R*= 0,947 £ « 9,6 ÇSJ= 2,8 Ор = -1,4% • Ojj = -17,8%

Рв =-1,03 + 9.5IP2 + 0.I45A + 0,0003р^р (15)

«S 0,949 ^ » 10,1 Ьв=2,8 ' Ор = -1,7% . 0б=±18,4%

Используя регрессионные модели выхода. компонентов надземной фитомассы древостоев дуба и липы, адекватно описывающие процесс ее накопления, получены эскизы таблиц биологической продуктивности'кленово-липовых дубрав Тульских засек (табл.б) для полнот 1,0 и 0,7.

Основываясь на выводах Л.К. Позднякова (1973), З.В. Протопопова и В.И. Зюбиной (1977)-, A.A. Онучина и Л.Н-. Борисова (1984) о перспективности учета фракций-фитомассы путем отнесения их к запасу стволовой древесины в коре, помимо приведенных таблиц построены таблицы таксации надземной фитомассы, приходящейся ка I м древесины, входами в которые служат полнота и средняя высота древостоев. Для чего применительно к полнотам 0,6-1,0 было изучено процентное распределение фракции фитомассы крон и стволов от надземной фитомассы в зависимости от средней высоты древостоев. Исследования показали, что для полноты 1,0 у древостоев дуба доля стволовой древесины составляет 51-74$, коры -10—I'f>S, ветвей - I4-26.S, листьев - 2-9%. С возрастем доля фитомассы стволов увеличивается до 50-60 лет, а затем несколько падает. Доля фитомассы ветвей первоначально падает до 12$, преимущественно за счет увеличения веса толстых ветвей, возрастая за-

Эскиз таблиц биологической продуктивности кленово-липовых дубрав П бонитета

Тульской области .

А, лет Порода нср.':дср.' м .' см • о М : Фитоыасса в абсолютно сухом состоянии, т/га

м"/га : .ствола ветвей1 листьев всего

::синые"!к°Ры :итого 0,6 см.-О.б-З см: 3.0 см : итого

Полнота 1,04

20 д 6,6 5,0 21,0 9,18 1,75 10,93 0,78 2,06 0,04 2,88 0,84 14,65

Лп 7,2 5,3 29,6 10,12 3,26 13,39 1,30 2,16 0,04 3,50 1,42 18,20

Б 9,75 6,1 15,9 6,65 1,51 8,16 0,64 1,10 0,03 1,77 0,59 10,52

Ос 9,2 5,2 8,7 2,87 0,63 3,50 0,21 0,46 . 0,01 0,68 0,23 4,41

Ив 8,1 6,0 4,3 • 1,91 0,38 1,57 0,15 0,31 0,01 0,47 0,17 . 2,21

Кл 6,4 4,8 7,4 3,50 0,68 4,18 0,23 0,38 0,01 0,62 0,29 5,09

40 Д 13,5 11,8 102 46,64 7,06 53,70 1,52 4,79 0,76 7,18 1,94 62,82

Лп 12,8 12,6 64 24,79 5,44 30,23 1,10 2,30 0,36 3,76 1,27 35,26

СО Д 18,8 20,3 168 78,27 10,70 88,97 1,85 6,05 4,54 12,44 2,35 103,76

Лп 18,2 21,0 87 35,13 6,56 41,69 1,17 з,и 0,96 5,24 1,39 48,32

'80 Д 22,8 28,6 216 101,33 13,36 114,69 2,16 6,70 8,86 17,72 2,69. 135,10

Лп 22,5 26,1 105 42,96 7,54 50,50 1,25 3,77 2,0 7,02 1,49 59,01

100 Д 25,5 -36,7 250 117,48 15,38 132,86 2,31 7,16 13,0 22,47 3,02 158,35

Лп 24,2 28,9 117 47,85 8,42 56,27 '1,31 4,21 3,28 8,80 ■1,54 66,61

120 Д 26,7 276 129,64 17,08 146,72 2,40 7,35 16,56 26,31 3,23 176,26

Лп 24,7 31,0 126 51,27 9,08 60,35' 1,34 4,54 4,16 10,04 1,58 71,97

тем до 14%. Уменьшение полноты насаждений до 0,7 приводит к уменьшению доли стволов в надземной фитомассе древостоев дуба, приходящейся на I м3 древесины до 60-79%,' при соответствующем росте доли крон до 21-40%. Для древостоев липы выявлены аналогичные закономерности.

Таблица 7

Стандартная таблица для таксации надземной фитомассы смешанных дубрав Тульской области

Сред-:Надзем~: Распределение надземной фитомассы по фракциям.*

ствол

крона

высо- :томасса ,дре- 2 ветви :ли- ИТО]

та, м :кг/м3 :веси :на -кора итого: с1< : с1 :0.6см:06-3см : с/> :3,0см :ито-:го :стья

Порода - дуб, полнота I ,0

5 754 58 12 70 7 15 - 22 8 30

6 718 62 12 74 6 13 - 19 7 26

7 688 65 12 77 5 12 - 17 6 23

8 668 68 12 80 4 II - 15 5 20

9 650 70 12 82 3 II - 14 4 18

10 638 71 12 83 3 10 I 14 3 17

II 628 72 12 84 3 9 I 13 3 16

12 621 73 • II 84 3 9 I 13 3 16

13 617 74 II 85 3 8 I 12 3 15

14 615 74 II 85 3 8 I 12 3 15

15 614 74 II 85 3 7 2 12 3 15

16 614 75 II 86 2 7 3 12 2 14

17 615 75 II 86 2 7 3 12 2 14

18 616 75 II 86 2 6 4 12 2 14

19 617 75 II 86 2 6 4 12 2 14

20 619 75 10 85 2 6 5 13 2 15

21 621 75 10 85 2 5 6 13 2 15

22 623 75 10 85 2 5 6 13 2 15

23 . 625 75 10 85 2. 5 6 13 2 15

24 628 75 10 V 10 85 I 5 7 13 2 15

25 631 .74 , 84 I 5 8 14 2 16

26 635 74 10 84 I 4 9 14 16

27 639 74 10 84 I ■ 4 9 14 2 16

28 643 74 10 84 4 9 14 2 16

29 647 74 10 84 I 4 9 14 2 16

30 651 74 10 84 I 4 9 . 14 2 16

Изучение особенностей изменения доли надземной фитомассы с изменением полноты, а также ее процентного распределения по фракциям б зависимости от 'средней высоты древэстоев позволило получить таблицы оценки надземной фитомассы древостоев дуба и липы по типу стандартных (табл. 7).

Одной из важных проблем лесного хозяйства является прижизненное использование лесов, непосредственно на месте их произрастания, проявляющееся через реализацию водоохранных, защитных и ■ других -средообразующих функций леса. Отсутствие соответствующих нормативов существенно тормозит данный процесс. Основываясь на методических разработках В.В. Успенского(1991),нами были оценены санитарно-гигиенические функции исследуемых насаждений.Расчеты показали, что в зависимости от возраста I га сомкнутых клено-во-липэвых дубрав оптимального состава ежегодно поглощает из атмосферы 1,95-5,88 т углекислого газа, выделяет 1,49-3,19 т кислорода, 86-175 «г биологически активных веществ, <?саждавт на поверхность земли около 13,1-26,7 т пыли. Полученные данные харак-. теризуют основной компонент, фитоценозов - древостой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований 10-120-летних клено-во-диповых дубрав'искусственного происхождения Тульских засек получены оптимальные модели образующих стволов дуба и липы: опре-• делены'значения вэйазателей плотности и влажности различных фракций фктомассы в динамике; установлены соотношения компонентов '^надземной фитомассы с таксационно-ыорфометрическими показателями деревьев и древостоев; построены множественные регрессионные модели накопления растительного вещества в дубравных фитоценозах; произведена оценка санитарно-гигиенических функций и особенностей накопления химических веществ; разработаны дифференциальные

модели хода роста смешанных насаждений, относящиеся к классу экофизиологических, учитывающие взаимовлияние древесных пород в условиях совместного произрастания. Даны практические рекоиен-дации по оптимизации режимов выращивания исследуемых насаждений. Обобщение наиболее существенных положений позволило сделать следующие выводы:

1. Форма стволов существенно варьирует в зависимости от соотношения эколого-цеиотическнх факторов. На основе исследований особенностей формообразования стволов дуба и липы построены мест- • ные таблицы объема и сбега.

2. Изучены закономерности изменения и определены значения базисной плотности древесины стволов и влажности фракций фитомас-сы крон деревьев дуба и липы, позволяющие производить учет над-* земной фитоиассы в абсолютно сухом состоянии.

3. Процессы накопления фитомассы в насаждениях, относящих-, ся к разным группам полнот, могут бить достаточно эффективно описаны множественными регрессионными моделями, действующими факторами в которых являются диаметр и высота деревьев.

Применительно к группвм полнот построены таблицы оценки » надземной фитомассы древэстоев дуба и липы, дополняющие местные таблицы объема, и сбега.

и. На основе уравнения роста особи в форме баланса органического вещества разработаны.модели хода роста смешанных наса*-• дений, учитывающие взаимовлияние древесных пород. Для определения параметров моделей предлагается алгоритм, реализованный на примере кленово-липовых дубрав Тульских засек.

5. При совместном произрастании в условиях Тульских засек дуб и липа оказывают положительное влияние друг на друга,полученные дифференциальные модели хода роста позволили установить его знак и величину.

6. Накопление надземной фитомассы древостоев является процессом, отражающим характер взаимосвязи динамики фитомассы отдельных фракций. Уменьшение доли стволовой древесины происходит за счет увеличения доли крон.

7. Существуют тесные корреляционные связи не только между таксационными и морфометрическими показателями, но и между отдельными фракциями фитомассы древесных пород. -

На основе регрессионных моделей построены эскизы таблиц биологической продуктивкости кленово-липовых дубрав Тульских засек, а также таблицы для оценки фитомассы по фракциям древостоев дуба и липы, входами в которые являются средняя высота и полнота.

8. Разработаны нормативы учета комплексной продуктивности надземной фитомассы кленово-липовых дубрав Тульских засек.

' Исходя из результатов исследований следует рекомендовать лесхозам и лесоустроительным предприятиям, работающим в Тульской области:

I. Местные таблицы объема и сбега древостоев дуба и липы, дополненные показателями фитомассы по фракциям.

•2. Таблицы продуктивности надземной фитомассы по фракциям кленово-липовых дубрав Тульских засек для полнот 1,0 и 0,7.

'3. Стандартные таблицы для оценки надземной фитомассы древостоев дуба и липы разной полноты.

4. Нормативы по оценке рекреационных функций.

5. Рекомендации по выращиванию высокопродуктивных устойчивых смешанных дубрав.

Для практического применения разработанных нормативов создан комплекс программ для ЭВМ, способствующих повышению точности лесоустроительных работ и снижению их трудоемкости.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

I. Современное состояние и прирост смешанных дубняков Туль- '

ских засек//Ко!.!Плзксное и рациональное использование лесных ре- • сурсов/ВЛТИ.-Воронеж,1987.-С.7-11.-Деп. ЦБНТИлесхоз 16.07.87. й 619-Лх 87 (в соавторстве). :

2. Динамика плотности древесины дуба череичатого, произрастающего в Тульских засеках и Шиповом лесу.-Воронеж,1988.-6 с. -Деп. ЦБНТИ лесхоз 15.07.88. № 717-Лх 88 (в соавторстве).

3. О фитопродуктивности искусственных дубняков Тульских за-сек//Комплексное и рациональное использование лесных ресурсов/ ВЛТП-Воронеж,1988.-С.58-62.Деп.ЦБНТИ лесхоз 06.12.88 ® 747-Лх 88. (в соавторстве).

Возможные модели формирования искусственных дубовых насаждений в условиях Тульских эасек//Комплексное и рациональное использование лесных ресурсов/ВЛТИ.-Воронеж,1988.-СЛ7-52.-Деп. ЦБНТИ лесхоз 06.12.88. N? 747-Лх 88 (в соавторстве).

5. Формирование дубовых древостоев в Крапивенском лесхозе// Лесоводство, лесные культуры и почвоведение.-Ji.-1989.С.29-31

(в соавторстве).

6. Моделирование фитопродуктивности кленово-липовых дубраз Тульских засек// Интенсификация лесного хозяйства в Западном

■ регионе СССР.-Гомель,1990.-С. 27-28.'

7. Рубки ухода - важный фактор качественного формирования дубрав Тульских засек//Вопросы комплексного использования лесо-ецрьевых ресурсов.-Воронеж,1990.-С.97-101.

8. Исследование формы ствола дуба черешчатого Тульской об-ласти//Совершенствование научного обеспечения лесохозяйственного производства.-Лущкино, 1990.-СЛО.

9. Исследование формы древесного ствола липы мелколистной в условиях Тульских засек//Научно-технический прогресс в отраслях лесного комплекса.-Л., 1990.- С.50-52 (в соавторстве).

10. Моделирование хода роста многопсродного древостоя на ос-

24 * '. *

нове зколого-физиологической модели динамики древесных насаждений." Ворон еж,1991.-22 с.-Деп. ЦБНТИ лесхоз I7.0I.9I.fc 875-Лх 91 (в соавторстве).

II. Модель роста смешанного дубового древостоя Тульских 'засек// Научные основы ведения лесного хозяйства в дубравах.-Воронеж,1991.- С. 71-72 (в соавторстве).

• 12. Моделирование оптимальной густоты кленово-липовых дубрав Тульских засек//Повьшение технического уровня лесопромышленного производства и освоение новой техники: Тез. докл.науч-техн. конф. 17-18 сентября 1992 г.-Ивано-Франковск,1992.- С. 25-26 (в соавторстве).

г. Воронеж "Леспроект" Заказ № 2?5 тираж 400 от ОДШг.