Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

НАДЗЕМНАЯ ФИТОМАССА ДРЕВОСТОTВ ЕЛИ ПРИКАМЬЯ УДМУРТСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "НАДЗЕМНАЯ ФИТОМАССА ДРЕВОСТОTВ ЕЛИ ПРИКАМЬЯ УДМУРТСКОЙ РЕСПУБЛИКИ"

/-ЗШ9

На правах рукописи

Петров Александр Александрович

НАДЗЕМНАЯ ФИТОМАССА ДРЕВОСТОЕВ ЕЛИ ПРИКАМЬЯ УДМУРТСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

Специальность 06.03.02 - Лесоустройство и лесная таксация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

'"

Йошкар-Ола

2004 \

ч

Работа выполнена на кафедре лесоустройства и таксации леса ФГОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Соколов П. А.

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Сухих В.И.

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Алексеев А.В.

Ведущая организация

Федеральное государственное унитарное предприятие «Поволжский лес-проект»

Защита состоится 22 декабря 20$4 года у )310 часод на заседании диссертационного совета Д 212.115.03 в Марийском государственном техническом университете по адресу: 424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3, факс, (8362) 410872

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Марийского государственного технического университета.

Автореферат разослан /У ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук

Демаков Ю.П,

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время биосферой планеты очерчены общие пределы человеческой активности, что обусловило возникновение парадигмы устойчивого развития (sustainable development). При этом на первый план выступает биосферостаб илизируютая функция лесов, а лесопользование включая обеспечения человека белком рассматривается как подчиненная задача (Нильсон,1999), следовательно, ф!Ш)масса лесных экосистем имеет планетарное значение, обеспечивая энергетические ресурсы функционирования биосферы.

Специалистов лесного хозяйства проблема изучения фитомассы интересует прежде всего с точки зрения получения, не только древесины, но и дополнительных продуктов леса. Передовые технологии лесопользования основаны на переработке древесной зелени, in которой можно получить эфирные масла, хлорофилло-каротнновую пасту, хвойную витаминную муку, биологически активные вещества и так далее.

Ельники Прикамья, включая Удмуртию, с позиций продуктивности фитомассы, практически не щучены, региональные нормативы для таксации не разработаны, поэтому тема работы является актуальной.

Цель и задача исследований Основной целью исследований является выявление закономерностей накопления фитомассы надземной части древостоев ели в условиях Прикамья на примере Удмуртии.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Проанализировать состояние вопроса по литературным источникам.

2. Изучить природные условия района исследований.

3. Выявить изменчивость фитомассы и связь ее с таксационными показателями стволов и древостоев, обосновать точность исследований.

4. Изучить строение древостоев по числу стволов и фитомассе

крон.

5. Создать математические модели зависимости фитомассы крон диаметра стволов и по разрядам высот древостоев.

6. Выявить динамику фитомассы с возрастом древостоев в зависимости от лесорастительной зоны и производительности древостоев.

7. Разработать нормативы таксации абсолютно сухой массы древостоев.

Научная новизна. Впервые для ельников Удмуртии установлена изменчивость, а также парные н множественные зависимости надземной фитомассы от таксационных показателей стволов и д^ев^сд^^

Выявлены закономерности накопления растущей массы деревьев в древостоях, разработаны нормативы ее учета.

Проанализировано строение древостоев ели по фитомассе крон (составлены таблицы динамики таксационных показателей и фнтомассы модальных ельников).

Практическая значимость полученных результатов. Для древостоев ели Прикамья Удмуртской Республики разработаны нормативы таксации, которые представлены в аналитическом и табличном видах:

- таблицы высот,- объемов стволов и свежесрубленной массы

крон;

- мзсса стволов и крон деревьев по разрядам высот древостоев;

- ряды распределения числа деревьев и фнтомассы крон;

- динамика основных таксационных показателей и надземной фктомассьг. ■ . ■ ' ' •

Лесотаксацнонные нормативы внедрены в производство для использования их на территории Удмуртской Республики (протокол НТС Лг 3 от 19.03.2004 г.).'

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Изменчивость и взаимосвязь фнтомассы с таксационными показателями стволов и древостоев.

2. Закономерности строения древостоев по числу стволов н фитомассе крон.

3. Накопление фнтомассы деревьев ели европейской в зависимости от их таксационных показателей.

4. Закономерности накопления надземной фнтомассы с возрастом древостоев.

Личный вклад автора. Автор определил цель и задачи исследований, принял непосредственное участие в составлении программы и методики работ, обосновал выбор объектов, осуществил сбор и обработку полевых материалов в период с 1998 т. по 2004 г. Систематизация и анализ полученных данных, а также их обобщение проведены непосредственно автором: '

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались,"на региональной научно-практической конференции «Аграрная наука - состояние и проблемы» (Ижевск, 2002); Всероссийской научно-практической конференции «Адаптивные технологии в растениеводстве. Итоги и перспективы» (Ижевск, 2003); региональной конференции «Проблемы использования, воспроизводства и охраны лесных ресурсов Волжско-Камского региона» (Казань, 2004); регио-

нальной научно-практической конференции «Jlec, экология, человек» (Йошкар-Ола, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, н том числе одна монография (в соавторстве).

Структура и объем диссертации, Диссертационная работа сострит го введения, 6 глав, выводов и предложений производству, библиографического списка литературы и приложений. Объем работы составляет 135 страниц, в том числе 36 таблиц и 5 графиков. Библиографический список литературы включает 223 наименований, в том числе -1б иностранных авторов. .

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

В соответствии с Международной биологической программой с 1965 г. велись широкие исследования биологической продуктивности суши и водоемов. В этой рабою, наряду с зарубежными, активное участие принимали и отечественные ученые. Различные компоненты лесных насаждений ту (ал и в разное время Н.И. Базилсвич, Л.Е. Родин <1965), Л.К. Поздняков и др. (1969), В.В. Смирнов (1971), О.С. Вазовский (1976), В.В. Гот и ко в (1976), Н.В. Дылис,.Л.М. Носова (1977), М.Г. Семечкик (1978), П.А. Соколов (1978), К.С. Бобкова (1982), A.C. Аткин (1984), A.C. Исаев, Г.Н. Коровин, В.И. Сухих (1995), Э.А. Курба-иов (2002) и многие другие. ,,

Значительный вклад в изучение продуктивности темнохвойных лесов внесли П.В. Воропанов (1950), Д.П. Столяров, В.Г. Кузнецова (1975), И.И. Гусев (1978), Ф.В, Лглиуллии (1991), А.Х. Газизуллин и др. (2000), В.А. Усольцев (2001,2003) и другие авторы.

Вопросами классификации методик обработки материалов наблюдений и информационных технологий, в том числе по изучению роста и производительности лесов, занимались К.Е. Никитин (1972), И.В. Кар-манова (1976), ВЛ. Черных (2000), В.А, Усольцев (1993), Ю.П. Демаков (2000), Ю.Ю. Герасимов, В.К. Хлюстов (2001) и другие.

, Результаты работ разных авторов по изучению фитомассы в лесах России имеют большие расхождения, что обусловлено разными методологическими подходами в решении поставленных задач. Как правило, расчеты фитомассы основаны на распространении данных отдельных наблюдений на большие территории России, а не на усреднении большого количества локальных исследований. Кроме того, в существующих лесотаксационных нормативах (1992) недостаточно полно учтена специфика лесорастительных условий района исследования.

2.РАЙОН, МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ОБЪЕКТЫ И ОБЪЕМ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ

По лес (»растительному районированию Удмуртская Республика расположена в зоне хвойных лесов — подзоне южной тайт (ссверкая часть) и зоне смешанных лесов - в подзоне хвойных лесов с липой и дубом-(гожпая часть). По различию природных и экономических условий и особенностям ведения лесного хозяйства республика дел шея на два лесохозяйственных района:

- северный промышленво-лесохозянственный район;

- южный лесохозяйствен ны П район.

Поверхность территории республики, в общем, представляет собой увалистую равнину, постепенно понижающуюся с севера на юг и с нос-тока на запад. Поступление солнечной радиации в республике Удмуртия колеблется от 85'ккая/см1 на севере до 89 ккад/см2 на юге. Дсрново-подзолистые почвы занимают 80 % территории республики, средне- и сильнонодзоиистые — 75 %. По долинам рек расположены плодородные аллювиальные почвы/

Насаждения с преобладанием ели занимают более 0,5 млн. га, или 34 % обшей лесопокрытой площади. Более половины (52,7 %) площади с преобладанием ели сосредоточено в IV и V классах возраста, спелые и перестойные насаждения занимают 35,8 %. Насаждения ели характеризуются высокой производительностью, преобладают I и II классы бонитета. Средняя относительная полнота 0,68. Преобладающим типом леса в насаждениях ели является ельник кисличник (32 %), далее следует ельник черничник (14 %) и ельник липовый (12%),

Основные методы исследования - методы пробных площадей, методы математической статистики и моделирования, а дополнительной информационной основой послужил банк данных глазомерно-измерительной таксации региона.

Для исследования фитомассы крои заложено 29 пробных площадей возрастом от 17 лет до 121 года. Класс бонитета насаждений 1,И, III, тип леса ельник-кисличник и ельник черничник, тнн условий места произрастания С;, С!, Вз.

На основе полученных данных вычислены коэффициенты парных корреляций таксационных показателей стволов' и биометрических показателей побегов в кроне дерева.

На каждой пробной площади срублено п обмерено но 10-15 модельных деревьев, общее их количество составило 355 штук. У 77 мо-

дельных деревьев (по 2-3 дерева на каждую пробную площадь) проведено подробное описание каждого побега. Общее количество замеренных побегов составило 3,7 тыс* штук.

Строение лревостоев изучалось на основе 29 пробных "площадей, заложенных для изучения живой массы крон н данных 166 материалов отводов лесосек. Все древостой группировались по значениям средних диаметров, в пределах которых число стволов суммировались по ступеням толщины, и определялся их процент от общего числа деревьев. При этом приняты двух сантиметровые ступени толщины при среднем диаметре древостоя 8...16 см и ч еты рехсантиметровыс - при среднем диаметре более 16 см.

Для исследования динамики таксационных показателей использованы данные инвентаризации выделов по трем классам бонитета в количестве до 40 штук на каждый класс возраста.

В целях изучения возрастной структуры ельников было заложено 5 пробных площадсИ на лесосеках 2002 - 2003 гг. возрастом от 78 до 105 лет. Число деревьев на каждой пробной площади не менее 100 штук. На каждом пне подсчитывал ось число слоев, определялся диаметр пня, число лет периода угнетения и диаметр периода угнетения.

Сбор материала осуществлялся с 1998 г. по 2004 г. - ■

3. ИЗМЕНЧИВОСТЬ И ВЗАИМОСВЯЗЬ МАССЫ КРОН С ТАКСАЦИОННЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ СТВОЛОВ И ДРЕВОСТОЕВ

Для изучения изменчивости ч взаимосвязи массы крон использованы модельные деревья, которые взяты из всех ступеней толщины и, следовательно, образуют малую выборку, характеризующую древостой в целом. По данным моделей вычислены коэффициенты варьирования массы крон (т1р), диаметра стволов на высоте {,3 м (<1), высоты (Ь) и объема ствола (у),

В целом для всех групп возраста наибольшей изменчивостью в пределах древостоя характеризуется объем ствола (57...132 %), затем следуют масса кроны (49...113 %), диаметр стволов (25...62 %) и высота стволов (16...54 %).

По всем таксационным показателям среднее значение.коэффициента изменчивости уменьшается с увеличением среднего возраста древостосв: диаметра стволов в среднем-от 46 % для молодняков (средний возраст 25 лет) до 41 % для спелых лревостоев (средний возраст 99 лет); высоты ствола соответственно — от 38 % для молод-

каков до 27 % для спелых древостое«, объема ствола — от 108 % до 83 %; массы крон - от 93 % до 74

Для изучения тесноты связи между таксационными показателями стволов ели использованы пробные нлошади разного возраста, класса бонитета и полноты. Для каждой пробы вычислены коэффициенты парных корреляций между таксационными показа геля ми стволов (диаметра — ti, высоты — h, объема ствола — v, сырой массы кроны — ш^,).

Средний коэффициент, корреляции, характеризующий связь массы крон с диаметром, высотой и объемом стволов, а также максимальные и минимальные его значения приведены в таблице 1.

Таблица I • Значение коэффициенте!) Koppf.iMuiui гакс*инош>ых показателей ЧОЛСЛЫ1Ы1 деревьев 8 дреоостоя* елн

Т&КСЗШЮННЫС показатели стволов Коэффициент корреляции, характерную« пШ связь массы крон с лаксациоиныии показателями стволов

г« Ген«

<1 0.91 ± 0.02 0,4S 0,99

Ъ ' 0.86 ± 0,02 0.52 0,95

V 0,94 ± 0,02 0,67 0.99

Связь фнтомассы крон с высотой стволов тесная (г=0,8б), с диаметром и объемом стволов - очень тесная, коэффициенты корреляции составляют в среднем соответственно 0,91 и 0,94,

Точность определения среднею возраста древостоя на пробных площадях колеблется в пределах 2...6 %. Коэффициент варьирования возраста отдельных деревьев лежт в пределах 14...35 %. По общепринятой шкале характер изменчивости колеблется от значительной до большой, а древостой можно отнести к условно разновозрастным и разновозрастным. При перечете деревьев древостоя яруса в условно разновозрастных лревостоях не наблюдается ясно выраженной двух верши н-ности кривой распределения, что подтверждается данными 166 лесосек при их отводе в рубки главного пользования, следовательно, не наблюдается обособленных естественных поколений. Какой-либо зависимости коэффициентов асимметрии н эксцесса от среднего возраста древостоя не наблюдается; Коэффициент асимметрии лежит в пределах от -1,3 до +1,4, а коэффициентэксцесса -от-1,1 до +1,8.

Все статистические показатели рядов распределения достоверны, коэффициент достоверности 1>3.

Для разработки нормативов таксации в совокупностях древостоев по стратам необходимо выявить тосноту связи между различными таксационными показателями, выбран, наиболее приемлемые парные кор-

реляции и на их основе составить нормативы, позволяющие наиболее экономно и с достаточной точностью проводить таксацию.

Но материалам пробных площадей выявлена взаимосвязь средних таксационных показателей лревостосв.

Таблице 2, Матриц »коэффициентов парных корреляций средних таксационных показателе)! древостоев ели_ '

Показатели Средние т&хсашгонние похаг&тсж и ко>ффт!»#енты парных корреляции

Хк М Л Н О и

М 0,93 1,00

Л 0.64 0,67 1,00

Н 0,90 0,94 0,80 1,00

О 0,66 0.74 0,85 0,89 1,00

НК 0,93 0,94 .0,69 0,96 0,79 1,00

м + М -0,85' -0,83 -0,59 -0,89 ' -0,75 -0,95 1,00

0.16 0,08 0,25 0.18 0,14 0,03 0,12

Примечание: - С)«ма плсша^еП сеч^иия на I га, м1; М - шизе стволовой древесины, м ; Л - вО)расг древостоя, лэт; 1[ - средняя еысота древостоя, м; Г> - средний диаметр дреьосим, см; НК - вндоеач высота, м.

В соответствии с целями исследований, прежде всего, интересует связь запаса стволовой древесины л массы крон с другими таксационными показателями. На основе данных таблицы 2 можно сделать следующие выводы.

. Устойчивой обратной связью характеризуется масса крон, приходящаяся на 1 м' древесины стволов ) - с суммой площадей

/ м

поперечных сечсннН (г = -0,85), с запасом древостоя (-0,83), с видовой высотой (-0,95), со средней высотой древостоя (-0,89), с средним диаметром (-0,75)и возрастом древостосв (-0,59).'

Очень тесной связью характеризуется показатель т V ,/ с видовой

высотой, но использовать эту связь с целью разработки нормативов таксации нецелесообразно, т. к. определить видовую высоту в полевых условиях сложно.

Высокой связью характеризуется масса крон, приходящаяся на 1 м5 со средним диаметром (г 11 -0,75) и средней высотой (-0,89) древостоя. Использовать эти виды связей целесообразно при составлении нормати-

вов по двум выходам в таблицу: средний диаметр и разряд высот древостоя. Предложена математическая модель:

0.455./Г»-- _;/?2=0(741. (])

М 6,298-10"* с/"0,16'

Масса-крон, приходящаяся на 1 м2 суммы плошадей поперечных сечений ™ у , характеризуется слабой связью со всеми такса цнонны-2<г :

ми показателями древостоев (1—0,03...0,25) и использовать эту связь нецелесообразно.

4. ТАКСАЦИЯ ФИТОМАССЫ ДЕРЕВЬЕВ В ДРЕВОСТОЕ

При составлении таблиц надземной фитомассы деревьев ели в дре-востоях пробные площади были разнесены по значениям средних диаметров и высот. С учетом соотношения этих показателей образовано 3 разряда высот, по которым распределены все модельные деревья по значениям ступеней толщины. Для каждого разряда высот рассчитаны математические модели:

1 разряд V = 3,02-10-* Л1 = 0,990; (2)

2 разряд у = 4,58-10^ -й* ■ /Л'",«2 = 0,992; (3)

3 разряд V = 1,25 • 1 О*4 ■ <Р ■ Л1 = 0,958; (4)

1 разряд тф=0,110'</1>ехр(-0|095-АХ^3=0>750; (5)

2 разряд т^ = 0,131-Лг • ехр(-0,540■ А), Д1 =0,815; (6)

3 разряд т^ = 0,147-с/г -ехрС-0,785*А), Д2 -0,909. (7)

С увеличением порядкового номера разряда высот масса крон в пределах ступени толщины увеличивается, а объем ствола уменьшается (табл.3). Подобное соотношение характерно для других древесных пород (Соколов, Курбанов (1994).

Для вычисления доли хвои в массе древесной зелени использованы данные пробных плошадей. Для каждой из них по навескам вычислены средние значения процента хпои в древесной зелени.

Таблица 3 - Объемы (у) и свсжета готовленная масса крон (%) стволов ели по разрядам высот лргв№СТоев (выровненные ланит)

О, см 1 разряд 11 разряд Ш раэрял

V. м' кг V, м' 1Л№ кг V, м1 т.р, кг

8 0,023 7,4 0,021 ■ 8.4 0.019 9,4

10 0.044 11.3 0,041 13,1 0.038 14.7

12 0.075 16.1 0.069 18.9 0.063 21,2

14 0,117 21.8 0.106 25.7 0.095 28.8

16 0.170 28,3 0,153 33.5 0,136 37,6

18 0,235 35.8 0.211 42,4 0,207 47,6

20 0.313 44.1 0,280 52.4 0.270 58,8

22 0,405 53.4 0359 63,4 0,339 71,1

24 0.504 63.5 0,449 - 75.5 0,422 84,7

26 0.629 74.5 0,553 88.6 0,510 99,4

28 0.760 86.3 0,665 102,7 0,609 115.2

30 0,904 99.1 0.791 117,9 0.714 132.3

32 1.061 112.7 0,925 134,1 0.831 150.5

34 1.234 127 Л 1,072 151.4 0.951 169,9

36 1.414 142,6 1.228 169.8 1.031 190,5

38 1.610 158.9 1.393 189Д 1.221 212.3

40 1,1115 176,1 1.565 209.6 1370 235,2

42 2.029 194.1 1.750 231,1 1,522 2593

44 2.258 213.0 1.940 253.6 К683 284.6

46 2.439 232.8 2.135 277.2 1.849 311.1

48 2.733 253,5 2.340 301.8 2,029 338,7

50 2,485 275,0 2.547 327,5 2,207 367,5

52 3,250 297,5 2.765 354,2 2.398 397,5

54 3.528 320.8 2.991 382.0 2.593 428.7

56 3,806 345,0 3.270 410.8 2.795 461.0

5» 4,096 370,1 3,519 440.7 3,006 494,5

60 4.398 396,0 3,778 471.6 3.224 529.2

62 4,711 422,9 4.242 - - -

1 64 5.036 450.6 4,520 - ■ - -

Какой-либо зависимости доли хвои от зоны произрастания и таксационных показателей древостоя не наблюдается. Поэтому для дальнейших расчетов использована средняя величина этого показателя (таблица 4).

Таблица 4 -Статистические показатели процента лвои в древес ной зелени

' С1 мистический показатель Значение показателя

Среднее значение признака, X ± щ, 75,2 * 0,9

Коэффициент варьировании. У-1 т. • - 5.6 £ 0.8 %

Точность опыта, Р* ту 1,2 * 0,2 П .

Варьирование процента хвои в древесной зелени составило в среднем 5.6%, точность определения средней ее величины высокая и составляет \,2%. Все статистические показатели достоверны (1 >3). •

Очень высокой прямой связью характеризуется диаметр ствола на высоте 1,3 м со средним диаметром побега у его основания (г^0,95). Высокая связь характерна для диаметра ствола и средней массы побега в кроне (г=0,90); диаметра ствола м массы кроны (г*0,84); диаметра ствола и числа побегов в кроне (г'0,76). Умеренная связь существует между диаметром ствола и длиной части побега от его основания до лапника (г-0,45).

Процент кроны на дереве характеризуется слабой и обратной связью с диаметром ствола (г=-0,10), с высотой ствола (г—0,17) и возрастом дерева (г'-0,01). '

5. СТРОЕНИЕ ДРЕВОСТОЕВ ЕЛИ

В результате обработки материалов получены ряды распределения числа деревьев по ступеням толшнны и графики распределения, а также статистические показатели рядов распределения (таблица 5).

Таблица 5,- Статистические показатели рядов распределения по диаметру стволов в Еревостоих_

Средний диаметр, см (патетические показатели

коэффициент ' варьирования КО)'||фиииенТ асциметрни Л коэффициент эксцессаЕ

8 48,4 0,4880 2.6346

12 40,4 0.6270 3,1245

16 38.2 . 0,8557 3,5076

20 31.6 0.4660 3,1340

24 33,2 0.6328 -' . 3.2846

2В 32,3 0,5333 3,1056

32 - ■ 32.4 0.38(12 2.8458

36 32.4 0,4418 3.1972

Изменчивость обшего числа стволов в тонкомерных ступенях среднего диаметра (8...16 см) зависит ог среднего диаметра древостое», коэффициент изменчивости закономерно уменьшается от 48,4 % для среднего диаметра 8 см до 38,2 % для среднего диаметра 16 см. Для древо-стоев средним диаметром 20.,.36 см варьирование числа стволов лежит в пределах 31...33 %. В целом изменчивость диаметров стволов в совокупности древостоев колеблется в пределах 31...48%.

Для древостоев во всех ступенях среднего диаметра показатель асимметрии (А) оказался положительным. Следовательно, по сравнению с кривой нормального распределения эти кривые являются ско-

шенными влево, с более пологой правой частью - «шлейф» справа, причем в ступени 16 см этот скос оказался больше, чем в остальных ступенях среднего диаметра.

Показатель эксцесса (крутости) для ступеней среднего диаметра 12...28 см и 36 см положительный, т. е. в этих лрсвостоях по сравнению с кривой нормального распределения, происходит более сильное накопление частот в центральных ступенях толщины. Для ступеней среднего диаметра 3 см и 32 см соотношение меняется, и кривые приобретают Солее пологий характер.

Для изучения процентного распределения фитомассы »фон по ступеням диаметров стволов на высоте 1,3 м были использованы вновь составленные таблицы объемов стволов и массы крон по разрядам высот древостосв, а также ряды распределения числа стволов по ступеням толщины. При этом число стволов каждой ступени толщины умножалось на массу кроны одного дерева и для каждого ряда распределения (для каждой ступени среднего диаметра), условно взятого за* 1000 деревьев, определялась общая масса крон древостоя и находилось процентное распределение массы крон по ступеням толщины.

Статистические показатели рядов распределения фитомассы крон ели по ступеням толщины представлены в таблице б.

Коэффициент варьирования процентного распределения массы крои по ступеням диаметра стволов практически не зависит от среднего диаметра древостоя и лежит в пределах 27...31 %.

Таблица 6. - Статистические помнатсли рядов распределения фитомассы крон ели но ступеимч толщины____

Средний диаметр, см Статистические показатели

коэффициент варьирования коэффициент асимметрии Л коэффициент эксиесса Е

8 29,5 -0,2139 2,7404

12 31,3 0,3227 2,6631

16 30,7 0,3960 2,7650

20 29,7 0,4358 2,9391

24 29,0 0,3694 2,7958

28 28,1 0,3291 2,9011

32 27,1 0,2580 2,8616

36 27,2 0,3468 2,9824

Для всех ступеней среднего диаметра (за исключением среднего диаметра $ см) показатель асимметрии (Л) оказался положительным, как и в рядах распределения числа стволов по ступеням толщины. Следовательно, по сравнению с кривой нормального распределения, эти

кривые являются скошенными влево, с Солее пологой правой частью — «шлейф» справа, причем значительного расхождения в асимметрии в ступенях среднего диаметра 12...36 см не наблюдается, коэффициент' асимметрии в этих ступенях лежит в пределах 0,22.. .0,44.

" Показатель эксцесса (крутости) для всех ступеней среднего диаметра является величиной отрицательной в отличие отрядов распределения числа деревьев по ступеням толщины, т.е. распределение процента крон в дреностоях носит более пологий характер по сравнению с кривой нормального распределения.

Сравнение рядов распределения числа деревьев по ступеням тол-шины и массы крон в этих ступенях (табл.7) показывает явное несовпадение кривых процентного распределения этих рядов.

Таблшя 7,- Ряды распределения числа деревьев к массы крон по ступеням толщины в древостоя* ели сред и ши диаметром 20,28 н 36 см_

Ступень толщины Ряды распределения, % по ступеням толшинм в зависимости ог см

20 28 36

число стволов масса крон ЧИСЛО Ство. юе массл крои ЧИСЛО стволов масса крон

1 2 ■ .3 4 5 6 7

4,3 - • •

12 13.» 5,5 ■ - 52 0,9 2,0 0.2

16 22.9 13,6 п.о 3,5 4,8 1,0

20 24,7 22,1 15.5 7.8 7.1 2,1

24 17.2 21,6 18,3 12,2 11.6 5,4 -

28 • ■ 10.5 17.0 17,0 173 14,1 8.9

32 4.0 10,0 13,1 17,2 15,2 12.4

36 2,0 5.5 9.0 15,4 13,7 15,0

40 0.4 2,6 5.4 11,0 11,4 15,3

44 0,2 1,5 3,0 6.6 7,9 12,7

4Ь ' 1.4 4,1 5,3 9,4

52 - - 0,7 2.4 3,1 6.7

56 - , . 0,3 и 1,6 4.5

60 - - 0,1 0,4 1,0 3.0

64 - - . 0,7 1,8

6К - - - 0.3 1.0

72 - - - - 0.2 0,6

Итего 100.0 100,0 1С0,0 100.0 100.0 100.0

Ряды распределения массы крон при всех одномерных ступенях среднего диаметра смещены вправо по сравнению с процентами числа стволов. В толсто мерных'ступенях среднего диаметра (28...36) не совпадают ступени толщины с максимальным числом стволов и максимальным процентом. кроны. Так при среднем диаметре 28 см максимальное число стволов приходится на ступень толщины 24 см (18,3

максимум фнтомассы крон - на ступени 28 и 32 см (17,3 %; 17,2 %); при -среднем диаметре древостоя 36 см соответственно — на ступень 32 см (15,2 %) и ступень 40 см (15,3 %). Данное обстоятельство имеет важное значение при теоретическом обосновании отбора деревьев при рубках ухода. При заданном проценте отбора деревьев в рубку процент массы крон этих деревьев будет ниже, чем число деревьев.

6. ДИНАМИКА ТАКСАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ФИТОМАССЫ

ДРЕПОСТОЕВ

В основу изучения и выравнивания таксационных показателей легли средние их значения по классам возраста. При этом было выявлено, что запасы и суммы площадей поперечных сечений стволов древостоев в подзонах южной тайги и хвоК| ю-широко лиственных лесов различаются существенно за исключением мололняков (коэффициент существенности различия I колеблется в пределах 2,9...4,3).

Таблица 8. 1Ма гемати ч к ки с мчлмн х<ин роста ельников для пропимпропаппп сырой фнтомассы__

I класс бонитета, полюна южной тайги

1Н32,2538)(Ьехр(-А0 0720>-0 0007-Л)'<3.5176+0 0181-А+О 000006-А"2--0 000002■Л'-З) (8)

П-(38 6426) (1-«хр(-А ((0.0321)-1(-0.0009) А))''((4.7853>+(0 007В)'А»-40 000003) А*2Ц-ООООООПА*3). т

М=С446.9Я60) (1-е\р(-А ((0.1оЗЗ>Ц-00012)-Л))'«В.1М4)-Ц-0 0041) Л*1 +(-0 000001УАл2+(0 000000)-Ал 51 00)

1О-М/<1.78984О+(0 422135) Н) ... ("О

2 класс бонитета, пчлэона южной тайги

Н-{ЗОЧ)814)(1-ехр(-Л({0.0:90)-{-0.0001)Л4(01ЮОООО)ЛЛ21- +(0 000000)'ЛлЗ)))л((2-0681)+(-(1.0023) Л+(-0 000001) Ал2+(0 000000)-ЛЛ3> (12)

0=(35.0395)(1-ехр{-А ((0 0304}+(-0.1,0,)2)Л+(0 000000) Ал2+ +(ОООСЮОО)-Л',З^Г((2.0429)+(-0.0015)'ЛЦ*ООООООПЛп2МО 000000»-АЛ3) (13)

М* (399.1490)■( 1 -ехгК-А- ({0.005 9) НО ТОО 1)- Л НО ОООООО )АЛ2+ +(0000000)-АЛ3)»'У(0.9869Н(0 0005>Л+(ОСООООО)-АЛ2НООООООО)ЛЛ3) (14)

1&*М/(1.061770М0.42К462)И) (15)

3 класс бонитет, подзона южной тзПги (16»

Н-(31.1378Н1-ехр(.Д-((0,0048)+(0.(Ю01)Л+^000000)Ал21-40 000000)АлЗ))1'<(0-97821+(0 С009]Л+(О.СООСЮП'АЛ2НО 000000)'Л"3) (17)

[>=(44.4989) (1-схр(-А((0.0059)+(0 0000)А+(0 000000)-АЛ2 ^ НО 000000)АЛ3)))'Ч(0 9534>НОС016)Л+(0 000002 >Л"2Н0 ООООООЬ\Л3) (18)

М'(375,40;0М1-с^Р(-Л-((0 0047)-{0 0001)лч0.000000) Ал2+ НООООООО)ЛлЗт^0.9944ИОС002)ЛЧОС-ООСОО)Лл2НО 000000)АЛ3) (19)

ГОМ/П .445260+(0-3700К6>Н) (20)

Наиболее приемлемым для выравнивания всех таксационных показателей оказалось уравнение Мигчерлнха с увязкой суммы площадей

сечений с учетом видовой высоты в конкретном возрасте (Черных, 2000). Параметры модели по скорости роста и формы кривой имеют нелинейную зависимость с возрастом древостоев. Модели характеризуются высоким коэффициентом корреляции (0,950...0,999). Параметры математических моделей для подзоны южной таПгн приведены в таблице 8, а для подзоны хвоЙно-шнроколнственных лесов в диссертации.

Для перехода от запаса'стволовой древесины к их массе использованы средние данные-удельной массы.свежесрубленной древесины, из-, ложенные в главе 5. Выявлено, что на этот показатель не оказывают существенного влияния зона произрастания и таксационные показатели древостоя, не выявлено влияние на удельную массу и времени вегетационного периода. Изменчивость этой величины, составившая 13 %, что позволяет использовать усредненные данные для составления таблиц динамики фитомассы при небольшом количестве измерений. Полученная нами средняя величина удельной, фитомассы (0,839 ± 0,029 г/см3) близка к данным лроф. И.И. Гусева по ельникам севера, которая соста-внлав тех условиях 0,850 £ 0,016 г/см'. Правда, варьирование этого показателя по данным указанного автора значительно меньше (6,1 %).

Обшая масса стволовой древесины в тоннах на 1 га, полученная путем деления запаса на удельную массу (0,839 т/м3) но каждому десятилетию, выровнена в зависимости от возраста древостоев.

Для выявления динамики фитомассы крон в древосгоях ели использована матрица коэффициентов парных корреляций средних таксационных показателей, полученная на основе данных пробных площадей. Выявлено, что для дальнейших расчетов наиболее приемлемым показателем является масса крон,.приходящаяся на 1 м древесины стволов. Связь этого показателя со средней высотой и средним-диаметром древостоя высокая (коэффициент корреляции составил соответственно -0,89 и -0,75). В дальнейшем эта'связь использована' для составления таблиц зависимости т,,/М от среднего диаметра по разрядам высот древостоев. При этом в полученных процентных рядах распределения числа стволов н фитомассы крон (глава 5) для каждой ступени среднего диаметра по разрядам высот для условного древостоя, состоящего из 1000 деревьев, вычислен запас на ! га и масса крон, "приходящаяся на 1 м1 древесины ствола. ..

"Полученные данные т^/М выровнены с использованием математической модели (33) в зависимости от среднего диаметра древостоя и занесены в таблицу.

, / Далее для каждого класса бонитета таблиц динамики таксационных показателей ло соотношению Нф и ДсР определен средний разряд высо-

ты по каждому классу возраста и в пределах класса бонитета получены запасы крон древостоев, как произведение запаса стволовой древесины на показатель ш^/М.

0,4554-А"0 ш

-;Д2 =0,741 (33)

Л/ 6,298-10^

Таблица 9. Динамика надземной фитомассы лревостоее ели ползоны южной тайга

л, лет Масса древостоев но классам бонитета

1 11 II]

ПТ-Г,. т ГП.г т пи№ т Шп„ Г ШлЬц, Т ГО,™.? 35,0

20 75.5 22.7 98.2 52.5 15.8 6К.З 42,3 12,7

30 152.9 35.2 188.1 84.8 19,5 104,3 70,1 16,1 86,2

40 202,1 34,4 236,5 118.8 20.2 139,0 100,1 17,0 117,1

50 228,2 31,9 260,1 152.9 21,4 174.3 130,6 18,3 148.9

60 241,3 31.4 272.7 Ш.5 24.1 204,6 160,1 20,8 180.9

70 249.8 30.0 279,8 215.5 25,9 241,4 187,4 22.5 209,9

80 261,2 28,7 289,9 212,0 26.6 268,6 211,8 23,3 235,1

90 281,7 28.2 309,9 264,5 26.5 291.0 232,8 233 256,1

100 312,1 28,1 340.2 283,1 25.5 303,6 250,4 23,5 272,9

ПО 344,0 2К.6 373,6 297,К 26,8 321.6 264.8 23.8 288,6

120 358,4 28,0 387.1 304,1 24,7 ззз.к 276,2 23,8 29К.)

Таблица 10- Динамика надземной фитомассы лревоегоеа ели подзоны лвойко-щи ро кол кствен и ы х лесой

л. лет Масса лрееосшса по классам бонпгета

1 11 111

ШцрТ г ПЧл„Т т.0т 1*4**»т т ТПдещ, т

20 58,1 17,4 75,5 49,4 14.8 64,2 39,9 12,0 51,9

30 114,7 26,4 141,1 88,4 20.3 108,7 66,9 15,4 82,3

40 151.5 25,8 177,3 118,1 20,1 138,2 90,7 15,4 106.1

50 170,5 23,9 194,4 139 20,1 158.5 111,4 15,6 127,0

60 178.1 23 Д 20и 154,6 20.1 174,7 130.2 16.9 147,1

70 180.8 21,7 202.5 168,5 20,2 188,7 148,5 17,8 166,3

£0 185,4 24.1 209.5 183.9 20.2 204,1 167,3 18.4 185^7

90 203,0 24,0 219,2 199,3 20.3 223,3 187,2 18,7 205.9

100 227,4 24,0 251,4 225.5 20.3 245.8 207,4 14,0 226.1

НО 266,4 24,0 290,4 247,7 20,3 270,0 226,4 20,4 246,8

120 301,5 24,1 325.6 264,6 20.5 285.1 242.0 20,5 261,4

Доля массы крон в общем запасе органики надземной части древостоев закономерно уменьшается с возрастом древостоев от 22,. .27 % до 8...13%.

В молодняках первого класса возраста какой-либо зависимости процента кроны от класса бонитета не наблюдается. В более старших

возрастах процент кроны в пределах класса возраста увеличивается г с. паде н нем класса бо н итета.*. ■: .,

Для исследования обшей массы древостоев с учетом отпада использована функция Митчерлиха, которая достаточно подробно изложена в существующей литературе. При.этом вместо запаса на 1 га в алгоритм моделирования внесена масса растущей части древостоя.

Динамика отпада, общей производительности древостоя, прироста по запасу, среднего объема среднего ствола и его видового числа рассчитываются по общепринятым в лесной таксации формулам.

Общая производительность надземной фитомассы закономерно . увеличивается с возрастом древостоев.

В таблице 12 приведены возрасты количественной спелости общей -фитомассы древостоев, вычисленные по соотношению общего среднего и среднего периодического прироста.

Таблица 12. - Цдорасты количественной спелости обшей фитомассы древостоев

Класс бонитета ■ Воіраст спелости но фиточассе, лет

Южная тайга хвой но-ш прокол нствен и ые'

I 56 52

И 67 77

Ш ■ 73 89

Возраст спелости по фнтомассе повышается с падением класса бонитета и составляет в подзоне южной тайги в насаждениях I класса бонитета 56 лет, II класса — 67 лет, III класса боннтета — 73 года, в х вой но-широколиственных лесах возраст спелости в насаждениях П,Ш классов боннтета выше, чем в подзоне южной тайги, и составляет соответствен' но 77 и 89 лет. '

Проф. МЛ. Дворецкий (1964) по отношению к стволовой древесине

■ ввел понятие «элементарный запас древостоя», т. е. запас в кубометрах, приходящийся на 1'м2 сумм площадей.поперечных сечений стволов древостоя. Это понятие более соответствует физическому смыслу вели, чины, нежели применяемое-в современной литературе понятие «видо-

■ вой высоты».

, По аналогии с элементарным-запасом целесообразно для краткости изложения ввести понятие «элементарная масса древостоя». Она представляет собой надземную общую массу наличного .древостоя в тоннах, приходящуюся на 1 м1 сумм площадей поперечных сечений стволов:

S

На основании таблиц в пределах лесорастительноіі зоны по каждому классу бонитета по выше приведенной формуле вычислены значения элементарной массы древостоев. Установлено, что она не зависит от производительности древостоев и других таксационных показателей, но в сильной степени зависит от средней высоты. Поэтому для условий Удмуртской Республики проведено аналитическое выравнивание элементарной массы в зависимости только от средней высоты древостоя (таблица 13) с использованием следующей математической модели.

« 0,59397-Ьомї; К2 = 0,994 (35)

2>

Таблица 13. - Элемента pitas суі*я масса дрс постое в ели в іавіїснмостк иг средне!! выс от ы дре востое в

М,м т/м' Н, м т/м1 Н, м ttij^s TÍM1

2 0,84 14 3,70 26 5.97

4 1.52 16 4,07 28 6.27

6 2.07 18 4,45 30 6.50

8 2.54 20 4,83 32 6,61

10 2,95 22 5.23 34 6.S6

12 333 24 5,61 . - -

Элементарная масса древостоев закономерно увеличивается от 0,84 т при средней высоте древостоя 2 м до 6,56 т при средней высоте 34 м. Таблица может быть использована для практических целей при лесо-инвентаризаиионных работах и других расчетах, связанных с определением фитомассы и депонированного углерода.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. В пределах древостоев ели наибольшей изменчивостью характеризуется объем ствола, затем следует масса кроны, диаметр стволов и высота стволов.

2. По всем таксационным показателям средний коэффициент варьирования уменьшается с увеличение возраста древостоев: диаметра стволов от 46% в молодняках до 41 % в спелых древостоях, высоты ствола соответственно — от 38 % до 27 %, объема ствола от 18 % до 83%, массы крон от 93 % до 74 %,

3. Связь фитомассы крон с высотой стволов тесная (1^0,86), с диаметром и объемом стволов - очень тесная, коэффициенты корреляции составляют в среднем соответственно 0,91 и 0,94.

4, Коэффициенты варьирования возраста отдельных деревьев в древостое лежит в пределах 14...35%. По характеру изменчивости возраста древостой можно отнести к условно разновозрастным и разновозрастным. * .,

• 5. Распределение деревьев ели по ступеням толщины и фнтомассе крон наиболее полно подчиняется обобщенному закону распределения случайной величины, функции Грама-Шарлье. Дня всех ступеней среднего диаметра (за исключением 8 см) показатель асимметрии (Л) в рядах распределения массы крон оказался положительным. Показатель эксцесса (крутости) для, всех ступеней среднего диаметра является величиной отрицательной. • •• " *

6. Запасы и суммы площадей поперечных сечений стволов дрсво-стоев в подзонах южной тайги и хвойно-широколиственных лесов раз' Л1ПШОТСЯ существенно (за исключением молодняков).

7. По данным глазомерно-измеркгелыюй таксации выделов наибольшей изменчивостью в пределах класса возраста обладает запас древостоя (У=25 %), затем следует средняя высота, средний диаметр, сум; ма площадей сечений и возраст древостоя (изменчивость, соответственно, равняется 16 %, 14 % и 12 %). Наименьшей изменчивостью характе- •

, ризустся относительная пол нота (Уя7 %). Для изучения динамики так- -сационных показателей древостосв систематизация 40 выделов на каждый класс возраста обеспечивает достоверность результатов и высокую их точность.

' 8; Наиболее приемлемым показателем для расчетов фитомассы дре-востоев является масса крон, приходящаяся па 1м1 древесины стволов. Связь этого показателя со средней высотой н средним диаметром высокая (коэффициент корреляции составил соответственно — 0,89 и 0,75).' * 9. В древостоях ели обеих подзон общая надземная фитомасса (включая массу стволов и массу крон) уменьшается с падением класса боннгета.

Выполненная научно-исследовательская работа позволила нодго- • товкть для производства следующие нормативные документы н математические модели:

■ 1. Объемы стволов и'сырая масса крон деревьев ели по разрядам ■ высот древостоев.

' 2. Модели зависимости объема стволов и массы крон деревьев от высоты и диаметра стволов. " • '

3. Ряды распределения деревьев по ступеням толщины и фнтомассе крон в древостоях ели.

4. Таблицы динамики таксационных показателей и надземной фи-то массы с возрастом древостое в,

5. Модель зависимости абсолютно сухой надземной массы древостое в, приходящейся на 1 м: сумм площадей поперечных сечений стволов, от средней высоты.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Димам и ка лесного фонда Удмуртской Республики // Труди региональной науч. - практ. конф, «Аграрная наука- состояние и проблемы». Ижевск: РИО ИжГСХЛ,- 2002.-С. 192-194 (n соавторстве с П.Л. Соколовым).

2. Роли бореальных лесов в глобальном изменении климата // Труды региональной науч. — прост, конф. «Аграрная наука — состояние и проблем им, Ижевск: РИО ИжГСХЛ. - 2002. - С. 207-208 (в соавторстве с U.A. Соколовым).

3. Метили ка определения фмточасеы крон древостоев (на примере ельников Игринского лесхоза) // Материалы всероссийской научно-практической конференции «Адаптивные технологии н растениеводстве. Итога и перспективы» Ижевск: РИО ИжГСХЛ, 2003.-С, 213-215 (п соавторстве с П.Л. Соколовым, Д.Ю. Панкратовым).

4. Строение по диаметру стволов ельников Удмуртии // Материалы научно практической конференции «Лес, экология, человек» МзрГТУ, Нош кар-О л а,-2004.-С. (в соавторстве с П.Л. Соколовым),

5- Надземная фото масса ельников подзоны южной тайги // Материалы научно практической конференции «Лес, жология, человек» МарГТУ, Иошкар-0ла.-2004.-с.(в соавторстве с И,Л. Соколовым).

6. Возрастная структура ельников подзоны южной тайги (на пример: Удмуртской Республики) // Материалы науч.-практ. конф. «Устойчивому развитию ЛПК-научное обеспечение». Ижевск: РИО ИжГСХЛ, 2001.-С. 305-307 (в соавторстве с П.Л, Соколовым).

7. Изменчивость таксационных показателей стволов в лревостоях ели // Материалы иауч.-пракг. конф. «Устойчивому развитию ЛПК - научное обеспечение». Ижевск: РИО ИжГСХЛ, 2004.-С. 307-309 (в соавторстве с П.Л. Соколовым).

$. Связь фиточассы крои с таксационными показателями стволов ели в лревостоях // Материалы науч.-практ. конф. «Устойчивому развитию АПК-научное обеспечение», Ижевск: РИО ИжГСХЛ, 2004.-С. 309-3)1 (в соавторстве с H.A. Соколовым).

9. Анализ строения древсстоев ели Удмуртии по фитомассе крон // Сборник науч.-тех. информации по лесному хозяйству министерства природных ресурсов РФ, М„ 2004, №6, с. 2-4 (в соавторстве с H.A. Соколовым).

10. Таксация ельников Прикамья (на примере Удмуртии) (монография) // Ижевск: РИО ИжГСХЛ, 2004.-272 с. (н соавторстве с П.Л. Соколовым).

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверенными гербовой печатью, просим присылать ученому секретарю диссертационного совета

Подписано в печать 18.11.2004. Формат 60*84 Ш6. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. п.л. 1,0. Тираж 100 экз. 3аказ№2930.

Редакцнон но-издател ьски й центр Марийского государственного технического университета 424006, г. Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17

»25927