Структура и географические закономерности распределения фитомассы древостоев

Кириллова, Вера Витальевна

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Структура и географические закономерности распределения фитомассы древостоев
ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации по теме "Структура и географические закономерности распределения фитомассы древостоев"

На правах рукописи

Кириллова Вера Витальевна

СТРУКТУРА И ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ФИТОМАССЫ ДРЕВОСТОЕВ (НА ПРИМЕРЕ НЕКОТОРЫХ ХВОЙНЫХ СЕВЕРНОЙ ЕВРАЗИИ)

Специальность 06. 03. 03. - лесоведение, лесоводство, лесные пожары

и борьба с ними

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Екатеринбург 1998

Работа выполнена в Уральской государственной лесотехнической академии

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных

наук, профессор В. А. Усольцев.

Официальные оппоненты - доктор биологических наук,

профессор С. Г. Шиятов;

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент А. Л. Клебанов.

Ведущая организация - Свердловское управление лесами.

Защита состоится «¿9 » 1998г. в Ю00 часов на заседании

диссертационного совета Д 063. 35. 01 при Уральской государственной лесотехнической академии по адресу: 620032, Екатеринбург, Сибирский тракт, 37.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральской государственной лесотехнической академии.

Автореферат разослан 199§г

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

В. Залесов

ВВЕДЕНИЕ. Общая характеристика работы.

Актуальность темы. В связи с обострением экологической ситуации мировое сообщество приступило к реализации программ по консервации и связыванию углерода в его глобальном круговороте с целью предупреждения потепления климата. Основная роль в этих программах отводится лесному покрову, в связи с чем ставятся задачи интенсификации процессов связывания углерода путем расширения площадей под лесными культурами и посредством других лесоводственных приемов, а также решаются задачи создания баз данных о всей органической массе лесов и ее круговороте. Сегодня технология лесоустройства в нашей и большинстве западных стран не учитывает потребности мониторинга лесов и не соответствует решению актуальных экологических проблем различного уровня. Создаваемые банки и базы лесоустроительных данных дают количественную информацию только о запасах стволовой древесины и иногда - описательную информацию о нижних ярусах растительности.

Оценка фитомассы древостоев по составляющим фракциям (ствол, листва, скелет кроны, корни) по трудоемкости не сопоставима с традиционной оценкой запасов стволовой древесины. За 150-летнюю историю ле-сотаксационной науки накоплены огромные банки данных о запасах стволовой древесины в системе государственного учета лесов, имеются многочисленные данные перечислительной таксации временных и постоянных пробных площадей и составлено большое количество региональных таблиц хода роста (ТХР) древостоев разных пород. Данные же о запасах и продуктивности фитомассы настолько отрывочны и малочисленны, что создание приемлемой нормативной базы для оценки фитомассы традиционными таксационными методами, причем в кратчайшие сроки, практически невозможно. Единственно приемлемый путь для заполнения информационных «белых пятен» по фитомассе - использование переводных коэффициентов, а именно - сопряжение традиционных нормативов по запасам стволовой древесины с данными о фитомассе лесов на основе переводных коэффициентов.

Особого внимания требует методический подход к оценке депонирования фитомассы на площадях под лесными культурами. В этом отношении представляют интерес обширные территории на южном пределе ареала основной лесообразующей породы - сосны, примыкающие к уральскому региону с юга. Здесь, особенно в Тургайском прогибе (Кустанайская область Казахстана), в течение последних 30 лет был проведен большой объ-

ем лесокультур ных работ. Вследствие жестких лесорастительных условий (количество осадков составляет 250-300 мм, что вдвое меньше, чем на Среднем Урале) этот опыт лесоразведения и лесовосстановления не всегда был успешным. Поэтому определение биопродуктивности этих лесных культур имеет значение не только при оценках связывания атмосферного углерода, но важно и в локальном экологическом аспекте, в плане оценки биопродукционного потенциала названных площадей.

Исследования автора проводились в 1992 - 97 гг. в рамках научно-исследовательских работ кафедры лесной таксации и лесоустройства Уральской государственной лесотехнической академии.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы было изучить структуру и географические закономерности распределения фито-массы древостоев естественных пихтарников Северной Евразии и культур сосны Тургайского прогиба; выявить степень достоверности различия фи-топродуктивности биологически близких пород - пихты и ели - и возможность составления общих для двух пород таблиц биологической продуктивности.

В связи с поставленной целью конкретными задачами исследования

были:

- разработать модели и таблицы для оценки фитомассы отдельных ветвей в пределах кроны, фитомассы кроны в целом и кроны, разделенной по ее возрастным слоям в естественных пихтарниках Урала и Алтая и культурах сосны Тургайского прогиба;

- собрать коллекцию экспериментальных данных о фитомассе пихтовых и еловых экосистем, широко представленных по всей территории Северной Евразии;

- разработать регрессионные модели переводных коэффициентов пихтовых и еловых древостоев Северной Евразии по зональному градиенту, а также культур сосны Тургайского прогиба;

- разработать эскизы таблиц биопродукгивности естественных пихтарников и ельников по подзонам и регионам Северной Евразии и культур сосны Тургайского прогиба;

- разработать модели предельных показателей фитомассы пихтовых и еловых древостоев по подзонам и регионам Северной Евразии.

Научная новизна. Впервые для культур сосны рассчитаны модели и составлены таблицы для оценки фитомассы отдельных ветвей, отдельных секций кроны и крон в целом; рассчитаны регрессионные модели для по-деревной оценки массы древесной зелени пихты Урала и Алтая; разработа-

ны модели переводных коэффициентов фитомассы и эскизы таблиц биопродуктивности естественных пихтарников и ельников по подзонам и регионам Северной Евразии, а также культур сосны Тургайского прогиба; разработана методика расчета, по которой рассчитаны предельные показатели фитомассы пихтовых и еловых древостоев по подзонам и регионам Северной Евразии.

Практическая значимость работы состоит в разработке нормативных материалов, необходимых при реализации систем лесохозяйственных мероприятий, направленных на повышение продуктивности и комплексного освоения пихтовых лесов Урала, а также лесных культур в условиях Северного Казахстана. Результаты работы могут быть использованы при разработке лесного кадастра, осуществлении лесного мониторинга и экологических программ разного уровня, а также при создании баз данных о фи-томассе лесов , запасам углерода в ней и при расчетах глобального углеродного цикла.

Разработанные нормативы используются Свердловской лесоустроительной экспедицией Поволжского лесоустроительного предприятия и Ба-саманским лесохозяйственным производственным предприятием Куста-найского лесохозяйственного производственного объединения Республики Казахстан при устройстве пихтовых и сосновых лесов и для расчета ресурсов древесной зелени и технологической щепы, получаемых при лесопользовании.

Обоснованность выводов и предложений. Использование обширного экспериментального материала по трем лесообразующим породам и современных методов автоматизированного статистического анализа, системный подход при содержательном анализе объектов исследования и интерпретации полученных результатов, реализация поставленных задач на уровне многофакторных регрессионных моделей, использование современной вычислительной техники и адекватных компьютерных программ определяют обоснованность приведенных в диссертации выводов и предложений.

экологии", Екатеринбург, ИЭР и Ж, 1996 и научно-практической конференции "Леса Башкортостана: современное состояние и перспективы", Уфа, 1997; международной конференции «Экология таежных лесов», Сыктывкар, 1998 и международном симпозиуме ИЮФРО по глобальным аспектам использования лесных ресурсов, Япония, Миязаки, 1998.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 10 печатных работах, сдано в печать - 2.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 156 страницах машинописного текста, состоит из введения, 7 глав, заключения и 13 приложений. Список использованной литературы включает 360 наименований, в том числе 138 иностранных. Текст иллюстрирован 26 таблицами и 36 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

При оценке лесной фитомассы анализируются и предлагаются регрессионные модели для отдельных ветвей, отдельных деревьев и древосто-ев на отдельных пробных площадях с использованием в качестве регрессо-ров некоторых (часто взаимозаменяемых) дендрометрических показателей (Нерр, ВпБ1ег, 1982; Тепикин, Усольцев, 1990). Необходимо создание системы оценочных моделей фитомассы разных уровней обобщения (ветвь, дерево, древостой) на основе концепции репрезентативного выборочного учета, что снизит объем требуемых экспериментальных работ до приемлемого уровня. В лесных культурах в этом плане исследования не проводились.

Связи массы кроны с диаметром (площадью сечения заболони) ствола у основания кроны и с объемным приростом ствола, выведенные порознь, у хвойных не дают устойчивых оценок фитомассы. Совмещение эффектов ксилемного и флоэмного транспорта, опосредованных наборами соответствующих дендрометрических показателей и «замкнутых» на массу хвои, дало для хвойных пород Урала более устойчивые оценки фитомассы крон (Усольцев и др., 1994). В пихтовых древостоях Урала, а также в культурах сосны подобные исследования не проводились.

Совмещение концепции пайп-модели с подходом Н. Г. Балыкова с соавт. (1989) в одной рекурсивной модели позволяет стратифицировать фитомассу лесного полога сосны по его возрастным слоям (Усольцев и др.,

1994). В этом случае внутрикроновое кумулятивное распределение массы хвои и скелета кроны определяется пятью факторами: диаметром ствола в данном сечении кроны, возрастом кроны в этом же сечении, возрастом дерева, диаметром ствола на высоте груди и добротностью местопроизрастания. Для культур сосны аналогичных результатов в литературе нет.

Многофакторные регрессионные модели для переводных коэффициентов «фитомасса фракций: запас стволовой древесины» находят все большее применение при составлении таблиц биопродуктивности древостоев (Поздняков и др., 1969; Усольцев, 1988). Для пихтарников Урала такие таблицы пока не составлены и неизвестно, в какой степени можно применять к ним имеющиеся таблицы биопродуктивности ельников (Усольцев и др., 1994).

Есть несколько подходов к изучению географических закономерностей продуктивности лесов на территории России, однако все они касаются только запасов стволовой древесины, а не фитомассы лесов. Имеющиеся закономерности распределения фитомассы лесов России по зональному градиенту (Лавренко и др., 1955; Базилевич, Родин, 1967) получены путем простой экстраполяции данных фитомассы немногочисленных пробных площадей на обширные территории, без выявления точности оценок и достоверности их различия. Очевидно, что правомерность распространения данных фитомассы небольших выборок на обширные площади без учета породного, возрастного и структурного разнообразия лесов весьма сомнительна, и исследования географических закономерностей распределения должны выполняться на математико-статистической основе.

Предельные (максимальные) показатели фитомассы листвы (а также общей фитомассы) в лесных экосистемах связаны с уровнем ФАР, режимами температуры и влаги воздуха и почв и, следовательно, имеют региональные особенности (Waring, 1978; Gholz, 1982). В пределах же региона эти показатели определяются морфоструктурой древостоя и могут быть описаны совокупностью массообразующих таксационных показателей. Сегодня такие модели предельных показателей фитомассы предложены лишь для березняков Урало-Казахстанского региона (Сальников, 1997).

2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНОВ И ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

В главе 2 диссертации дано описание географического положения, климата, рельефа и почв, растительного покрова районов исследований по имеющимся литературным источникам (Седлак, 1931; Агроклиматический

справочник..., 1962; Берг, 1997; Гудочкин, Чабан, 1958; Макаренко, 1967; Кувшинова, 1968; Колесников, 1969; Грибанов и др., 1970; Маланьин, 1975).

Исследование биологической продуктивности выполнено в пределах Среднеуральской низкогорной провинции южнотаежных лесов (Нижнесергинский лесхоз Свердловской обл.) в типах леса пихтарник тра-вяно-зеленомошный и зеленомошно-кисличный, в сомкнутых древостоях II-V классов бонитета, II-IV классов возраста. Кроме того, использованы данные Р.И. Ханбекова (1972) по одной пробной площади, заложенной в 26-летнем пихтарнике, сформировавшемся на концентрированной вырубке ельника липняково-кисличного на Уфимском плато. Характеристика пробных площадей дана в табл. 1.

Была также сплошь вырублена пробная площадь, заложенная в 49 квартале Уваловского лесничества Учебно-опытного лесхоза УГЛТА в разновозрастном сложном пихтарнике с полнотой 0,8 и составом 5ПЗЕ1С1Б. Второй ярус пихты составлял 10 % запаса всего древостоя. На пробной площади было вырублено и обработано 139 деревьев (Усолъцев и др., 1994; данные Н. Н. Чернова). Для сопоставления подеревных показателей массы крон пихты Среднего Урала с аналогичными данными для горного Алтая были использованы неопубликованные материалы Е.А. Ефимовича и К.Е. Никитина (1934) по выходу хвойной лапки, или древесной зелени (ДЗ) 537 модельных деревьев, полученные в 1931-1932 гг. таксацион-но-фитопатологической партией Казлеспрома при устройстве лесов Зыря-новского и Катон-Карагайского леспромхозов горного Алтая.

Для выявления зональных (региональных) закономерностей распределения фитомассы пихтарников и для сопоставления их фитопродуктив-ности с ельниками для территории всей Северной Евразии от Западной Европы до Японии была собрана коллекция экспериментальных данных, включающая данные о фитомассе по фракциям, запас стволовой древесины и основные массообразующие показатели (возраст, средние диаметр и высота, число стволов на 1 га), полученные на 300 пробных площадях в ельниках (Picea Dietr.) и на 100 - в пихтарниках (Abies Mill) в пределах их ареалов, взятые из 105 литературных источников.

Экспериментальные данные подразделены на 6 групп по подзонам и породам без учета вертикальной поясности местообитаний:

IP - ель (P. obovata Ldb., Р. abíes Karst.) подзоны северной тайги (32 пробных площади с оценкой надземной массы, в том числе 26 - с оценкой надземной массы и корней);

Таблица 1

Характеристика пробных площадей, заложенных в пихтарниках Уральского региона.

Тип Воз- Класс Средние Запас, Число де- Фитомасса в абсолютно сухом

леса раст, бони- Состав диа- высота, м3/га ревьев на состоянии, т/га

лет тета метрам м 1 га, экз. стволы ветви хвоя итого

Пихтарник

зеленомош- 22 V 8П2Б 2,0 2,2 27 12732 8,7 9,2 5,8 23,7

но-кислич- 42 IV 7П2Е1Б 8,5 8,2 72 2608 23,7 11,4 6,8 41,9

ный 50 V 8П2Е 7,0 6,8 185 5301 60,6 23,5 16,8 100,9

Пихтарник

травяно-зе- 70 III 5ПЗЕ2Б 17,0 17,7 414 1797 135,5 22,3 П,8 169,6

леномош- 73 II 7П2Е1Б 19,9 18,1 434 1177 141,9 32,7 24,2 198,8

ный

Пихтарник

липняково-

кисличный 26 III 5П40с1Лп 8,7 8,5 144 5793 47,0 11,7 6,0 64,7

(данные

Р. И. Хан-

бекова)

IIP - ель (P. obovata Ldb., P. abies Karst.) подзон средней и южной тайги (соответственно 72 и 35 пробных площадей);

IIA - пихта {A. sibirica Ldb.) подзон средней и южной тайги, Урало-Сибирский регион (57 и 23 пробных площадей);

IIIP - ель (Р. abies Karst., P. jezoensis Carr.) подзоны широколиственно-темнохвойных лесов (86 и 56 пробных площадей);

IVP - ель (Р. abies Karst., P. sitchensis Carr.) подзоны широколиственных лесов (110 и 60 пробных площадей);

IVA - пихта {A. alba Mill., A. Veitchii Lindl., A. sachalinensis Mast., А. firma Sieb, et Zucc.) подзоны широколиственных лесов (43 и 13 пробных площадей).

Исследование биологической продуктивности чистых культур сосны выполнено в островном бору Аман-Карагай (Басаманский и Семиозерный лесхозы Кустанайской области). Возраст - от 5 до 50 лет, класс бонитета -от 1а до III, лесорастительные условия - сухие, свежие и влажные, почвы -дерново-боровые и темнокаштановые. Полная характеристика 23 пробных площадей приведена в табл. 2.

Таблица 2

Характеристика пробных площадей, заложенных в культурах сосны Тур-гайского прогиба, Аман-Карагайский бор

Воз- Число Средние За- Фитомасса в абсо-

N п.п. Состав раст, лет деревьев на 1га диаметр, см высота, м пас, м /га лютно сухом состоянии, т/га

'тс) стволы | ветви | хвоя

Сухие условия произрастания

ЮС ЮС ЮС ЮС ЮС ЮС ЮС ЮС

5 11 12

15 21 21 25

13.4

10.5 19,3 9,7 8,4 5,2 3,2 8,6

3.0 3,5 3,8

4.1 6,1 7,7 7,0

0,8 2,8

3.4 3,3

3.7

4.8

5.5 7,5

2 20 51 31 41 47 54 149

0,63 6,3 17,8 11,0 14,3 18,0 19,2 55,5

0,74

3,09

5,3

5,28

3,19

5,02

7,53

6,26

Свежие условия произрастания

10 11 12 13

ЮС ЮС ЮС ЮС ЮС

9 13

20 22

11,5

4,4 6,3 4,9

2,5 4,4 7,9

7.0

8.1

2,6

4.3 6,1 7,0

7.4

16 44 88 100 130

5,2 14,2 33,6 34,6 45,6

1,80 5,04 8,43 6,04 7,35

■ Влажн ые условия произра стания

15 16 17 ЮС ЮС юс 10 19 22 18,9 7,0 5,2 3.3 9,0 9.4 4.0 9,5 9.1 50 233 172 17,6 81,2 61,2 3,58 14,0 8,17 6,0 12,8 8,0

Окончание табл. 2

Воз- Число Средние За- Фитомасса в абсо-

N п.п. Состав раст, лет деревьев на 1га диаметр, см высота, м пас, м3/га лютно сухом состоянии, т/га

стволы ветви хвоя

18 19 20 21 22 23 о о о о о о ОООООО 22 22 22 23 24 26 2,6 3,9 4.2 3,8 5.3 6,1 12,0 10,8 9,6 11,0 10,5 8,8 10,0 9,0 9,2 10,2 11,4 9,9 147 182 166 220 295 192 51.2 61,1 60.5 76.3 106 68.6 16.7 13.8 15,1 15,1 21,1 8,44 11,3 11.5 10,8 18.6 16,1 5,47

3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ

Исследования проведены на временных пробных площадях, заложенных по ОСТ 56-69-83 «Пробные площади лесоустроительные». Модельные деревья отбирали по ступеням толщины. Надземная фитомасса делилась на фракции: ствол, в том числе древесина ствола; скелет кроны (ветви плюс побеги текущего года), в том числе древесина скелета; хвоя, которые по пробным выпилам и навескам приводились к абсолютно сухому состоянию термовесовым методом. По этим же навескам вычислялась масса коры и древесины в стволе и в скелете кроны. Древесная зелень (ДЗ), как сортимент из кроны при ее комплексной переработке, обрезалась секаторами со всей кроны и учитывалась только в свежем состоянии.

Для изучения вертикально-фракционной структуры полевые обмеры и обработка 149 модельных деревьев в культурах сосны на 23 пробных площадях (табл. 2) проводились по другой методике. После фиксирования высоты крепления и возраста мутовок под каждой из них замерялись диаметры ствола в двух перпендикулярных направлениях с точностью до 1 мм, а также диаметр у основания и длина ветвей первого порядка и масса охво-енных и неохвоенных побегов каждой ветви. Для определения соотношения хвои и древесных частей отбиралась одна навеска от каждой трети кроны после тщательного перемешивания охвоенных побегов. Всего было обмерено и взвешено 1800 мутовок.

Для оценки фитомассы отдельных ветвей кроны из числа упомянутых 1800 мутовок были отобраны 190 ветвей, равномерно распределенных по вертикальному профилю кроны. Ветви были обмерены и взвешены у 52 модельных деревьев на 8 пробных площадях в возрасте древостоев от 19 до 50 лет, из них 3 пробные площади были заложены в свежих и 5 - во влажных условиях произрастания.

Материал обработан по программе STATGRAPHICS на ПЗМ-совместимом компьютере.

4. ОЦЕНКА МАССЫ КРОН ДЕРЕВЬЕВ В ПИХТОВЫХ ДРЕВОСТОЯХ

По данным ДЗ деревьев пихты горного Алтая (Ефимович, Никитин, 1934) рассчитана регрессионная модель

1п Рда=17,7231-6,000 lnA-3,9504 lnh-1,3732 Brei+2,2942 lnd-0,2234 lnAlnd+

1,5006 InA lnh-29,9018 (lnd)/h+8,4862 (lnAlnd)Ai;

R2=0,976, (1)

где Рдз - масса ДЗ дерева в свежем состоянии, кг; А - возраст, лет; h и d -соответственно высота дерева (м) и диаметр на высоте груди (см); Brei - относительная полнота древостоя. Все константы уравнения здесь и далее значимы на уровне tos и выше. Для выявления достоверности различия пихтарников горного Урала и горного Алтая в структуру модели (1) была включена бинарная переменная, характеризующая принадлежность экспериментальных данных ДЗ к тому или другому региону. Ее значимость составила t=l 1,8, что выше tos=2 и масса ДЗ пихты уральской популяции оказалась при прочих равных условиях в среднем на 65 % выше, чем алтайской. Поэтому для пихты горного Урала по данным 139 деревьев рассчитано отдельное уравнение

1п Рда = -6,5075+5,0690 Ind-0,6034 Inh lnd; R2=0,887. (2)

Путем табулирования моделей (1) и (2) по соответствующим региональным шкалам разрядов высот составлены таблицы для оценки ДЗ пихты горного Урала и горного Алтая.

С целью снижения трудоемкости создания банка данных о фитомас-се пихты в разных регионах выведены инвариантные зависимости массы ДЗ и крон в целом в свежем состоянии, а также массы хвои и скелета крон в абсолютно сухом состоянии от диаметра ствола у основания кроны (второе приближение), где сечение ствола , в отличие от высоты груди, представлено одной водопроводящей заболонью. Эти уравнения характеризуются большей точностью и устойчивостью оценок, чем аналогичные уравнения связи с диаметром на высоте груди (первое приближение) (R2 = 0,898>0,858). Включение в модель второго приближения дополнительных дендрометрических показателей, опосредующих эффект флоэмного транспорта, а именно, прироста площади сечения ствола, представленного сочетанием радиального прироста и диаметра на высоте груди, дало в итоге

модели третьего уровня приближения, дающие более устойчивые оценки массы крон по сравнению с первыми двумя (R2 = 0,946>0,898>0,858).

Для выявления различий фитопродуктивности биологически близких пород - пихты и ели - в условиях Среднего Урала были привлечены данные C.B. Тепикина (1994) о фитомассе 107 модельных деревьев ели, взятых на 20 пробных площадях в древостоях I-VIII классов возраста в типах леса от липнякового до долгомошно-сфагнового. В моделях второго и третьего уровней приближения пихта и ель были закодированы бинарной переменной, которая в обоих случаях оказалась статистически не достоверной (t=0,4...0,7< tos =2,0). Поэтому выведены общие для двух пород модели как второго, так и третьего приближения.

5. ОЦЕНКА МАССЫ КРОН ДЕРЕВЬЕВ В КУЛЬТУРАХ СОСНЫ

Установлено, что масса хвои и скелета ветви I порядка (P¡) определяется не только линейными размерами (диаметр у основания do и длина L), но и возрастом ветви в кроне Ав и ценотическим статусом дерева, определяемым диаметром ствола на высоте груди d:

Pi=f(do,L,AB,d). (3)

Результаты табулирования (3) показали, что в пределах одной секции кроны масса скелета ветви и хвои повышается пропорционально увеличению обоих массообразующих показателей - диаметра и длины ветви, но при одних и тех же размерах масса ветви снижается в направлении от верхней части кроны к нижней вследствие ухудшения светового режима.

Выполнена оценка массы крон в культурах сосны Тургайского прогиба на основе физиологически обусловленных взаимосвязей (пайп-модель), т.е. согласно уравнений

1п P¡ = ао+а, lndok (4)

lnP¡ = ao+a, ln(£ Sb), (4a)

где Pi - масса i-й фракции кроны (хвоя или скелет кроны) дерева в абсолютно сухом состоянии, кг; d0k - диаметр ствола у основания кроны, см; £ Sb - сумма площадей сечений ветвей первого порядка у их основания, см2. Зависимости (4) и (4а) сопоставлены с аналогичными зависимостями для естественных сосняков Среднего Урала (данные И. В. Мельниковой). При одних и тех же значениях d0k масса скелета кроны выше у сосны Среднего Урала, а по массе хвои достоверных различий между регионами нет. При одних и тех же значениях £ Sb соотношения массы скелета кро-

ны по регионам остаются те же, а масса хвои сосны на Среднем Урале выше, чем в культурах Тургая, только у тонких деревьев, а у крупных - наоборот.

Применение продвинутой пайп-модели на основе совмещенного эффекта ксилемного и флоэмного транспорта согласно уравнений

Р; = Г(сЦ,г,с1), (5)

где Ъ - радиальный прирост на высоте груди, средний за последние 5 лет, мм, показало, во-первых, более высокую точность последних по сравнению с (4) и (4а) и, во-вторых, существенно более высокие значения массы хвои и скелета кроны сосны на Среднем Урале по сравнению с культурами в Тургайском прогибе.

Вертикально-фракционное распределение фитомассы в пределах кроны деревьев описано уравнениями

Р1 = £(с1ьАьс1,А,Н1(х,), (6)

где <11 -диаметр ствола у основания ьй мутовки, см; А{ - число годичных колец в том же сечении ствола; Нюо - класс бонитета, выраженный высотой древостоя в 100-летнем возрасте по шкале М. М. Орлова, м; А -возраст дерева, лет. Для практического использования уравнения (6) составлена таблица распределения фитомассы крон по мутовкам с несколькими входами.

6. РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ НАСАЖДЕНИЙ

По всему массиву экспериментальных данных фитомассы культур сосны были рассчитаны регрессионные модели общего вида

1п Р; = Г (А, Ы, Б, Н, М), (7)

где Р1 - фитомасса ьй фракции в абсолютно сухом состоянии, т/га; М - запас стволовой древесины, м3/га; А - возраст древостоя, лет; N - число стволов, тыс. экз./га; О и Н - соответственно средние диаметр (см) и высота (м) древостоя, в результате табулирования которых по таблицам хода роста культур сосны островных боров получен эскиз таблиц биологической продуктивности культур (табл. 3).

При формировании сводки данных о фитомассе пихтовых и еловых экосистем за основу была принята концепция Н. И. Базилевич и Л. Е. Родина (1967), согласно которой биологическая продуктивность оценивается по природным подзонам. Для выявления различий регрессионных моделей переводных коэффициентов фитомассы по подзонам и породам (пихта -ель) применены «фиктивные» переменные (Дрейпер, Смит, 1973) согласно

Таблица 3

Эскиз таблицы биологической продуктивности культур сосны, совмещенной с ТХР для островных боров Тургайского прогиба (Справочник

по таксации ..., 1980), абсолютно сухое состояние.

А, лет н, м 0-, см N/1000, экз./га М, м3/га Фитомасса, т/га

стволов ветвей хвои

I б бонитет

10 4,0 4,6 6,829 32 10,5 4,8 8,5

15 6,3 7,8 4,092 76 25,9 9,6 11,2

20 8,5 10,9 2,813 121 42,1 13,5 11,4

25 10,6 13,3 2,256 166 58,4 15,6 10,5

30 12,7 15,2 1,927 210 74,5 16,6 9,1

35 14,6 16,6 1,733 252 89,1 16,8 7,8

40 16,5 17,4 1,646 293 105,1 15,9 6,5

1а бонитет

10 3,6 4,2 7,646 30 9,9 4,5 8,3

15 5,6 6,9 4,878 66 22,7 8,1 9,9

20 7,6 9,5 3,475 104 36,6 10,7 9,7

25 9,5 11,7 2,719 142 50,7 12,4 8,8

30 11,3 13,5 2,281 179 64,7 13,3 7,7

35 13,1 14,8 2,035 216 78,8 13,5 6,7

40 14,7 15,6 1,912 252 92,7 13,0 5,6

I бонитет

10 ЗД 3,8 8,677 26 8,6 4,0 7,7

15 4,9 6,0 5,999 57 19,7 6,6 8,6

20 6,7 8,2 4,308 89 32,9 6,9 5,7

25 8,4 10,3 3,257 122 42,5 12,3 10,8

30 10,0 12,0 2,680 153 56,3 10,9 6,7

35 11,5 13,1 2,411 184 68,6 10,8 5,7

40 13,0 13,6 2,334 214 80,7 10,0 4,6

выше приведенной группировке пробных площадей (табл. 4). Была принята

следующая структура уравнений:

1п(Р,/М) или 1п ?1= ао+а1Х1+а2Х2+азХз+а4Х4+а5Х5+аб1пА+а7(1пА)2+ +a8(lnA)3+a9lnN+alo(Ш)VaпlnA]nN+al2№+alзШ+al4lnAШD+al5lnH,,, 11Ю+а161п(Рь/М)+а171пМ, (8)

где Рь - фитомасса скелета кроны в абсолютно сухом состоянии, т/га.

Северная тайга в нашем исследовании была представлена только еловыми древостоями (1Р) и почти все пробные площади заложены в европейской части России. Путем совмещения уравнений (8) с ТХР нормаль -

Таблица 4

Схема кодирования блоковых «фиктивных» переменных по шести подзонам Северной Евразии.

Подзона и порода «Фиктивные» переменные

X, X, X, Х4 X,

IP 0 0 0 1 0

. IIP 0 0 0 0 0

IIIP 1 0 0 0 0

IVP 0 1 0 0 0

IIA 0 0 0 0 1

IVA 0 0 1 0 0

ных ельников для северо-таежного лесотаксационного подрайона составлена соответствующая таблица биологической продуктивности.

Ельники подзоны средней и южной тайги (IIP) представлены пробными площадями, заложенными на значительном протяжении - от Скандинавского полуострова до Восточной Сибири, и поэтому были сгруппированы пр трем регионам - европейскому, уральскому и сибирскому. Пихтарники этой подзоны (IIA) подразделены на два региона - уральский и сибирский. Установлено, что по массе стволов и ветвей ели между регионами различий нет, а при одних и тех же значениях массообразующих показателей и запасов стволов уральский регион по массе хвои существенно превышает два других. Масса хвои в пихтарниках Урала на 60 %, а масса ветвей - на 80 % выше, чем в Сибири. Уравнения (8) для подзон IIP и IIA совмещены с соответствующими региональными ТХР и составлены таблицы биопродуктивности ели и пихты для подзоны.

Таким образом, уральский регион существенно выделяется по сравнению с двумя другими регионами подзоны по массе хвои как пихты, так и ели. Однако в пределах Среднего Урала пихтарники как по надземной, так и по общей фитомассе уступают ельникам, и различие колеблется в пределах 20-50 %.

Для ельников подзон широколиственно-темнохвойных лесов (IIIP) и широколиственных лесов (IVP) уравнения (8) совмещены с ТХР соответственно нормальных ельников Беларуси и полных ельников среднегорного пояса Украинских Карпат, получены соответствующие таблицы биопродуктивности.

Пихтарники подзоны широколиственных лесов (IVA) были проанализированы раздельно по трем видам - пихта белая, сахалинская и Вича. Установлено, что наибольшей массой хвои характеризуется пихта сахалинская, а наименьшей - белая. Для последней (европейская часть подзоны

IVA) выполнено совмещение моделей (8) с ТХР полных естественных пихтарников Карпат и получена соответствующая таблица биопродуктивности.

Предложенная совокупность регрессионных моделей переводных коэффициентов фитомассы, дифференцированных по подзонам и породам, позволяет совместить их со всеми региональными ТХР пихтовых и еловых древостоев Северной Евразии и создать тем самым своеобразную сводку, или банк нормативов для оценки биопродуктивности древостоев. Наличие такого банка нормативов дает возможность проводить инвентаризацию фитомассы лесов на государственном уровне и оценивать ее изменение за тот или иной период.

7. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФИТОМАССЫ ДРЕВОСТОЕВ

Была использована концепция самоизреживания древостоев на основе совмещения «правила 3/2» и уравнения обратной дроби (Усольцев, 1985; Usoltsev, Skovsgaard, 1997), а также методология систем связанных (рекурсивных) уравнений (Усольцев, 1988, 1997). В качестве основной в системе рекурсивных уравнений предельных (максимальных) показателей фитомассы ели и пихты рассчитана зависимость

Y = f(A,N,D,H), (9)

где Y - запас стволовой древесины М, м3/га, а также переводные коэффициенты фитомассы Pi/M стволов, ветвей, хвои и корней, т/м3. В качестве вспомогательных рассчитаны траектории изменения максимальных значений среднего диаметра DMaKC и средней высоты Нмакс древостев:

Омам = f (A, N), (10)

H>KKC=f(A,N,D). (11)

Последовательным табулированием уравнений (10), (11) и (9) по задаваемым значениям А и N получены колоколообразные зависимости фитомассы от густоты по классам возраста. Правые ветви таких кривых пересекаются, образуя линию самоизреживания древостоев.

Установлено, что предельные показатели фитомассы во всех подзонах повышаются по мере снижения густоты древостоя и соответствующего увеличения возраста насаждения и достигают максимума при числе деревьев 200-300 на 1 га по общей (надземной и подземной) фитомассе в возрасте 150-200 лет и по массе крон - в возрасте 300 и более лет. Эти максимальные значения (табл. 5 ) в 1,5-1,7 раза выше соответствующих верхних пределов, даваемых по зональному градиенту Н. И. Базилевич и Л. Е. Ро-диным (1967),

Сопоставление предельных показателей фитомассы (табл. 5) с соответствующими «нормальными», взятыми из таблиц биопродуктивности, показывает, что последние существенно ниже. Это занижение особенно велико (3-5-кратное) на ранних возрастных стадиях при числе деревьев 50006000 на 1 га. В спелом возрасте траектории предельных и «нормальных» показателей фитомассы сближаются и соответствующее различие составляет 20-50 %.

Таблица 5

Предельные показатели фитомассы (т/га) еловых и пихтовых экоси-_стем по зональному градиенту, абсолютно сухое состояние._

Регион Фитомасса:

стволов ветвей хвои надземная корней всего

П? 148 34 И 193 56 249

ИР 228 54 20 302 80 382

ШР 320 80 29 429 142 571

1УА 440 100 38 578 154 732

ЙА 140 34 13 187 34 221

ВЫВОДЫ

1. Для культур сосны Тургайского прогиба предложены регрессионные модели массы листвы и скелета ветви I порядка, учитывающие диаметр и длину ветви, а также положение ветви по вертикальному профилю кроны и ценотическое положение дерева в пологе, и объясняющие 75-77% общей изменчивости массы листвы и скелета ветви. Модели и составленные на их основе таблицы дают возможность ускоренного расчетного определения массы фракций кроны дерева, минуя трудоемкую операцию взвешивания и сушки фитомассы.

2. При одинаковых значениях возраста, полноты, диаметра ствола на высоте груди и высоты дерева масса древесной зелени в кроне в горном Урале на 65% выше, чем в горном Алтае (черневая тайга).

3. На уровне пайп-модели, отражающей зависимость массы хвои и скелета кроны от диаметра ствола у ее основания (т.е. от площади водо-проводящей заболони) не выявлено достоверных различий между пихтой и елью горного Урала. Уравнения зависимости массы кроны от диаметра ствола у ее основания (модель второго уровня приближения) дают более точные оценки (К.2= 0,890-0,900), чем аналогичные уравнения зависимости от диаметра ствола на высоте груди (первый уровень приближения) (Я2=0,860-0,870) как в пихтарниках горного Урала, так и в культурах сосны Тургайского прогиба.

4. Уравнение зависимости массы кроны от совокупности трех дендрометрических показателей (диаметров ствола у основания кроны и на

высоте груди и радиального прироста), опосредующие совмещенный эффект ксилемного и флоэмного транспорта дерева (третий уровень приближения) дают более точные оценки (R2= 0,940-0,970), чем соответствующие уравнения второго и первого уровней. Между пихтой и елью и на третьем уровне приближения достоверных различий в массе кроны не выявлено.

5. Зависимость фитомассы отдельных мутовок (возрастных слоев кроны) от диаметра ствола у их основания не является инвариантной для культур сосны (вопреки теории пайп-модели), а достоверно определяется пятью факторами: возрастом дерева, диаметром на высоте груди, возрастом мутовки и диаметром у ее основания, а также добротностью местопроизрастания.

6. С использованием многомерного подхода впервые для культур сосны Тургайского прогиба рассчитаны регрессионные модели переводных коэффициентов фитомассы древостоев, структура которых дала возможность совместить их с традиционными ТХР и получить эскизы таблиц биологической продуктивности древостоев.

7. Впервые была собрана по 105 литературным источникам для Северной Евразии коллекция данных о фитомассе еловых (300 пробных площадей) и пихтовых (100 пробных площадей) древостоев, намного более полная по сравнению с имеющимися сводками данных. С использованием многомерного подхода и блоковых «фиктивных» переменных рассчитаны регрессионные модели переводных коэффициентов фитомассы, достоверно различающиеся по природным подзонам.

8. Полученные регрессионные модели переводных коэффициентов фитомассы совмещены с региональными таблицами хода роста, что создает основу создания системы региональных таблиц биопродуктивности еловых и пихтовых древостоев.

9. Использование концепции самоизреживания насаждений и методологии систем рекурсивных уравнений позволило выйти на совершенно новый уровень анализа экспериментальных данных и расчета предельных запасов фитомассы елово-пихтовых древостоев на математико-статистической основе, что необходимо при расчетах приходной части глобального углеродного баланса.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Применение биологически обусловленных взаимосвязей при формировании банка данных фитомассы лесов // Современные аспекты лесной таксации. Сб. научных трудов. Вып. 38. Гомель: Ин-т леса АН Белоруссии, 1994. -с.226-228. (соавторы В. А. Усольцев, C.B. Тепикин, И. В. Мельникова, А. А. Сальников, З.Я. Нагимов).

2. Регрессионные модели и таблицы древесной зелени деревьев пихты сибирской // Леса Урала и хозяйство в них. Вып. 17. Екатеринбург:

УГЛТА, 1994. С. 128-154 (соавторы В.А. Усольцев, H.H. Чернов, C.B. Тепикин).

3. Биологически обусловленные взаимосвязи для оценки массы крон пяти лесообразующих пород // Лесная таксация и лесоустройство. Красноярск: КГТА, 1994. С. 56-68 (соавторы В.А. Усольцев, И.В. Мельникова, C.B. Тепикин, A.A. Сальников, H.H. Чернов).

4. Оценка массы крон деревьев: физиологические аспекты // Экосистемы Севера: структура, адаптации, устойчивость. Тез. докл. М.: 1995. С. 230-242 (соавторы В.А. Усольцев, И.В. Мельникова, З.Я. Нагимов, C.B. Тепикин, A.A. Сальников).

5. Региональные и видовые особенности зависимости массы древесной зелени березы и осины от диаметра, высоты и возраста дерева // Изв. вузов. Лесной журн., 1996. № 4-5. С. 22-30. (соавторы В.А. Усольцев, A.A. Сальников).

6. Оценка продуктивности хвои ели и пихты Среднего Урала на основе пайп-модели // Актуальные проблемы лесоведения. Тез. докл. Екатеринбург: Изд-во УрГУ, 1996. С. 59-61. (соавторы В.А. Усольцев, C.B. Тепикин).

7. Модель внутрикронового распределения фитомассы в культурах сосны Тургайского прогиба // Проблемы общей и прикладной экологии. Тез. докл. Екатеринбург: ИЭР и Ж, 1996. С. 107-109.

8. Модель внутрикронового распределения фитомассы по площади сечения мутовок в культурах сосны // Леса Башкортостана: Современное состояние и перспективы. Тез. докл. Уфа: Ин-т биологии. 1997. С. 66-67. (соавтор В. А. Усольцев).

9. Оценка фитомассы по возрастным слоям кроны в естественных сосняках и культурах // Лесная таксация и лесоустройство. Межвузовский сб. науч. тр. Красноярск: КГТА. 1997. С.24-36 (соавторы В.А. Усольцев, A.B. Усольцев).

10. Региональная и видовая специфика зависимости массы хвои от дендрометрических показателей деревьев // Лесоведение. 1998. № 2. С.55-68 (соавторы В.А. Усольцев, A.B. Усольцев).

11. Оценка предельных запасов фитомассы на примере елово-пихтовых экосистем Северной Евразии // Матер, междунар. конференции «Экология таежных лесов». Сыктывкар: Ин-т биологии (в печати).

12. Modelling spruce and fir limiting biomass in Northern Eurasia with an application to airborne laser data // Proceed. Intern. Symposium on Global Concerns for Forest Resource Utilization. Japan, Miyazaki, Abstr. N 103 (in press).

Отдел оперативной полиграфии УГЛТА заказ №_Тираж 100

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Кириллова, Вера Витальевна, Екатеринбург

УРАЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

Кириллова Вера Витальевна

УДК 630 52

Структура и географические закономерности распределения

фитомассы древостоев (на примере некоторых хвойных Северной Евразии)

Специальность 06. 03. 03. - лесоведение, лесоводство, лесные пожары и

борьба с ними

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор В. А. Усольцев

Екатеринбург 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. Общая характеристика работы.................................................5

ГЛАВА 1. Состояние проблемы....................................................................11

1.1. Оценка фитомассы ветви как составной части кроны...........................11

1.2. Масса кроны и диаметр ствола...............................................................17

1.3. Масса кроны и объемный прирост ствола..............................................31

1.4. Вертикально-фракционное распределение фитомассы кроны...............38

1.5. Регрессионные модели переводного коэффициента фитомассы...........44

1.6. Методы составления эскизов таблиц биологической продуктивности древостоев......................................................................................55

1.6.1. Выравнивание показателей фитомассы древостоев одного возрастного ряда.........................................................................................56

1.6.2. Совмещение моделей фитомассы деревьев с возрастной динамикой взятых из ТХР показателей среднего дерева и числа стволов на 1 га...............................................................................................56

1.6.3. Совмещение моделей фитомассы деревьев с моделями распределения числа деревьев по толщине в возрастной динамике ТХР......58

1.6.4. Совмещение моделей фитомассы древостоев с ТХР по совокупности массоопределяющих показателей..............................................61

1.7. Географические закономерности продуктивности древостоев..............62

1.8. Предельные показатели фитомассы древостоев....................................73

1.9. Выводы.....................................................................................................82

ГЛАВА 2. Общая характеристика районов и объектов исследований.........88

2.1. Краткая природная и лесорастительная характеристика районов исследований............................................................................................88

2.2. Объекты исследований и объем работ....................................................98

ГЛАВА 3. Методика исследований..............................................................106

3.1. Выбор и обоснование метода исследований.........................................106

3.2. Методика полевого опыта. Закладка пробных площадей...................108

3.3. Отбор, рубка и обработка модельных деревьев...................................110

3.4. Математико-статистическая обработка экспериментальных

данных....................................................................................................112

ГЛАВА 4. Оценка массы крон деревьев в пихтовых древостоях...............114

4.1. Разработка регрессионных моделей и таблиц древесной зелени пихты сибирской....................................................................................115

4.1.1. Принципы построения четырехфакторной регрессионной модели для оценки древесной зелени пихты сибирской по данным

Е. А. Ефимовича и К. Е. Никитина.....................................................115

4.1.2. Оценка достоверности различия массы древесной зелени пихты сибирской горного Урала и горного Алтая и составление таблиц

для ее подеревной оценки...................................................................125

4.2. Применение физиологически обусловленных взаимосвязей для оценки массы крон деревьев..................................................................127

ГЛАВА 5. Оценка массы крон деревьев в культурах сосны......................147

5.1. Продуктивность и структура фитомассы на уровне отдельной ветви как минимодели всей кроны............................................................147

5.2. Оценка массы крон на основе физиологически обусловленных взаимосвязей.........................................................................................149

5.3. Вертикально-возрастное распределение массы крон деревьев............157

ГЛАВА 6. Региональные особенности биологической продуктивности

насаждений.............................................................................................167

6.1. Регрессионные модели и таблицы биологической продуктивности культур сосны.........................................................................................167

6.2. Регрессионные модели переводных коэффициентов фитомассы пихтовых и еловых древостоев.............................................................168

6.3. Составление региональных эскизов таблиц биологической про-

дуктивности пихтовых и еловых древостоев......................................172

6.3.1. Таблицы биопродуктивности ельников подзоны северной

тайги.....................................................................................................173

6.3.2. Таблицы биопродуктивности пихты и ели подзоны средней

и южной тайги......................................................................................173

6.3.3. Таблицы биопродуктивности ели подзоны широколиственно-темнохвойных лесов...........................................................................178

6.3.4. Таблицы биопродуктивности пихты и ели подзоны широколиственных лесов .................................................................................178

ГЛАВА 7. Моделирование предельных показателей фитомассы

древостоев............................................................................................182

7.1. Густотные траектории верхних пределов диаметра среднего дерева древостоя..................................................................................................182

7.2. Густотные траектории верхних пределов высоты среднего дерева древостоя.................................................................................................185

7.3. Густотные траектории верхних пределов запаса стволовой древесины.................................................................................................189

7.4. Густотные траектории верхних пределов фитомассы древостоев........190

7.5. Сопоставление предельных и «нормальных» густотных траекторий фитомассы...............................................................................................200

ВЫВОДЫ......................................................................................................207

ЛИТЕРАТУРА..............................................................................................209

ПРИЛОЖЕНИЯ 245

ВВЕДЕНИЕ. Общая характеристика работы.

Оценка фитомассы древостоев по составляющим фракциям (ствол, листва, скелет кроны, корни) по трудоемкости не сопоставима с традиционной оценкой запасов стволовой древесины. За 150-летнюю историю лесотаксаци-онной науки накоплены огромные банки данных о запасах стволовой древесины в системе государственного учета лесов, имеются многочисленные данные перечислительной таксации временных и постоянных пробных площадей и составлено большое количество региональных таблиц хода роста (ТХР) древостоев разных пород. Данные же о запасах и продуктивности фитомассы настолько отрывочны и малочисленны, что создание приемлемой нормативной базы для оценки фитомассы традиционными таксационными методами, причем в кратчайшие сроки, практически невозможно. Единственно приемлемый путь для заполнения информационных «белых пятен» по фитомассе -

использование переводных коэффициентов, а именно - сопряжение традиционных нормативов и банков лесоустроительных данных по запасам стволовой древесины с данными о фитомассе лесов на основе переводных коэффициентов.

При первых оценках общей фитомассы лесов, ее прироста и депонирования углерода, выполненных на уровне природных зон и подзон (Лавренко и др., 1955; Базилевич, Родин, 1967; Olson et al., 1983; Kolchugina, Vinson, 1993 а), использовался экспериментальный материал небольшого числа пробных площадей. Их репрезентативность была неизвестна, критерий воспроизводимости (т.е. точности) оценки фитомассы и связываемого ею углерода отсутствовал. Невоспроизводимые же схемы выборочного учета хуже, чем бесполезные, поскольку они создают ауру ложной точности, которая может ввести в большое заблуждение (Cottam et al., 1953). Очевидно, что правомерность распространения данных фитомассы небольших выборок на обширные площади без учета породного, возрастного и структурного разнообразия лесов весьма сомнительна, и оценки фитомассы лесов, как региональные, так и глобальные, должны выполняться на математико-статистической основе.

Особого внимания требует методический подход к оценке депонирования фитомассы на площадях под лесными культурами. Это положение можно проиллюстрировать на примере тропических лесных плантаций. Несмотря на существенно более высокую интенсивность связывания атмосферного углерода плантациями по сравнению со спелыми естественными древостоями, их роль в углеродном балансе обычно игнорировалась вследствие небольших площадей (менее 1 % общей площади тропических лесов). Однако важен не только размер площади под плантациями, сколько темпы их создания, соотнесенные со скоростью сведения лесов. Фактическое приращение около 1 га плантаций на каждые 9 га вырубаемых сомкнутых спелых древостоев выво-

дит плантации в число существенных составляющих углеродного цикла. Количество атмосферного углерода, депонируемого в тропических плантациях, составляет около 70 млн. т/год, большая часть которого (79 %) приходится на первые два класса возраста (Brown et al., 1986). Однако именно первые два класса возраста обычно характеризуются наибольшим варьированием переводного коэффициента фитомассы и наименьшей точностью ее оценки (Flury, 1892).

В этом отношении представляют интерес обширные территории на южном пределе ареала основной лесообразующей породы - сосны, примыкающие к уральскому региону с юга. Здесь, особенно в Тургайском прогибе (Кустанайская область Казахстана), в течение последних 30 лет был проведен большой объем лесокультурных работ: в одном только Аман-Карагайском островном бору, занимающему площадь 80 тыс. га, за период с 1953 по 1984 годы посажено более 24 тыс. га лесных культур сосны обыкновенной, в том числе в последнее десятилетие сажалось ежегодно 800-1000 га (Прохоров и др., 1985). Вследствие жестких лесорастительных условий (количество осадков составляет 250-300 мм, что вдвое меньше, чем на Среднем Урале) этот опыт лесоразведения и лесовосстановления не всегда был успешным. Поэтому определение биопродуктивности этих лесных культур имеет значение не только при оценках связывания атмосферного углерода, но важно и в локальном экологическом аспекте, в плане оценки биопродукционного потенциала названных площадей.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы было изучить структуру и географические закономерности распределения фито-

массы древостоев естественных пихтарников и ельников Северной Евразии и культур сосны Тургайского прогиба; выявить степень достоверности различия фитопродуктивности биологически близких пород - пихты и ели - и возможность составления общих для двух пород таблиц биологической продуктивности.

В связи с поставленной целью конкретными задачами исследования

были:

- разработать эскизы таблиц биопродуктивности естественных пихтарников и ельников по подзонам и регионам Северной Евразии и культур сосны Тургайского прогиба;

Научная новизна. Впервые для культур сосны рассчитаны модели и составлены таблицы для оценки фитомассы отдельных ветвей, отдельных секций кроны и крон в целом; рассчитаны регрессионные модели для подерев-ной оценки массы древесной зелени пихты Урала и Алтая; разработаны модели переводных коэффициентов фитомассы и эскизы таблиц биопродуктив-

ности естественных пихтарников и ельников по подзонам и регионам Северной Евразии, а также культур сосны Тургайского прогиба; рассчитаны предельные показатели фитомассы пихтовых и еловых древостоев по подзонам и регионам Северной Евразии.

Практическая значимость работы состоит в разработке нормативных материалов, необходимых при реализации систем лесохозяйственных мероприятий, направленных на повышение продуктивности и комплексного освоения пихтовых лесов Урала, а также лесных культур в условиях Северного Казахстана. Результаты работы могут быть использованы при разработке лесного кадастра, осуществлении лесного мониторинга и экологических программ разного уровня, а также при создании баз данных о фитомассе лесов , запасам углерода в ней и при расчетах глобального углеродного цикла.

Разработанные нормативы используются Свердловской лесоустроительной экспедицией Поволжского лесоустроительного предприятия и Баса-манским лесохозяйственным производственным предприятием Кустанайско-го лесохозяйственного производственного объединения Республики Казахстан при устройстве пихтовых и сосновых лесов и для расчета ресурсов древесной зелени и технологической щепы, получаемых при лесопользовании.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на всероссийских и региональных конференциях: "Экосистемы Севера: структура, адаптация и устойчивость", Петрозаводск, 1993; конференции, посвященной 100-летию Ф.П. Моисеенко "Современные аспекты лесной таксации", Гомель, 1994 (Республика Беларусь); региональной молодежной научной конференции "Актуальные проблемы лесоведения", Екатеринбург, 1996; молодежной конференции "Проблемы общей и прикладной экологии", Екатеринбург, ИЭР и Ж, 1996 и научно-практической конференции "Леса Башкортостана: современное состояние и перспективы", Уфа, 1997; международной конференции «Экология таежных лесов», Сыктывкар, 1998, и Международном симпозиуме ИЮФРО по глобальным аспектам использования лесных ресурсов, Япония, Миязаки, 1998.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 10 печатных работах, сдано в печать - 2.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ.

1.1. Оценка фитомассы ветви как составной части кроны.

Экологический мониторинг и реализация экологических программ различных уровней предполагают использование количественных и качественных показателей фитомассы лесов в виде соответствующих баз данных (Усольцев, 1995а, б). Создание последних затруднено высокой трудоемкостью процедуры взвешивания и приведения к абсолютно сухому состоянию фитомассы больших совокупностей деревьев. Один из способов снижения этой трудоемкости состоит в получении достаточно надежных регрессионных моделей для расчета массы ветвей I порядка по определяющим дендрометрическим показателям ветви и дерева в целом. При этом процедура взвешивания всей кроны заменяется менее трудоемким процессом перечета ветвей I порядка. При определенных условиях эта замена обеспечивает недеструктивный (т.е. без рубки дерева) метод оценки фитомассы, что особенно важно при определении биопродуктивности деревьев и древостоев на объектах постоянного наблюдения.

Попытки опр�

Информация о работе

Кириллова, Вера Витальевна
кандидата сельскохозяйственных наук
Екатеринбург, 1998
ВАК 06.03.03

Диссертация

Структура и географические закономерности распределения фитомассы древостоев - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы