Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Структура и география первичной и удельной первичной продукции елово-пихтовых насаждений

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Структура и география первичной и удельной первичной продукции елово-пихтовых насаждений"

На правах рукописи

Хабибуллина Наталия Валерьевна

Структура и география первичной и удельной первичной продукции елово-пихтовых насаждений

06.03.02 - лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

з 1 окт т

Екатеринбург - 2013

005536160

Работа выполнена на кафедре менеджмента и внешнеэкономической деятельности предприятия ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Усольцев Владимир Андреевич;

Официальные оппоненты: Шиятов Степан Григорьевич, доктор биологических наук, профессор, ФГБУ науки «Институт экологии растений и животных» Уральского отделения РАН, лаборатория дендрохронологии, ведущий научный сотрудник; Марущак Валерий Николаевич, кандидат сельскохозяйственных наук, ФГБУ науки «Ботанический сад» Уральского отделения РАН, лаборатория экспериментальной экологии и акклиматизации растений, научный сотрудник;

Ведущая организация: ФГБУ науки «Институт леса им. В.Н. Сукачева»

Сибирского отделения РАН», г. Красноярск

Защита состоится 27 ноября 2013 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.281.01 при ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет» по адресу: 620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37, ауд. 401.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет».

Автореферат разослан 23 октября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, канд. с.-х. наук, доцент ^

/ Магасумова Альфия Гаптрауфовна

Введение. Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. Понятие биологическая продуктивность включает в себя три взаимосвязанные составляющие: фито-масса лесного насаждения, выраженная в тоннах абсолютно сухого вещества на 1 га, чистая первичная продукция (ЧПП), или net primary production (NPP) - количество фитомассы, произведенной насаждением на единице площади в единицу времени и удельная чистая первичная продукция (УдЧПП) как отношение ЧПП к величине фитомассы, выражаемое в относительных единицах или процентах (Уткин и др., 2004; Гульбе и др., 2010). ЧПП и УдЧПП являются важнейшими характеристиками функционирования лесных экосистем. УдЧПП является одним из количественных показателей, характеризующих тип леса (Чернявский, 1985), и в отличие от ЧПП, представляет собой относительный показатель, а таковые использовать при характеристике лесных сообществ предпочтительнее. Они обычно более стабильны, чем абсолютные, и по сравнению с последними позволяют выявить видоспецифичные закономерности продукционного процесса и его возрастной динамики в лесных экосистемах (Гульбе и др., 2010). Зная УдЧПП, можно рассчитать ЧПП по более легко определяемой фитомассе насаждения.

Изучение структуры и географии ЧПП и УдЧПП лесов являегся одним из наиболее приоритетных направлений (Jiang et al., 1999). Реализации подобной задачи на примере елово-пихтовых насаждений, произрастающих на евразийском материке, посвящено настоящее исследование, проводившееся в 2010-2013 гг. (грант РФФИ № 09-05-00508).

Степень разработанности темы исследования. Диссертация является законченным научным исследованием.

Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы - изучение структуры ЧПП и УдЧПП елово-пихтовых насаждений на двух уровнях - региона и ареала. В первом случае исследуется фракционная структура ЧПП и УдЧПП деревьев и насаждений естественных елово-пихтарников и культур ели сибирской в условиях темнохвойной тайги на Среднем Урале, а во втором - на основе сформированной базы данных о фитомассе и ЧПП елово-пихтовых насаждений Евразии разрабатывается система регрессионных моделей и анализируются региональные различия их структуры ЧПП и УдЧПП в пределах ареалов ели и пихты.

В связи с поставленной целью конкретными задачами исследования

были:

• изучить особенности фракционной структуры надземной ЧПП (кг) и УдЧПП (%) деревьев ели сибирской и пихты сибирской в естественных насаждениях и ели сибирской в культурах в условиях темнохвойной тайги Среднего Урала и составить справочно-нормативные таблицы для их оценки;

• определить фракционную структуру надземной годичной 41111 (т/га) и УдЧПП (%) естественных елово-пихтовых насаждений и культур ели в условиях средней тайги Урала;

• сформировать базу данных о фитомассе и годичной 41111 (т/га) ело-во-пихтовых насаждений, произрастающих на территории Евразии;

• по материалам сформированной базы данных разработать регрессионные модели для оценки годичной 41111 и УдЧПП елово-пихтовых насаждений на территории Евразии и на их основе исследовать географические закономерности изменения в структуре названных показателей;

• составить таблицы хода роста елово-пихтовых насаждений Уральского региона по ЧПП и УдЧПП, совмещенные с традиционными таблицами хода роста (ТХР) древостоев.

Научная новизна. Впервые изучена структура годичной ЧПП (кг) и УдЧПП (%) деревьев ели естественного и искусственного происхождения и пихты в естественном состоянии, а также структура годичной надземной ЧПП (т/га) и УдЧПП (%) елово-пихтовых естественных насаждений и культур ели в условиях темнохвойной тайги Урала. Сформирована база экспериментальных данных о фитомассе и ЧПП елово-пихтовых насаждений Евразии и на ее основе впервые исследованы географические закономерности изменения фракционной структуры ЧПП и УдЧПП. Впервые составлены таблицы хода роста елово-пихтовых насаждений Уральского региона по ЧПП и УдЧПП.

Теоретическая и практическая значимость работы состоит в оценке ЧПП и УдЧПП ели и пихты как их важнейших количественных видовых характеристик, а также в разработке нормативных материалов, необходимых при реализации систем лесоводственных мероприятий, направленных на повышение продуктивности и комплексного освоения ело-во-пихтовых лесов. Результаты работы могут быть использованы при осуществлении лесного мониторинга и экологических программ разного уровня, а также при оценке углерододепонирующей и кислородопродуци-рующей функций лесных экосистем.

Методология и методы исследования. В основу исследования положен метод пробных площадей и модельных деревьев. Пробные площади заложены с учетом ОСТ 56-69-83. После рубки ствол делили на 10 секций, на середине каждой и на расстоянии 1,3 м от комля выпиливали диски, определяли диаметры ствола в коре и без коры и рассчитывали объем древесины и коры. Прирост древесины ствола определен путем "расчехления" ствола по 10 отрезкам и определения годичного радиального и объемного прироста, среднего за последние 5 лет, с последующим пересчетом объема и объемного прироста на единицы массы в абсолютно сухом состоянии по базисной плотности, определенной по дискам. Прирост коры рассчитан по приросту древесины и соотношению массы древесины и коры ствола. У дисков, взятых на относительных высотах 20, 50 и 80% от общей высоты

дерева, отделяли кору, взвешивали отдельно древесину и кору с точностью до 0,1 г, сушили и термовесовым методом рассчитывали абсолютно сухую фитомассу древесины и коры ствола (Усольцев, 2007). Фитомасса структурных частей кроны определялась после ее деления на три одинаковые по длине секции. После взвешивания каждой секции кроны с точностью до 50 г производилось деление их на охвоенные и неохвоенные ветви и последние взвешивались. Затем из охвоенной части каждой секции отбиралась проба (около 0,5 кг), взвешивалась с точностью до 1 г, затем от нее отделялась вручную хвоя, в том числе хвоя текущего года, которые взвешивались отдельно. Для определения содержания сухого вещества (ССВ) в массе хвои и ветвей из каждой части кроны взяты их образцы, которые взвешивали с точностью до 0,01 г и сушили. По полученным значениям рассчитывали абсолютно сухую массу ветвей и хвои дерева, в том числе хвои текущего года. 41111 ветвей определена методом, предложенным А.И. Русаленко и Е.Г. Петровым (1975).

Масса корней в культурах ели отмыта и взвешена по комплексному методу А.Ф. Чмыра (1984), усовершенствованному Г.Г. Тереховым и В.А. Усольцевым (2008). Годичный прирост корней рассчитан по их массе и соотношению прироста и массы надземной части дерева.

Положения, выносимые на защиту:

• таблицы для оценки количественных показателей ЧПП и Уд41111 деревьев ели и пихты для естественных насаждений и культур ели по определяющим показателям;

• система многофакторных регрессионных моделей, отражающих взаимосвязь фракционной структуры ЧПП и УдЧПП елово-пихтарников с морфо-структурой древостоев по экорегионам Евразии;

• географические закономерности изменения структуры ЧПП и УдЧПП елово-пихтовых насаждений на территории Евразии;

Степень достоверности и апробация результатов. Системный подход при содержательном анализе объектов исследования и интерпретации полученных результатов и реализация поставленных задач на уровне многофакторных регрессионных моделей определяют обоснованность приведенных в диссертации выводов и предложений.

Все виды работ по теме диссертации от сбора экспериментального материала до обработки и анализа полученных результатов выполнены автором или при ее участии.

Основные результаты исследований доложены на международном научно-практическом семинаре «Лесные экосистемы в условиях изменения климата: биологическая продуктивность и дистанционный мониторинг» (Йошкар-Ола, 2011); VIII всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Научное творчество молодежи - лесному комплексу России» (Екатеринбург, 2012); IX международной научно-технической конференции «Лесные технопарки - дорожная карта иннова-

ционного лесного комплекса: социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса» (Екатеринбург, 2013).

Основное содержание диссертации изложено в 13 печатных работах, в том числе 5 опубликованы в рецензируемых журналах (список ВАК).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 180 страницах машинописного текста, состоит из введения, 8 глав, заключения и 8 приложений. Список использованной литературы включает 193 наименования, в том числе 36 иностранных. Текст иллюстрирован 33 таблицами и 60 рисунками.

Глава 1. Состояние проблемы и методические неопределенности

Анализируются некоторые географические аспекты продуктивности еловых и пихтовых насаждений Евразии и принципы их географической и климатической ординации. Дается определение структурных составляющих биопродукции лесных экосистем, анализируются методические подходы к оценке ЧПП и УдЧПП, а также связанные с ними методические неопределенности (Турский, 1925; Орлов, 1928; Науменко, 1946; Prodan, 1951; Анучин, 1952; Кайрюкштис, 1969; Wenk, 1973; Уткин, 1975; Анта-найтис, Загреев, 1981; O'Neill, DeAngelis, 1981; Satoo, Madgwick, 1982; Хлюстов, Макаренко, 1983; Бузыкин и др., 1991; Fang et al., 1996; Gower et al„ 1997; Clark et al., 2001; Уткин и др., 2004; Keeling, Phillips, 2007; Гульбе и др., 2010).

Глава 2. Общая характеристика района и объектов исследования

Исследование выполнено в темнохвойных насаждениях на территории Билимбаевского лесничества Свердловской области, которое Б.П. Колесниковым с соавторами (1973) отнесено к подзоне южнотаёжных лесов и приурочено к Среднеуральской горной провинции. Однако западная часть входит в пределы Предуральской горной провинции, а юго-западные рубежи лесного массива лесничества граничат с подзоной широколиственных лесов. В диссертации рассмотрены природные условия и растительный покров. Ель и пихта в запасе представлены примерно поровну и обычно произрастают совместно. Превосходство ели в составе имеет место на влажных местоположениях, тяжёлых по механическому составу почвах.

На заложенных 40 пробных площадях в естественных елово-пихтовых насаждениях IV-VI классов возраста и 17 пробных площадях в 20-летних культурах ели взято соответственно 66 и 102 модельных дерева. Для перевода фракций фитомассы в абсолютно сухое состояние взято 469 проб хвои и ветвей, а также 274 выпила из стволов. Сформирована база данных из 479 определений фракционного состава фитомассы и ЧПП (ствол, ветви, хвоя, корни, нижний ярус) насаждений, взятых из 84 литера-

турных источников, в том числе: 120 - ели европейской (Франция, Бельгия, Дания, Германия, Италия, Румыния, Чехия, Болгария, Норвегия, Швеция, Финляндия, Эстония, Литва, Белоруссия, Украина, Россия), 75 - ели сибирской и пихты сибирской (Россия), 5 - ели аянской (Япония), 17 - ели Шренка (Китай), 161 - смешанных насаждений ели Вильсона и пихты Георга (Китай), 4 - ели шероховатой (Китай), 97 - пихты китайской (Китай). Сюда же включены наши 57 пробных площадей.

Глава 3. Структура ЧПП деревьев в ельниках естественного и искусственного происхождений на Среднем Урале: анализ закономерностей и составление таксационных таблиц

При совместном произрастании ели и пихты на Урале для оценки их ЧПП необходимы уравнения зависимости на уровне деревьев. Расчет регрессий для ЧПП елово-пихтовых древостоев IV-VI классов возраста выполнен по 33 деревьям ели и 32 - пихты в двух вариантах: (1) по возрасту дерева и диаметру ствола и (2) по диаметру и годичному радиальному приросту ствола. На статистически значимом уровне установлено, что при одних и тех же значениях регрессоров ЧПП деревьев ели по всем фракциям выше, чем пихты. Возраст и диаметр ствола объясняют 93-98% изменчивости ЧПП, а диаметр и радиальный прирост - соответственно 91-97%. Составлены справочно-нормативные таблицы, которые можно использовать при оценке ЧПП елово-пихтовых насаждений.

20-летние культуры ели сформированы по четырем вариантам подготовки почвы и ухода: (1) контроль под пологом, (2) контроль на открытом месте, (3) посадка с обработкой почвы под пологом и (4) посадка с обработкой почвы на открытом месте. При расчете зависимости ЧПП фракций фитомассы (стволы, хвоя, ветви, корни, надземная и полная) от высоты и диаметра ствола (Я2=0,92-0,98) в уравнение включены блоковые фиктивные переменные, кодирующие названные варианты, однако различия между ними оказались статистически не значимы. Составлена справочно-нормативная таблица, полезная при оценке ЧПП культур ели. Установлено, что при равных размерах деревьев их ЧПП в 20-летних культурах выше, чем в естественных 90-летних ельниках: по хвое - в 3, ветвям - в 2,6 и стволам - в 2 раза.

Глава 4. Структура удельной чистой первичной продукции (УдЧПП) деревьев в ельниках естественного и искусственного происхождений на Среднем Урале: анализ закономерностей и составление таксационных таблиц

Расчет регрессий для УдЧПП елово-пихтовых естественных древостоев выполнен по аналогии с оценкой ЧПП в двух вариантах: (1) по воз-

расту дерева и диаметру ствола и (2) по диаметру и годичному радиальному приросту ствола. Установлено, что при одних и тех же значениях рег-рессоров УдЧПП деревьев ели существенно выше, чем пихты. Возраст и диаметр ствола объясняют 68-88% изменчивости УдЧПП, а диаметр и радиальный прирост - соответственно 67-94%, т.е. значительно в меньшей степени, чем аналогичные уравнения для 41111. Составлены справочно-нормативные таблицы, которые можно использовать при оценке УдЧПП елово-пихтовых насаждений. Установлено, что показатели УдЧПП деревьев в естественных древостоях у ели значительно выше, чем у пихты: например, по надземной УдЧПП при диаметре ствола 16 см в возрасте 40 лет - в 3 и в возрасте 70 лет - в 2 раза.

Высота и диаметр ствола в культурах объясняют 47- 68% изменчивости УдЧПП, что существенно ниже, чем 41111. Составлена справочно-нормативная таблица, полезная при оценке УдЧПП деревьев в культурах ели. Показатели УдЧПП деревьев в культурах ели значительно выше, чем в естественных древостоях: например, при диаметре ствола 12 см по стволам - в 3 и по хвое и ветвям - в 2 раза.

Глава 5. Структура и сравнительный анализ ЧПП и УдЧПП еловых насаждений естественного и искусственного происхождения на

Урале

По рассчитанным уравнениям зависимости фитомассы и ЧПП деревьев ели и пихты от их диаметра ствола и данным перечета деревьев по породному составу и ступеням толщины получены фактические значения фитомассы и ЧПП елово-пихтарников и культур ели на пробных площадях Билимбаевского лесничества. Путем деления значений ЧПП на соответствующие значения фитомассы получены показатели УдЧПП. Установлено, что годичная надземная ЧПП составляет в естественных елово-пихтарниках 6,8 т/га с отклонениями от 3,1 до 12,8 т/га. Соотношение долей стволов, ветвей и хвои в ЧПП елово-пихтовых древостоев составляет соответственно 43, 10 и 47%, что отличается от ранее установленных соотношений для кедровников соответственно 47, 40 и 13% (Усольцев и др, 2013) и для березняков соответственно 46,14 и 40% (Усольцев и др., 2004).

Если на уровне дерева в культурах не было выявлено различий ЧПП между вариантами при условии равенства размеров деревьев, то на уровне древостоя эти различия существенны. В частности, на открытом пространстве ЧПП культур в 3 раза выше, чем под пологом лиственного древостоя. Подготовка почвы на открытом пространстве по отношению к контролю на открытом пространстве дает 6-кратное превышение по ЧПП. Надземная ЧПП 90-летних ельников превышает таковую в 20-летних культурах, причем это превышение по отношению к культурам, сформированным с обработкой почвы на открытом пространстве, составляет 32%, а по отношению

к культурам, сформированным с обработкой почвы под пологом древостоя, - 4-кратное.

Надземная УдЧПП елово-пихтарников установлена на уровне 4,0% с отклонениями от 3,2 до 5,1%. УдЧПП стволов, ветвей, хвои и надземной составляет в среднем соответственно 2,3; 2,9; 19,0 и 4,0%. Существенные различия выявлены по УдЧПП 90-летних естественных ельников и 20-летних культур. УдЧПП культур больше, чем в естественных ельниках, для стволов - в 9, для ветвей - в 4, для хвои - в 1,5 и для надземной УдЧПП - в 6 раз. Напротив, различия в вариантах культур по величине УдЧПП разных фракций не превышают 3-6%.

Глава 6. Географические закономерности изменения ЧПП елово-пихтовых насаждений на территории Евразии

Материалы базы данных по ели и пихте объединены в один исходный массив и структурированы в географическом плане: положение пробных площадей нанесено на карту-схему климатических (зональных) поясов Евразии и на карту-схему изоконт, рассчитанных по С.П. Хромову (1957). Каждая пробная площадь географически позиционирована в двух вариантах. В первом варианте пробные площади каждого климатического пояса (от 1-го до 5-го, соответственно - от лесотундры до субтропиков) соотнесены с индексами континентальное™ (от 55 до 95%, по С.П. Хромову), и выполнен многофакторный регрессионный анализ географической орди-нации ЧПП согласно рекурсивной системе уравнений:

1п(М) = ао+а1(1пЛ)+а2(1пА)2+а31п(2<?п)+а4(1п2оп)2+а51п(/С) -» -*1п(%/М) = а<>+а, (\пА)+а.г{\пА)2+а.ъ\п(2оп)+а^(\п2оп)2+л5\п{1С), (1)

где М - запас древостоя, м3/га; X, - годичная ЧПП 1-й фракции фитомассы (СТВОЛЫ, ХВОЯ, ветви, КОрНИ, надземная И ПОЛНаЯ - соответственно 2/г, 7,в, г, и гг), т/га; А - возраст древостоя, лет; 2оп - номер климатического пояса (от 1 до 5); 1С - индекс континентальное™, %. Я2 при оценке ЧПП в (1) составил от 0,76 до 0,85.

После табулирования (1) построены диаграммы для возраста древо-стоев 100 лет, показывающие, что при фиксированном индексе континентальное™ ЧПП хвои, ветвей и корней повышается от первого климатаче-ского пояса к третьему, а далее снижается. ЧПП стволов, а также надземная и полная ЧПП, последовательно возрастает в южном направлении. По мере увеличения индекса континентальное™ от 55 до 95% (т.е. в направлении от атлантического и тихоокеанского побережий к полюсу континентальное™) в южном умеренном климатическом поясе (номер 3) ЧПП хвои и стволов возрастает, а ЧПП ветвей, корней, надземной и полной фитомассы - снижается.

Во втором варианте для каждой пробной площади установлены географические широта (АО и долгота (£), в градусах, и регрессионный анализ исходных материалов базы данных выполнен согласно уравнениям:

1п(Л^=ао+а1(1пА)+а,(1пЛ)^аз1п(Л0+а4(1шУ)2+а51п(£)+а6(1п^2+а7(1п£)(1пЛ0

I (2)

1п(2//Ю=ао+а,(1пА)+а2(1пЛ)2+аз1п(^+а4(1пА02+а51п(£)+а6(1п£)2+а7(1п£)(1пЛ0.

Я2 при оценке ЧПП в (2) составил для разных фракций от 0,79 до 0,89, т.е. варьировал в тех же пределах, что и в (1), однако закономерности изменения ЧПП различных фракций в направлении «запад-восток» неоднозначны и по сравнению с закономерностями изменения ЧПП в зависимости от индекса континентальное™ более неопределенны.

Глава 7. Географические закономерности изменения УдЧПП ело-во-пихтовых насаждений на территории Евразии

По аналогии с ординацией ЧПП каждая пробная площадь с данными УдЧПП географически ориентирована в двух вариантах. В первом варианте выполнен регрессионный анализ географического распределения УдЧПП согласно рекурсивной системе уравнений:

1п(г/?,) = ао+а, (1пА)+ а21п(2оп)+а3(1п2ои)2+а41п(/С)+а5(1п/С)(1п2ои), (3)

где 2Я, - УдЧПП г'-й фракции фитомассы (стволы, хвоя, ветви, корни, надземная и полная - соответственно ЪКВ, ТЯЛ и 7ЛТ), %; А -возраст древостоя, лет; 7лп - номер климатического пояса (от 1 до 5); 1С -индекс континентальности, по С.П. Хромову, %. И2 в (3) составил по фракциям от 0,60 до 0,92.

После табулирования (3) построены диаграм мыдля древостоев в возрасте 100 лет, показывающие, что при фиксированном индексе континентальное™ УдЧПП хвои снижается от первого ко второму климатическому поясу, а по мере дальнейшего продвижения в южном направлении увеличивается. УдЧПП ветвей имеет прямо противоположный тренд. УдЧПП стволов монотонно возрастает от первого к пятому климатаческо-му поясу, а УдЧПП корней, УдЧПП надземной и полной (общей) фитомассы, напротив, снижается в том же направлении.

При фиксированном климатическом поясе (номер 3) в диапазоне индексов континентальное™ от 55 до 95% по мере приближения к полюсу континентальное™ УдЧПП хвои, стволов, надземной и полной фитомассы возрастает, а УдЧПП ветвей и корней - снижается.

После замены в регрессиях индекса континентальное™, по С.П. Хромову, на таковой, по Л.Г. Полозовой (1954), выше изложенная законо-

мерность для надземной ЧПП древостоев подтвердилась (рис. I, слева), а для УдЧПП нижнего яруса (рис. I, справа) оказалась противоположной.

Во втором варианте для УдЧПП слово-пихтарников каждой пробной площади установлены географические широта (ЛО и долгота (£). в градусах. и регрессионный анализ исходных материалов базы данных выполнен согласно уравнениям:

1пг/г,=^+а,1пЛ+а1(1пЛ)Ча,1п^+а«(1пЛ^3+а51п£+а6(1п£)2+а7(1п£)(1пЛ0. (4) I? в (4) составил по фракциям от 0,72 до 0.90.

Рнс. I. Изменение надземной УдЧПП (слева) н ЧПП нижнего яруса (справа) слово-пихтовых насажлений в зависимости от климатического пояса и индекса континентальное™ ЮР. по Л.Г. Полозовой (1954)_

При фиксированной долготе 90° в диапазоне географических широт от 20 до 70 в направлении с юга на север УдЧПП хвои и ветвей древостоев вначале снижается до широты 40°, а затем возрастает, а УдЧ1 III ветвей изменяется прямо противоположным образом, т.е. вначале увеличивается, а затем снижается. УдЧПП корней, надземной и полной (общей) фитомассы монотонно нарастает в диапазоне широт от 20 до 70°. В долготном направлении при фиксированном значении широты (в данном случае, равной 40**) закономерности изменения УдЧПП достаточно неопределенны.

Глава 8. Таблицы хода роста но ЧПП и УдЧПП слово-пихтовых насаждений Уральского региона

В насюищсй главе при составлении 13 таблиц хода роста слово-пихтовых насаждений Урала по ЧПП и УдЧПП за основу взяты существующие традиционные таблицы хода роста (ТХР) слово-пихтовых древостоев, дополненные показателями ЧПП и УдЧПП путем совмещения ТХР с регрессионными моделями названных показателей, полученными по исходному массиву данных пробных площадей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Чистая первичная и удельная чистая первичная продукция (соответственно ЧПП и УдЧПП) являются важнейшими характеристиками функционирования лесных экосистем, которые ранее на уровне деревьев в Уральском регионе и на уровне древостоев в елово-пихтовых экосистемах в пределах территории Евразии не изучались. Для оценки ЧПП елово-пихтовых насаждений Урала IV-VI классов возраста выполнен расчет уравнений на уровне деревьев ели и пихты по двум независимым переменным - возрасту дерева и диаметру ствола, - и выявлено статистически значимое различие двух пород по всем фракциям фитомассы (стволы, хвоя и ветви). Расчет аналогичных уравнений, в которых в качестве независимых переменных включены диаметр и годичный радиальный прирост ствола, также показал статистически значимое различие ели и пихты. Уравнения объясняют 91-98% изменчивости ЧПП деревьев ели и пихты. Составлены таблицы ЧПП фракций надземной фитомассы деревьев ели и пихты по двум входам, которые можно использовать для оценки ЧПП елово-пихтовых древостоев.

Исследование ЧПП фракций фитомассы (стволы, хвоя, ветви и корни) деревьев в 20-летних культурах ели сибирской, сформировавшихся в нескольких вариантах подготовки почвы и ухода, показало, что при одних и тех же значениях диаметра и высоты ствола дерева различие по вариантам статистически не значимо, и составлена обобщенная таблица ЧПП всех фракций фитомассы по двум входам. Двухфакторные уравнения объясняют 92-98% изменчивости ЧПП различных фракций фитомассы деревьев в 20-летних культурах ели.

По аналогии с регрессионным анализом ЧПП деревьев в елово-пихтарниках IV-VI классов возраста проведен подобный анализ фактических данных УдЧПП различных фракций фитомассы деревьев и установлено, что различие двух пород статистически значимо. Однако полученные регрессионные зависимости имеют более низкие коэффициенты детерминации по сравнению с соответствующими значениями для ЧПП и объясняют 68-88% изменчивости УдЧПП деревьев ели и пихты в древостоях IV-VI классов возраста. Показатели УдЧПП в естественных елово-пихтарниках у ели значительно выше, чем у пихты.

По аналогии с регрессионным анализом ЧПП деревьев в 20-летних культурах выполнен подобный анализ показателей УдЧПП, установлено, что различие по вариантам также статистически не значимо, и составлена обобщенная таблица УдЧПП всех фракций фитомассы по двум входам. Однако двухфакторные уравнения в данном случае объясняют лишь 4768% изменчивости УдЧПП различных фракций фитомассы в 20-летних культурах ели. Показатели УдЧПП ели в 20-летних культурах значительно выше, чем в естественных древостоях IV-VI классов возраста.

Если на уровне дерева в 20-летних культурах ели не было выявлено различий 41111 между вариантами при условии равенства размеров деревьев, то на уровне древостоя (т/га) эти различия существенны. Напротив, различия в вариантах культур по величине УдЧПП различных фракций не превышают 3-6%.

Надземная 41111 (т/га) 90-летних ельников превышает таковую в 20-летних культурах, причем это превышение по отношению к культурам, сформированным с обработкой почвы на открытом пространстве, составляет 32%, а по отношению к культурам, сформированным с обработкой почвы под пологом древостоя, - 4-кратное. УдЧПП культур больше, чем в естественных ельниках, для стволов - в 9, для ветвей - в 4, для хвои - в 1,5 и для надземной УдЧПП - в 6 раз.

Регрессионный анализ 41111 елово-пихтовых насаждений Евразии по данным 479 пробных площадей на территории от Франции и Бельгии до Китая и Японии с включением в качестве независимых переменных номера климатического пояса (от первого до пятого в широтном градиенте) и индекса континентальности климата показал, что изменение 41111 различных фракций фитомассы в поясном (зональном) градиенте при фиксированном индексе континентальности имеет различный характер: ЧПП хвои, ветвей и корней возрастает от первого климатического пояса к третьему, а затем к пятому поясу снижается. 41111 стволов, а также надземная и полная 41111, последовательно возрастает на всем интервале климатических поясов, от первого к пятому. В пределах третьего климатического пояса по мере приближения к полюсу континентальности 41111 хвои и стволов возрастает, а ЧПП ветвей, корней, надземной и полной фитомассы - снижается.

Регрессионный анализ ЧПП тех же елово-пихтовых насаждений с включением в качестве независимых переменных географической широты и долготы показал, что при фиксированной долготе 90° в направлении с юга на север ЧПП хвои, надземной и полной фитомассы древостоев вначале возрастает, а затем понижается, 41111 ветвей и корней монотонно снижается, а ЧПП стволов также монотонно увеличивается. В долготном направлении закономерность выражена менее четко по сравнению с вариантом, когда был включен индекс континентальности климата. В целом, ЧПП елово-пихтовых экосистем в большей степени связана с климатическими показателями (изменяющимися в сопряжении с географическими координатами), чем непосредственно с географическими координатами.

Регрессионный анализ УдЧПП елово-пихтовых насаждений Евразии с включением в качестве независимых переменных номера климатического пояса (от первого до пятого в широтном градиенте) и индекса континентальности климата показал, что при фиксированном индексе континентальности УдЧПП хвои снижается от первого ко второму климатическому поясу, а по мере дальнейшего продвижения в южном направлении увели-

чивается. УдЧПП ветвей имеет прямо противоположный тренд. УдЧПП стволов монотонно возрастает от первого к пятому климатическому поясу, а УдЧПП корней, надземной и полной фитомассы, напротив, снижается в том же направлении.

В южном умеренном климатическом поясе при индексах континентальное™ от 55 до 95% по мере приближения к полюсу континенталыю-сти УдЧПП хвои, стволов, надземной и полной фитомассы возрастает, а УдЧПП ветвей и корней - снижается. Аналогичные закономерности были установлены для надземной УдЧПП березовых экосистем Северной Евразии (Норицигна, 2009). Прямо противоположная закономерность имеет место для УдЧПП нижнего яруса: снижение в направлениях с юга на север и от атлантического и тихоокеанского побережий к полюсу континентально-сти, по-видимому, вследствие того, что по мере снижения густоты и продуктивности древостоев в названных направлениях создаются лучшие условия для развития нижнего яруса.

Регрессионный анализ УдЧПП елово-пихтовых насаждений Евразии с включением в качестве независимых переменных географической широты и долготы показал, что при фиксированной долготе 90° в направлении с юга на север УдЧПП хвои и ветвей древостоев вначале снижается до широты 40°, а затем возрастает, а УдЧПП ветвей изменяется прямо противоположным образом, т.е. вначале увеличивается, а затем снижается. УдЧПП корней, надземной и полной (общей) фитомассы монотонно нарастает в диапазоне широт от 20 до 70°.

При фиксированной широте 40° в диапазоне географических долгот от 10 до 140° наименьшие значения УдЧПП ветвей и корней приходятся на диапазон долготы 30-90°, в меньшей степени эта тенденция характерна для УдЧПП хвои и совершенно не подтверждается для УдЧПП стволов. В итоге некоторый, сравнительно слабо выраженный минимум УдЧПП надземной и общей фитомассы приходится на долготу 30°. В направлении с юга на север при фиксированной долготе 90° происходит перераспределение показателей УдЧПП хвои и ветвей, с одной стороны, и стволов - с другой: если у первых на широту 40° приходятся минимальные значения, возрастающие как в северном, так и южном направлениях, то для УдЧПП стволов зависимость противоположная. УдЧПП корней монотонно возрастает в северном направлении, и та же тенденция наблюдается по УдЧПП надземной и общей фитомассы.

Таким образом, сравнение результатов географического анализа УдЧПП елово-пихтовых насаждений Евразии показало, что закономерность их изменения в направлении «запад - восток» более четко выражена в связи с индексом континентальное™, нежели с географической долготой. По-видимому, в последнем случае в возросшую неопределенность вносит вклад «шумовой» эффект орографии и, как следствие, - изменчивость эда-

фических факторов, которая не объясняется чисто географической ордина-цией.

Комплект из составленных 13 таблиц хода роста елово-пихтовых насаждений Урала по ЧПП и УдЧПП может служить исходной основой при разработке различного рода экологических региональных и глобальных проектов и может быть использован в ресурсоведческом и лесоэкономи-ческом аспектах, а также при разработке системы глобальных экологических услуг.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

По списку ВАК

1. Хабибуллина, Н.В. Удельная чистая первичная продукция насаждений: методология и география / Н.В. Хабибуллина // Аграрный вестник Урала. - 2013. - № 9 (115). С. 67-70.

2. Хабибуллина, Н.В. Удельная чистая первичная продукция темно-хвойных пород Урала / Н.В. Хабибуллина, В.А. Усольцев, Г.Г. Терехов, A.A. Маленко // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2013. - № 8 (106). - С. 51-54.

3. Хабибуллина, Н.В. Удельная чистая первичная продукция древо-стоев и ее связь с определяющими факторами / Н.В. Хабибуллина, В.А. Усольцев, А.И. Колтунова // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2013. № 5 (43). С. 210-213.

4. Хабибуллина, Н.В. О понятии удельной чистой первичной продукции лесов / Н.В. Хабибуллина, В.А. Усольцев, В.А. Сопига, М.В. Азаре-нок, В.И. Марковский // Естественные и технические науки. - 2013. -№4(66).-С. 101-102.

5. Воронов, М.П. Автоматизированная система определения и картирования депонируемого лесами углерода в среде СУБД ADABAS / М.П. Воронов, В.А. Усольцев, В.П. Часовских, И.С. Лазарев, Н.В. Сенчило (Хабибуллина) // Лесной журнал. - 2013. - № 1 (331). - С. 22-28 (Изв. высш. учеб. заведений).

В прочих журналах и тематических сборниках

6. Усольцев, В.А. Вертикально-фракционное распределение фитомас-сы крон в сосняках как калибровочная характеристика при их дистанционном зондировании / В.А.Усольцев, Е.В. Кох, А.Т. Мезенцев, Н.В. Сенчило (Хабибуллина), Д.В. Чендарев // Сборник научных трудов ученых и специалистов факультета экономики и управления УГЛТУ. - Вып. 3. - Екатеринбург: УГЛТУ, 2012. - С. 232-254.

7. Усольцев, В.А. Количественная и квалиметрическая составляющие биологической продуктивности кедровников Урала / В.А. Усольцев, И.С. Лазарев, В.В. Крудышев, Н.В. Сенчило (Хабибуллина) // Сборник научных трудов ученых и специалистов факультета экономики и управления УГЛТУ. - Вып. 3. - Екатеринбург: УГЛТУ, 2012. - С. 261-270.

8. Усольцев, В.А. Вертикально-фракционное распределение фитомас-сы крон в сосняках как калибровочная характеристика при их дистанционном зондировании / В.А. Усольцев, Е.В. Кох, А.Т. Мезенцев, Н.В. Сенчи-ло (Хабибуллина), Д.В. Чендарев // Сборник научных трудов ученых и специалистов факультета экономики и управления УГЛТУ. - Вып. 3. - Екатеринбург: УГЛТУ, 2012. - С. 232-254.

9. Усольцев, В.А. Калибровочные параметры дистанционного зондирования лесных насаждений / В.А. Усольцев, А.Т. Мезенцев, Е.В. Кох, Н.В. Сенчило (Хабибуллина), Д.В. Чендарев // Сборник научных трудов ученых и специалистов факультета экономики и управления УГЛТУ. -Вып. 3. - Екатеринбург: УГЛТУ, 2012. - С. 258-260.

10. Усольцев, В.А. Межвидовые различия фитомассы кедров сибирского и корейского в Евразии / В.А. Усольцев, А.Т. Мезенцев, В.В. Кру-дышев, И.С. Лазарев, Н.В. Сенчило (Хабибуллина), В.В. Терентьев, Г.Г. Терехов / // Леса России и хоз-во в них. - 2013. - № 2 (45). - С. 94-97.

11. Воронов, М.П. Оценка и картирование биологической продуктивности лесного покрова в среде Natural (на примере Уральского региона) / М.П. Воронов, В.А. Усольцев, Е.В. Кох, А.Т. Мезенцев, В.В. Крудышев, И.С. Лазарев, Д.В. Чендарев, Н.В. Сенчило (Хабибуллина) // Лесные экосистемы в условиях изменения климата: Биологическая продуктивность и дистанционный мониторинг: материалы международного научно-практического семинара. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011. - С. 109-114 (http://csfm.marstu.net/publications.html).

12. Мезенцев, А.Т. Вертикально-фракционное распределение фитомассы крон деревьев как одна из калибровочных характеристик при дистанционном зондировании / А.Т. Мезенцев, Е.В. Кох, Н.В. Сенчило (Хабибуллина), Д.В. Чендарев, В.А. Усольцев // Научное творчество молодежи - лесному комплексу России: матер. VIII всерос. н.-т. конф. - Ч. 2. -Екатеринбург: УГЛТУ, 2012. - С. 116-119.

13. Усольцев, В.А. Структура удельной чистой первичной продукции (УдЧПП) кедра сибирского на Урале / В.А. Усольцев, И.С. Лазарев, Н.В. Сенчило (Хабибуллина), Д.С. Гаврилин // Сборник научных трудов ученых и специалистов факультета экономики и управления УГЛТУ. -Вып. 4,- Екатеринбург: УГЛТУ, 2013. - С. 152-162.

Отзывы на автореферат просим направлять в трех экземплярах по адресу: 620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37, УГЛТУ, ученому секретарю Магасумовой А.Г.. Факс: (343) 262-96-38; e-mail: dissovet. usfeu @ mail. ru.

Подписано в печать 21.10.2013. Объем 1,0 п. л. Заказ № 209. Тираж 100. 620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37. УГЛТУ. Отдел оперативной полиграфии.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Хабибуллина, Наталия Валерьевна, Екатеринбург

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»

04201452045

Хабибуллина Наталия Валерьевна

Структура и география первичной и удельной первичной продукции елово-пихтовых насаждений

Специальность 06.03.02 -лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель Усольцев Владимир Андреевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Екатеринбург - 2013

На правах рукописи

Оглавление

Введение. Общая характеристика работы.................................. 5

Глава 1. Состояние проблемы и методические неопределенности.. 15

1.1 .Некоторые географические аспекты продуктивности еловых насаждений в Евразии............................................................................. 15

1.2. Особенности территориального распределения и экологические аспекты продуктивности пихтарников Евразии...................................... 35

1.3. Принципы географической и климатической ординации лесного по- 52 крова......................................................................................

1.4. Чистая первичная продукция и ее связь с определяющими факторами...... 65

1.5. Удельная чистая первичная продукция (УдЧПП) и ее связь с определяющими факторами................................................................ 77

Глава 2. Общая характеристика района и объектов исследования 90

2.1. Природные условия Билимбаевского лесничества Свердловской области.................................................................................... 90

2.2. Характеристика лесного фонда Билимбаевского лесничества........ 98

2.3. Объекты исследований и объем работ....................................... 103

2.4. Характеристика базы данных о фитомассе и первичной продукции-

елово-пихтарников Евразии......................................................... 107

Глава 3. Структура ЧПП деревьев в ельниках естественного и искусственного происхождений на Среднем Урале: анализ закономерностей исоставление таксационных таблиц............................. 111

3.1. Оценка ЧПП деревьев в елово-пихтовых насаждениях Среднего Уралапо возрасту дерева и диаметру ствола..................................... 112

3.2. Оценка ЧПП деревьев в елово-пихтовых насаждениях Среднего Уралапо диаметру и радиальному приросту ствола на высоте груди...... 113

3.3. Оценка ЧПП деревьев в культурах ели сибирской на Среднем Урале по высоте и диаметру ствола.................................................... 119

Глава 4. Структура удельной чистой первичной продукции (УдЧПП) деревьев в ельниках естественного и искусственного происхождений на Среднем Урале: анализ закономерностей и составление таксационных таблиц............................................................................ 123

4.1. Оценка УдЧПП деревьев в елово-пихтовых насаждениях Среднего Урала по возрасту дерева и диаметру ствола.................................... 123

4.2. Оценка УдЧПП деревьев в елово-пихтовых насаждениях Среднего Урала по диаметру и радиальному приросту ствола на высоте груди....... 126

4.3. Оценка УдЧПП деревьев в культурах ели сибирской на Среднем

Урале по высоте и диаметру ствола.............................................................. 129

Глава 5. Структура и сравнительный анализ ЧПП и УдЧПП еловых насаждений естественного и искусственного происхождения на Урале........................................................................................... 133

5.1. Анализ фактических данных биопродуктивности естественных елово-пихтовых древостоев ............................................................. 133

5.2. Анализ фактических данных биопродуктивности 20-летних культур 138 Глава 6. Географические закономерности изменения ЧПП елово-пихтовых насаждений на территории Евразии....................................... 138

6.1. Изменение ЧПП елово-пихтовых древостоев по экорегионам в связи

с климатическими факторами........................................................ 139

6.2. Изменение ЧПП елово-пихтовых древостоев по географическим координатам ............................................................................... 144

Глава 7. Географические закономерности изменения УдЧПП елово-пихтовых насаждений на территории Евразии.............................. 149

7.1. Изменение УдЧПП елово-пихтовых древостоев по экорегионам в связи с климатическими факторами............................................... 149

7.2. Изменение УдЧПП елово-пихтовых древостоев по географическим

координатам............................................................................ 158

Глава 8. Таблицы хода роста по ЧПП и УдЧПП елово-пихтовых на-

саждений Уральского региона...................................................................... 163

8.1. Фрагментация массива исходных данных и кодирование выделенных совокупностей блоковыми фиктивными переменными....................... 163

8.2. Составление таблиц хода роста по ЧПП и УдЧПП елово-пихтовых

насаждений.............................................................................. 166

Заключение............................................................................. 172

Список использованной литературы.......................................... 177

Приложение 1. Фактические данные фитомассы, ЧПП и УдЧПП модельных деревьев пихты и ели, взятых на пробных площадях в естественных

елово-пихтовых древостоях............................................................................. 197

Приложение 2. Фактические данные фитомассы, ЧПП и УдЧПП

модельных деревьев в культурах ели на пробных площадях................ 200

Приложение 3. Фактические данные пробных площадей,заложенных в елово-пихтовых насаждениях Евразиизии(по литературным источникам) 205 Приложение 4. Результаты табулирования системы уравнений (6.1) по задаваемым значениям возраста древостоя, номера климатического

пояса и индекса континентальное™............................................... 234

Приложение 5. Результаты табулирования системы уравнений (6.4) для годичной ЧПП (т/га) по задаваемым значениям возраста древостоя, географической долготы (Е, град.) и географической широты (Ы, град.).. 238 Приложение 6. Результаты табулирования системы уравнений (7.1) для УдЧПП елово-пихтовых экосистем по задаваемым значениям возраста древостоя, номера климатического пояса и индекса континентальное™

климата.................................................................................. 242

Приложение 7. Результаты табулирования системы уравнений (7.4) для УдЧПП елово-пихтовых экосистем по задаваемым значениям возраста

древостоев и их географических координат.................................... 246

Приложение 8. Таблицы хода роста первичной и удельной первичной продукции еловых экосистем Уральского региона............................. 250

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность tcmï>i исследования. Понятие биологическая продуктивность включает в себя три взаимосвязанные составляющие: фитомасса лесного насаждения, выраженная в тоннах абсолютно сухого вещества на 1 га, чистая первичная продукция (ЧПП), или net primaiy production (NPP) - количество фитомассы, произведенной насаждением на единице площади в единицу времени и удельная чистая первичная продукция (Уд ЧПП) как отношение ЧПП к величине фитомассы, выражаемое в относительных единицах или в процентах (Уткин, А.И. Связь надземной чистой первичной продукции с фитомассой и с запасами насаждений (поиск моделей по материалам базы данных) / А.И. Уткин, Я.И. Гульбе, Т.А. Гульбе, Д.Г. Замолодчиков // Структурно-функциональная организация и динамика лесов. Материалы Всероссийской конференции. Красноярск: Ин-т леса СО РАН им. В.Н. Сукачева, 2004. С. 477-479; Гульбе, Я.И. Удельная продуктивность фитомассы древостоев основных лесообразующих пород / Я.И. Гульбе, Т.А. Гульбе, А.Я. Гульбе, JI.C. Ермолова // Лесные экосистемы в условиях изменения климата: биологическая продуктивность, мониторинг и адаптационные технологии. Материалы международной конференции. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2010. С. 197-200).

Знание величины УдЧПП в насаждениях разного породного состава и морфоструктуры имеет прикладное значение. Известно, что трудоемкость оценки ЧПП и фитомассы насаждений существенно выше по сравнению с оценкой только фитомассы, в связи с чем в литературных источниках данных о фитомассе насаждений примерно в 6 раз больше, чем данных о фитомассе и ЧПП. Поэтому, зная величины УдЧПП и фитомассы, можно не на пробных площадях, а расчетным путем, получить значение ЧПП насаждения.

Известно, что отсутствие количественных критериев при установлении типа леса обусловливает трудности с его идентификацией и субъективность при выделении того или иного типа леса. Под количественной оценкой ти-

пов леса понимается «построение информативной системы из минимального количества их признаков, которые репрезентативно и численно отражают закономерности формирования типов леса» (Чернявский, Н.В. Подход к разработке количественной оценки типов леса УССР. / Н.В. Чернявский // Современные проблемы лесной типологии / под ред. Л.П. Рысина. М.: Наука, 1985. С. 72). Анализ сходства 50 типов леса, выполненный Н.В. Чернявским, показал, что их надежное диагностирование возможно по нескольким числовым показателям, одним из которых является относительный прирост фитомассы, т.е. УдЧПП.

УдЧПП представляет одну из важнейших характеристик функционирования лесных экосистем, а ее обратная величина (отношение фитомассы к ЧПП) показывает, за какое время поток ЧПП создает наличный запас фитомассы (Одум, Ю. Основы экологии. Пер. с 3-го англ. изд. / Ю. Одум. М.: Мир, 1975. 740 е.; Базилевич, H.H. Биотический круговорот на пяти континентах: азот и зольные элементы в природных наземных экосистемах / Н.И. Базилевич, A.A. Титлянова. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. 381 е.).

УдЧПП, в отличие от ЧПП, представляет собой относительный показатель, а таковые в ряде случаев предпочтительнее использовать в целях всесторонней характеристики лесных сообществ. Они обычно более стабильны, чем абсолютные, и по сравнению с последними позволяют выявить общие (видоспецифичные) закономерности продукционного процесса и его возрастной динамики в лесных экосистемах (Гульбе, Я.И. Удельная продуктивность фитомассы древостоев основных лесообразующих пород / Я.И. Гульбе, Т.А. Гульбе, А.Я. Гульбе, JI.C. Ермолова // Лесные экосистемы в условиях изменения климата: биологическая продуктивность, мониторинг и адаптационные технологии. Материалы международной конференции. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2010. С. 197-200).

Надземная ЧПП и годичный прирост надземной фитомассы - понятия близкие, практически идентичные, поскольку первая величина превышает вторую на величину потерь вследствие объедания фитофагами какой-то час-

ти хвои и побегов текущего года, вымывания элементов питания дождевыми осадками и т.п., а эта разность ничтожно мала. Поэтому надземная ЧПП (ТЧРР) и годичный прирост надземной фитомассы являются, по существу, синонимами, поскольку разница между ними находится в пределах точности оценивания.

В связи с глобализацией оценок биологической продуктивности лесного покрова сегодня происходит смещение ее акцентов, а именно: от наземных методов - в пользу дистанционных, когда на смену валовым оценкам приходит изучение закономерностей распределения фитомассы по вертикали лесного полога (Усольцев, В.А. Вертикально-фракционное распределение фитомассы крон в сосняках как калибровочная характеристика при их дистанционном зондировании / В.А.Усольцев, Е.В. Кох, А.Т. Мезенцев, Н.В. Сенчило (Хабибуллина), Д.В. Чендарев // Сборник научных трудов ученых и специалистов факультета экономики и управления УГЛТУ. Вып. 3. Екатеринбург: УГЛТУ, 2012. С. 232-254; Усольцев, В.А. Вертикально-фракционное распределение фитомассы крон в сосняках как калибровочная характеристика при их дистанционном зондировании / В.А. Усольцев, Е.В. Кох, А.Т. Мезенцев, Н.В. Сенчило (Хабибуллина), Д.В. Чендарев // Сборник научных трудов ученых и специалистов факультета экономики и управления УГЛТУ. Вып. 3. Екатеринбург: УГЛТУ, 2012. С. 232-254; Усольцев, В.А. Компьютерное моделирование распределения фитомассы крон деревьев по возрасту мутовок в культурах сосны / В.А. Усольцев, Е.В. Кох, А.Т. Мезенцев, Д.В. Чендарев, Н.В. Сенчило (Хабибуллина) // Сборник научных трудов ученых и специалистов факультета экономики и управления УГЛТУ. Вып. 3. Екатеринбург: УГЛТУ, 2012. С. 255-257; Усольцев, В.А. Калибровочные параметры дистанционного зондирования лесных насаждений / В.А. Усольцев, А.Т. Мезенцев, Е.В. Кох, Н.В. Сенчило (Хабибуллина), Д.В. Чендарев // Сборник научных трудов ученых и специалистов факультета экономики и управления УГЛТУ. Вып. 3. Екатеринбург: УГЛТУ, 2012. С. 258-260).

Другая характерная тенденция: все более интенсивное внедрение автоматизированных методов оценки биологической продуктивности лесного покрова на базе современной компьютерной техники и продвинутого программного обеспе- обеспечения (Воронов, М.П. Оценка и картирование биологической продуктивности лесного покрова в среде Natural (на примере Уральского региона) / М.П. Воронов, В.А. Усольцев, Е.В. Кох, А.Т. Мезенцев, В.В. Крудышев, И.С. Лазарев, Д.В. Чендарев, Н.В. Сенчило (Хабибулли-на) // Лесные экосистемы в условиях изменения климата: Биологическая продуктивность и дистанционный мониторинг: материалы международного научно-практического семинара. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011. С. 109-114 (http://csfrn.marstu.net/publications.htmn: Воронов, М.П. Автоматизированная система определения и картирования депонируемого лесами углерода в среде СУБД ADABAS / М.П. Воронов, В.А. Усольцев, В.П. Часовских, И.С. Лазарев, Н.В. Сенчило (Хабибуллина) // Лесной журнал. 2013. № 1 (331). С. 2228).

Наряду с количественной оценкой биологической продуктивности лесных насаждений все более актуальным становится изучение квалиметриче-ских характеристик лесной фитомассы - плотности и содержания сухого вещества в ее фракциях - и их взаимосвязей с таксациоными показателями деревьев и древостоев (Усольцев, В.А. Количественная и квалиметрическая составляющие биоло-гической продуктивности кедровников Урала / В.А. Усольцев, И.С. Лазарев, В.В. Крудышев, Н.В. Сенчило (Хабибуллина) // Сборник научных трудов ученых и специалистов факультета экономики и управления УГЛТУ. Вып. 3. Екатеринбург: УГЛТУ, 2012. С. 261-270).

Исследования ЧПП и УдЧПП лесных экосистем являются сегодня актуальнейшими также ввиду необходимости решения таких проблем, как глобальные изменения, устойчивое развитие и сохранение биоразнообразия (Jiang, H. Modelling the net primary productivity of temperate forest ecosystems in China with a GAP model / H. Jiang, C. Peng, M.J. Apps, Y. Zhang, P.M. Woodard, Z. Wang // Ecological Modelling. 1999. Vol. 122. P. 225-238). Для мирово-

го научного сообщества изучение структуры и географии ЧПП и УдЧПП лесов является одним из наиболее приоритетных направлений. Реализации подобной задачи на примере елово-пихтовых насаждений, произрастающих на евразийском материке, посвящено настоящее исследование. Исследования автора проводились в 2010-2013 гг. (грант РФФИ № 09-05-00508).

Степень разработанности темы исследования. Диссертация является законченным научным исследованием.

Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы - изучение структуры ЧПП и УдЧПП елово-пихтовых насаждений на двух уровнях -региона и ареала. В первом случае исследуется фракционная структура ЧПП и УдЧПП деревьев и насаждений естественных елово-пихтарников и культур ели сибирской в условиях темнохвойной тайги на Среднем Урале, а во втором - на основе сформированной базы данных о фитомассе и ЧПП елово-пихтовых насаждений Евразии разрабатывается система регрессионных моделей и анализируются региональные различия их структуры ЧПП и УдЧПП в пределах ареалов.

В связи с поставленной целью конкретными задачами исследования

были:

изучить особенности фракционной структуры надземной ЧПП (кг) и УдЧПП (%) деревьев ели сибирской и пихты сибирской в естественных насаждениях и ели сибирской в культурах в условиях темнохвойной тайги Среднего Урала и составить справочно-нормативные таблицы для их оценки;

определить фракционную структуру надземной годичной ЧПП (т/га) и УдЧПП (%) естественных елово-пихтовых насаждений и культур ели в условиях средней тайги Урала;

сформировать базу данных о фитомассе и годичной ЧПП (т/га) елово-пихтовых насаждений, произрастающих на территории Евразии;

по материалам сформированной базы данных разработать регрессионные модели для оценки годичной ЧПП и УдЧПП елово-пихтовых наса-

ждений на территории Евразии и на их основе исследовать географические закономерности изменения в структуре названных показателей;

« составить таблицы хода роста елово-пихтовых насаждений Уральского региона по ЧПП и УдЧПП, совмещенные с традиционными таблицами хода роста (ТХР) древостоев.

Научная новизна. Впервые изучена структура годичной ЧПП (кг) и УдЧПП (%) деревьев ели естественного и искусственного происхождения и пихты в естественном состоянии, а также структура годичной надземной ЧПП (т/га) и УдЧПП (%) елово-пихтовых естественных насаждений и культур ели в условиях темнохвойной тайги Урала. Сформирована база экспериментальных данных о фитомассе и ЧПП елово-пихтовых насаждений и на ее основе впервые исследованы географические закономерности изменения фракционной структуры ЧПП и УдЧПП на всей территории Евразии. Впервые составлены таблицы хода роста елово-пихтовых насаждений Уральского региона по ЧПП и УдЧПП.

Теоретическая и практическая значимость работы состоит в оценке ЧПП и УдЧПП ели и пихты как их важнейших количественных видовых характеристик, в разработке нормативн�