Таксация древостоев березы маньчжурской (Betula manshurica Regel.) и березы плосколистной (Betula platyphylla Suk.) в южной части Дальнего Востока

Тютрин, Сергей Александрович

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Таксация древостоев березы маньчжурской (Betula manshurica Regel.) и березы плосколистной (Betula platyphylla Suk.) в южной части Дальнего Востока
ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Таксация древостоев березы маньчжурской (Betula manshurica Regel.) и березы плосколистной (Betula platyphylla Suk.) в южной части Дальнего Востока"

На правI

ТЮТРИН СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

Таксация древостоев березы маньчжурской (Betula manshurica Regel.) и березы плосколистной (Betula platyphylla Suk.) в южной части

Дальнего Востока

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

5 ДЕК 2013

005542617

Хабаровск - 2013

005542617

Работа выполнена на кафедре «Лесное и лесопарковое хозяйство» ФГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Выводцев Николай Васильевич

Официальные Данилин Игорь Михайлович, доктор

оппоненты: сельскохозяйственных наук, профессор, ведущий

научный сотрудник лаборатории таксации и лесопользования ФГБУ науки «Институт леса им. В.Н. Сукачева» Сибирского отделения РАН; Пастухова Альбина Михайловна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», кафедра селекции и озеленения

Ведущая организация: ФБУ «Дальневосточный научно-

исследовательский институт лесного хозяйства»

Защита состоится «27» декабря 2013 г. в 1400 ч на заседании диссертационного совета Д 212.253.03 при Сибирском государственном технологическом университете по адресу: 660049 г. Красноярск, проспект Мира, 82.

Тел. (факс) (391)266-03-90 E-mail: nvn@sibgtu.ru Сайт: www.sibgtu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государственного технологического университета.

Автореферат разослан «26» ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. с.-х. наук, доцент 6-/ Репях М.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований.

В настоящее время мировое сообщество, включая Российскую Федерацию, как равноправного партнера, решает проблемы известной концепции - устойчивое развитие. Названная концепция предполагает сбалансированное решение экономических, социальных и экологических задач общества по разным направлениям хозяйственной деятельности. Параметры управления лесопользованием (ресурсная функция) находят отражение в Лесном кодексе РФ 2006 г. и контролируется соответствующей нормативной базой, разработанной во времена активных лесозаготовок. Социальные функции при государственной собственности на леса регулируются институтом аренды. Экологические функции лесов либо игнорируются, либо закреплены в немногочисленных постановлениях разрешающего (запрещающего) характера, или совсем отсутствуют. В этой связи сбалансировано решать задачи управления лесными экосистемами, согласно критериев новой концепции, практически невозможно. Необходимость построения нормативов, на основе которых можно однозначно устанавливать ресурсные и экологические функции насаждений не вызывает сомнений. Для определения продукционных параметров древостоев на примере белоберезняков юга Дальнего Востока изучены особенности лесообразовательных процессов при естественном ходе развития.

Степень разработанности темы исследований. Диссертация является законченным научным исследованием. Разработанные лесохозяйственные нормативы позволят снизить экономические и экологические потери при назначении в рубку древостоев березы маньчжурской и березы плосколистной (березы белой).

Цель и задачи исследований - заключались в изучении региональных закономерностей роста и разработке нормативов для оценки продуктивности березовых древостоев южной части Дальнего Востока.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Определить направленность лесообразовательных процессов в хвойных формациях южной части Дальнего Востока.

2. Разработать таблицы хода роста для оценки продуктивности модальных древостоев березы белой.

3. Разработать нормативы для определения возрастов технической и углерододепонирующей спелости древостоев березы белой.

Научная новизна. Впервые изучено влияние климатических факторов на продуктивность белоберезняков. По данным глазомерно-измерительной таксации трех периодов лесоустройства (40 лет) изучена динамика лесного фонда Комсомольского района Хабаровского края, дана оценка лесообразовательным процессам, протекающим в хвойных формациях района. Установлены предельные технические параметры данных дистанционного зондирования Земли для мониторинга лесообразовательных процессов в условиях Дальневосточного федерального округа. Для трех районов юга Дальнего Востока разработаны таблицы хода роста модальных березовых древостоев. Разработана трехмерная математическая модель бонитировочной шкалы М.М.Орлова для оценки „подуктивности березовых древостоев по среднему приросту запаса.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные результаты исследований о характере лесообразовательных процессов с участием древостоев березы белой служат индикатором нарушенное™ лесного фонда обширных территории при естественном ходе развития. Разработанные нормативы применяются для оценки продуктивности в статике (модель объемной таблицы) и динамике (модели роста модальных белоберезовых древостоев). За счет внедрения новых моделей роста снижается объем полевых исследований по закладке пробных площадей на ход роста, увеличивается точность определения технической спелости древостоев березы белой.

Методология и методы исследования. При закладке пробных площадей был использован ОСТ 56-69-83. Сбор, обработка, систематизация, статистический анализ экспериментального материала; создание базы данных, формирование запросов, разработка нормативов, формулирование выводов, обработка, дешифрирование, оценка точности космических снимков, осуществлялась лично автором в рамках темы «Дистанционный мониторинг незаконных рубок и порядка лесопользования» в период с 2008 по 2011 гг.

Положения, выносимые на защиту:

1. При экстенсивном уровне ведения лесного хозяйства береза белая служит индикатором обесценивания ресурсного потенциала лесной растительности.

2. Функциональные возможности бонитировочной шкалы М.М.Орлова существенно расширяются за счет привлечения среднего прироста запаса древостоев как зависимой переменной.

3. Разработанные таблицы хода роста позволяют оптимизировать решение продукционных и экологических задач лесопользования в березовых древостоях.

Степень достоверности и апробация результатов обеспечивается использованием достаточного объема экспериментальных данных на площади 3.3 млн. га., натурной экспериментальной информацией - 28 пробных площадей, использованием современных методов статистики, проверкой и оценкой получаемых результатов на всех уровнях исследования, новейшим программным обеспечением. Основные положения и результаты исследований докладывались и представлялись на IV городской научно-практической конференции "Проблемы управления зелеными насаждениями в Хабаровске" (Хабаровск, 2009), V Международном конгрессе "Гео-Сибирь" (Новосибирск, 2009), IV Международной конференции «Земля из космоса. Наиболее эффективные решения» (Москва, 2009), конкурсе-конференции молодых ученых Хабаровского края (Хабаровск, 2011, 2012), V международной конференции «Геоинформационные технологии и космический мониторинг» (Ростов-на-Дону, 2012), Международном научно-практическом форуме «Природные ресурсы и экология Дальневосточного региона» (Хабаровск, 2012), Региональной научной конференции «Ботанико-географические исследования внутриконтинентальной северо-восточной части криолитозоны Евразии» (Якутск, 2013), Всероссийской конференции с международным участием «Состояние лесов и актуальные проблемы лесоуправления» (Хабаровск, 2013), Международной конференции «Геоинформационные науки и экологическое развитие: новые подходы, методы, технологии» (Ростов-на-Дону, 2013).

Результаты исследований внедрены и используются в Филиале ФГУП «Рослесинфорг» «Дальлеспроект» при проведении работ по таксации, Государственной инвентаризации лесов, дистанционному мониторингу незаконных рубок и порядка лесопользования, проектированию освоения лесов (справка о внедрении № 04/1760 от 21.09.2012).

По материалам диссертации опубликовано 20 научных работах, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки Российской Федерации.

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 157 стр. Состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы (337 источников, в том числе 44 на иностранных языках), иллюстрирована 57 рисунками, содержит 52 таблицы, 6 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность, научная новизна исследования, сформулированы цель и задачи, научные положения, выносимые на защиту, отмечена практическая значимость диссертационной работы.

Глава 1. ИЗУЧЕННОСТЬ БЕРЕЗОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ

Первая глава представляет собой аналитический обзор современного состояния исследований в области моделирования лесообразовательных процессов и включает следующие вопросы: таксономия, хронология, изученность березовых древостоев, модели роста березовых древостоев, преимущества данных дистанционного зондирования при оценке изменений в лесах.

В таксономическом отношении вид береза плосколистная (Betula platyphylla Sukaczev) входит в секцию Береза (Betula) рода Береза (Betula L.) семейства Берёзовые (Betulaceae S.F. Gray) (Сосудистые растения..., 1996). Затруднения в распознавании видов опосредованы высоким уровнем внутриродовой изменчивости и гибридизации (Усенко, 2009). Как следствие, название таксона береза плосколистная (Betula platyphylla Sukaczev) имеет ряд латинских и русских синонимов: Betula alba var. japónica Miq., Betula alba subsp. mandshurlca Regel, Betula japónica Siebold (Комаров, 1936; Rehder, 1949; Ohwi, 1965; Kitagawa, 1979; Encke, et al. 1984; Krüssmann, 1984; Walters, et al.,1986; Huxley, 1992; Wu Zheng-yi & Raven et al., 1994; Govaerts, & Frodin. 1998; Dirr,. 1998; Коновалова, Шевырёва, 2007; Aldén, Ryman & Hjertson. 2009).

Высокая степень сходства морфометрических и биоэкологических характеристик березы плосколистной и березы маньчжурской обуславливает объединение их в один вид при проведении исследований - береза белая (Цымек, 1956). В географическом отношении ареалы этих видов не имеют четко выраженной границы между собой. Хорско-бикинский водораздел является зоной, где встречаются оба вида берез: береза плосколистная с северного направления, береза маньчжурская - с южного (Усенко, 2009).

Первые таблицы хода роста для модальных березовых древостоев были разработаны в России в 1850 году Варгасом де Бедемаром. В 1925 году A.B. Тюрин построил всеобщие таблицы хода роста нормальных березовых древостоев. Активное освоение лесов в первой половине 20 века послужило импульсом к изучению роста модальных березовых древостоев, которое продолжалось до середины 70-х годов и отражено в работах: Д.А. Милованович, (1937); В.И. Галиновский, (1938); Н.В. Огородов, (1951); В.К. Захаров, O.A. Трулль, (1954); П.В. Алексеев, (1958); Н.И. Курзин, (1958); К.Б. Лосицкий, А.Я. Родионов, (1961); Г.О. Порицкий, (1961); В.В. Кузьмичев, (1963); П.В. Горский, (1965); А.Ф. Гуров, (1965); В.К. Попов, (1965); О. Хенно, (1965); Н.П. Чупров, (1965); Н.В. Валяев, (1966); Г.Ф. Карпенко, (1967); А.Н. Бобко, (1968); В.Д. Волков, (1968); Т.Х. Токмурзин, (1968); C.B. Волков,(1969); H.H. Свалов, (1969); И.А. Нахабцев, (1969); А.К. Тауринь, (1969); B.C. Моисеев, (1971); O.A. Атрощенко, (1972); Э.Н. Фалалеев, B.C. Поляков, (1975) и др. В 1976 году Н.Я. Саликов систематизировал это многообразие рядов роста, уточнив всеобщие нормативы

A.В.Тюрина. Позднее активность исследований роста насаждений резко снизилась.

B.М. Кричуном составлены таблицы для сомкнутых березовых древостоев Северного Казахстана (1987), И.В. Семечкиным - таблицы хода роста модальных березовых древостоев горнотаёжных районов Прибайкалья (1990).

Выполнение международных обязательств по депонированию углерода лесообразующими породами инициировало новый всплеск исследований в области моделирования роста насаждений как у нас в стране, так и за рубежом. Методы оценки бюджета углерода отражены в работах следующих авторов: A.C. Исаев и др., (1993); А.И.Уткин и др., (1994, 2001, 2003); О.В. Честных и др., (2004); Е.А. Ваганов и др., (2005); М.Л. Гитарский и др., (2006); Д.Г. Замолодчиков и др., (2007); Б.Н. Моисеев, А.Н. Филипчук, (2009). В 2006 г. А.З. Швиденко, по известным таблицам обобщил ход роста основных лесообразующих пород Северной Евразии. При этом вопросы разработки лесохозяйственных нормативов отошли на второй план. Ход роста березовых древостоев на Дальнем Востоке не изучен до настоящего времени.

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Вторая глава содержит характеристику объекта исследований и обоснование методологических подходов к решению поставленных задач.

Объектом исследований являлись древостой березы белой, произрастающие в границах Чумиканского (ЧЛХР), Комсомольского (КЛХР) и Верхнеуссурийского (BJIXP) лесохозяйственных районов (Шейнгауз и др, 1980).

Таблицы хода роста разрабатывались для модальных насаждений. В основу исследования положен статистический метод объединения в естественный ряд развития насаждений разных возрастов, имеющих сходную историю возникновения и произрастающих в одинаковых лесорастительных условиях (близкая группа типов леса). Выбор этого метода обусловлен и тем, что пробные площади в значительной степени «субъективно» характеризуют древостой изучаемой породы, а огромный банк данных лесоустройства по существу не участвует в передаче ценной информации о возрастных изменениях таксационных показателей древостоев березы белой. Более того, систематизация и обработка данных с целью получения вероятностной динамики насаждений по типам леса на базе массового материала согласуется с положением Ф. Клементса, согласно которого распространение элементов сукцессионного комплекса в пространстве повторяет их сукцессионную последовательность во времени (Clements, 1963).

Всего в работу вошло 111 845 лесотаксационных выделов на площади 3.3 млн. га из 11 лесничеств Хабаровского и Приморского краев. Разработка таблиц хода роста осуществлялась на основе сформированной базы данных древостоев березы белой первого яруса, с коэффициентом состава 10 единиц.

Особенности биоэкологии березы белой исследовались на основе региональных экологических шкал для лесной растительности Дальнего Востока (Комарова и др., 2003). Анализ лесного фонда Комсомольского лесничества Хабаровского края производился по методике СПбНИИЛХ, ЛТА и В/О Леспроект (Загреев, 1992). Параметры уравнений связи таксационных показателей определялись методом шагового регрессионного анализа (Драйпер, Смит 1986). Модель бонитировочной шкалы, сопряженная со средним приростом запаса стволовой древесины строилась на основе множественного регрессионного анализа.

Для определения углерододепонируюшей спелости березовых насаждений (возраст древостоя, в котором средний прирост массы углерода имеет максимальную величину) их продукция (древесная часть) пересчитывала«) в биомассу сухого вещества по разработанным таблицам хода роста (Гитарский, Замолодчиков, 2006). Конверсионные коэффициенты (равно как и возраст технической спелости), определенные в пределах группы возраста не позволяют эффективно применять таблицы хода роста для оценки спелостей древостоя с точностью до года. Синхронизация конверсионных коэффициентов с таблицами хода роста осуществлялась аналитически уравнением параболы второго порядка. Для определения возраста технической спелости разработано уравнение, независимой переменной в котором является максимальный средний прирост запаса. Всего использовано 66 рядов роста березовых древостоев.

Изменчивость товарных характеристик исследовалась по товарным таблицам древостоев березы белой Дальнего Востока (Корякин и др., 2010), северо-запада СССР (Мошкалев и др., 1984), Западной и Восточной Сибири (Фалалеев и др., 2005). Хранение и обработка лесоустроительной информации производилась в пакете MS Visual FoxPro на основе языка SQL.

Обработка данных дистанционного зондирования Земли включала создание мультивременных композитов космических снимков (211 шт), полученных в панхроматическом и спектрозональном режимах (Coppin, P., et al., 2004) в среде программного обеспечения Scanex Image Processor, ScanMagic (ИТЦ «Сканекс», Россия);

визуально - интерактивное дешифрирование (3848 лесосек), анализ и хранение результатов - ЛгсС13 (ЕБШ, США).

Глава 3. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

В третьей главе исследуются взаимосвязи продуктивности белоберезовых древостоев с климатическими параметрами районов исследований.

Южная половина Дальнего Востока располагается на восточной окраине Азии. В административном отношении входит в состав Приморского и Хабаровского краев, Амурской и Еврейской автономной областей. В меридиональном направлении территория имеет протяженность приблизительно 1700 км. от 42° 15' до 57° 50' северной широты. В широтном направлении - на 2000 км от 126° 30' до 141° 30' восточной долготы. Климатические показатели районов исследований изменяются в широтном направлении (таблица 1).

Таблица 1 - Климатическая характеристика района исследования (Шейнгауз и др., 1980)

ЛХР Радиационный баланс. ккал/см2*год Среднегодовая температура воздуха. С0 Сумма среднесуточных температур более +5° С. С0 Число дней с температурой воздуха более +5°С Годовое количество осадков, мм Глубина промерзания почвы, м

ЧЛХР(север) 11.3 -4.8 1475 128 547 2.5

КЛХР(центр) 15.7 -0.8 2290 157 646 1.9

ВЛХР(юг) 14.8 1.4 2590 177 669 1.2

3.1. Динамика лиственных лесов Дальневосточного федерального округа

Температура воздуха является основным фактором, оказывающим влияние на процессы лесообразования (Ливеровский, Колесников, 1949; Климат..., 2000). В период с 1966 по 2006 гг. в Приморье и Приамурье отмечается устойчивая тенденция повышения среднегодовых температур на 0.46 °С за каждые 10 лет (Бутова и др., 2004; Доклад об особенностях климата..., 2007).

Анализ данных Государственного учета лесного фонда с 1966 по 2006 гг. показывает, что повышение температурного режима привело к увеличению доли лиственных лесов на 5 % в дальневосточном регионе.

3.2 Связь продуктивности древостоев березы белой с климатом

Средняя продуктивность древостоев березы белой, представленная классом бонитета, изменяется в широтном направлении с севера на юг в соответствии с климатическими характеристиками (таблица 2). Низкий средний запас в в КЛХР обусловлен преобладанием молодняков, произрастающих на площади 65 915.9 га (70 %).

Таблица 2 - Средний класс бонитета по лесохозяйственньм районам

ЛХР Средний класс бонитета Средний запас, м'/га Количество выделов, шт Площадь, га

ЧЛХР(север) 3.8 66 1134 48739.9

КЛХР(центр) 3.5 37 2714 94032.8

ВЛХР(юг) 3.1 95 230 3353.6

Средний класс бонитета белоберезняков обусловлен климатическими параметрами районов произрастания; глубиной промерзания почвы, количеством дней с температурой воздуха более +5 °С, среднегодовой температурой воздуха. Закономерность передается линейным уравнением регрессии (1), параметры которого приведены в таблице 3.

у = ах + Ъ (1)

Таблица 3 - Параметры линейного уравнения связи среднего класса бонитета с климатическими характеристиками района __

Параметры уравнения Среднегодовая температура воздуха, °С Сумма среднесуточных температур более +5 С Число дней с температурой воздуха более +5 °С Годовое количество осадков, мм Глубина промерзания почвы, м

а -0.103 -0.001 -0.013 -0.005 0.524

Ь 3.328 4.609 5.530 6.306 2.494

^ 0.877 0.809 0.914 0.738 0.978

г 0.937 0.899 0.956 0.859 0.989

Примечание. Данные о ежегодных наблюдениях за климатическими характеристиками взяты на Хабаровской метеорологической станции (Дальневосточное УГМС ГУ "Хабаровский ЦГМС РСМЦ").

Глубина промерзания почвы, как наиболее значимый фактор, рассмотрена на основе непрерывных наблюдений с 1979 по 2012 гг. В среднем снижение составляет 1.31 см в год. Локальные минимумы проявляются регулярно с периодом 6-7 лет.

Снижение глубины промерзания почвы ведет к изменению условий произрастания древостоев и, как следствие, к увеличению их продуктивности. Это подтверждается повышением класса бонитета.

Глава 4. ДИНАМИКА ЛЕСООБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ С УЧАСТИЕМ БЕРЕЗЫ БЕЛОЙ

В четвертой главе рассматриваются предельные требования березы белой к условиям произрастания, типологическое разнообразие, динамика лесообразовательных процессов на уровне лесничества, возможности применения данных дистанционного зондирования Земли для мониторинга лесообразовательных процессов.

4.1 Условия произрастания березы белой

Анализ условий произрастания на основе региональных экологических шкал (Комарова и др., 2003), показал, что береза белая избегает гигрофитные влажные и мокрые условия местообитания, мегатрофные почвы с арктобореальным температурным режимом.

Анализ почвенных условий по влажности свидетельствует, что древостой березы белой произрастают в основном на двух категориях почв: свежие - 61%, 49%, 68%; и сухие - 18%, 40%, 26 % площади соответственно в Чумиканском, Комсомольском, Верхнеуссурийском лесохозяйственных районах. При этом категории: влажная, сырая, мокрая суммарно составляют в Чумиканском - 21%, Комсомольском - 9%, Верхнеуссурийском - 6% площади. По механическому составу почвы белоберезняки изучаемых районов произрастают на легких суглинках: 42%, 18%, 50% и средних суглинках: 53%, 76%, 46% от площади соответственно в ЧЛХР, КЛХР, ВЛХР. Категории песчаная, супесчаная, тяжелый суглинок, глинистая составляют не более 5% суммарно в пределах района.

Для растений березы белой характерна широкая амплитуда толерантности по факторам увлажненности, температурного режима, активного богатства почвы. Это обуславливает высокую энергию распространения и участие практически во всех типах насаждений зон хвойной тайги и смешанных хвойно-широколиственных лесов.

4.2 Типологическое разнообразие древостоев березы белой

Белоберезняки отмечаются в ценогенных циклично-возрастных с временной сменой главной породы, пирогенных и антропогенных типах сукцессий (Ефремов, Выводцев 1999). Ценогенные сукцессии характеризуются не трансформированными типами насаждений, сохранившими признаки коренных формаций, травяного покрова (лиственничник вейниково-разнотравный, ельник-зеленомошник). Пирогенные и антропогенные типы сукцессий проходят через смену пород и соответствуют

трансформированным, утратившим признаки коренных формаций, типам насаждений (белоберезняк кустарниковый).

Типологическое разнообразие изучалось на основе повыдельной лесотаксационной информации. Чистые древостой березы белой 4J1XP занимают площадь 48739.9 га. Из них наиболее распространенными являются белоберезняки брусничные - 28540.1 га (59%) и белоберезняки кустарниковые - 14881.8 га (31%). Представленность остальных типов насаждений не превышает 5%. 4JIXP не освоен в промышленном отношении, лесная инфраструктура не развита, плотность населения одна из самых низких (0.03 чел/км2), горимость лесного фонда также самая низкая (0.004%).

Чистые белоберезняки KJIXP произрастают на площади 94032.8 га и представлены 47 типами насаждений. Из которых преобладают: белоберезняки кустарниковые -площадью 59594.2 га (63%); лиственничники вейниково-разнотравные - площадью 7103.4 га (8%). Участие остальных типов леса не превышает 5%. В данном JIXP, в отличии от предыдущего, активно ведется заготовка древесины ели, пихты, лиственницы. Сплошные рубки охватывают 96 % лесосечного фонда. Высокий уровень захламленности вырубок обеспечивает KJIXP один из самых высоких уровней горимости в регионе (0.2%).

В Верхнеуссурийском лесохозяйственном районе древостой березы белой с коэффициентом состава 10 единиц занимают площадь - 3 353.6 га и представлены 11 типами насаждений: белоберезняки кустарниковые, белоберезняки лещинные, долинный кедровник, елово-широколиственный с кедром (влажный), ельник долинный, ельник кустарниково-разнотравный, ельник разнотравно-мелкопапоротниковый, ельник-зеленомошник, кленово-лещинный кедровник с липой и дубом, мшисто-кустарниковый кедровник с пихтой, разнокустарниковый кедровник с желтой березой. Наиболее распространенный тип насаждений - белоберезняк кустарниковый - 2158.7 га (64%). Для района характерно экстенсивное освоение лесных ресурсов. Основной способ рубки -выборочные. Горимость лесного фонда 0.04 %.

4.3 Лесообразующая функция березы белой

Лесообразующая роль березы белой отмечалась в работах A.A. Цымека (1956); Н.Б. Гроздовой (1979); С.А. Денисова (1979), В.В. Фуряева (1996), В.Т. Яборова (2000).

В ходе оценки уровня ведения лесного хозяйства Комсомольского лесничества установлено, что процесс распространения древостоев березы белой тесно связан (г = 0.87) с разрушением коренных хвойных лесообразователей рубками и пожарами (рисунок 1).

0,50 0,45

у = 0Д061Х + 0,0067

R2 = 0,7987.- Береза белая

g 0,40 8 0,35 | 0,30

0,30

Преобладающая порода Ель+Пихта

Линейная(Береза белая)

0,05 0,00

R2 = 0,974

Линейная (Преобладающая порода Ель+Пихта)

1965 1979 1993 2004 Год лесоустройства

Рисунок 1 - Динамика индекса породного состава Комсомольского лесничества Хабаровского края

Освоение территории сплошными рубками и регулярные пожары (например, в 1976 г.) привели к уменьшению доли преобладающих елово-пихтовых древостоев в 4 раза. Наряду с этим отмечается увеличение в б раз индекса породного состава березы белой. Уровень ведения лесного хозяйства Комсомольского лесничества Хабаровского края за период с 1965 по 2004 год оценивается в один балл, с тенденцией к снижению, что соответствует оценке состояния лесного фонда «плохое».

4.4 Мониторинг лесообразовательных процессов по данным дистанционного

зондирования Земли

Уровень применения данных дистанционного зондирования Земли в исследованиях продуктивности лесов можно оценить как низкий. Основное систематическое использование космических снимков связано с ежегодным дистанционным мониторингом незаконных рубок и порядка лесопользования на базе Дальневосточного лесоустроительного предприятия.

Максимальная интенсивность использования космических снимков соответствует ежегодному 100 % покрытию площади лесного фонда субъекта. Наибольшая интенсивность использования космических снимков за период с 2008 по 2012 гг. характерна для Приморского края - 50.6 %. Наименьшая интенсивность характерна для Хабаровского края - 10.8 %.

Изменения, вызванные пожарами, не учитываются в ходе работ по мониторингу незаконных рубок. За период с 2008 по 2012 гг. доля площадей пройденных пожарами от площади мониторинга незаконных рубок, изменялась в пределах от 0.1 до 13.6 %.

Точность дешифрирования космических снимков оценивалась по площади лесосек. Для этого ежегодно, случайным образом выбирали до 3 % лесосек с нарушениями и обследовали в полевых условиях Систематическая ошибка составила 0.08 га. Среднеквадратическая ± 0.18 га на 137.4 га обследованной площади.

Учитывая биоэкологические свойства березы белой, данные дистанционного зондирования могут служить эффективным инструментом сбора информации о состоянии возобновления нарушенных территорий. Интенсивность возобновления определяется по вегетационным индексам. Для успешного решения этих задач необходимо использовать космические снимки среднего и высокого пространственного разрешения, ближнего и среднего инфракрасного диапазона электромагнитного излучения, сделанные в течение вегетационного периода до пожелтения листвы.

Изменения морфометрических параметров определяются по таблицам хода роста. Связь между данными дистанционного зондирования Земли и таблицами хода роста осуществляется через высоту и возраст белоберезняков.

Глава 5. НОРМАТИВЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗА ПРОДУКТИВНОСТИ ДРЕВОСТОЕВ БЕРЕЗЫ БЕЛОЙ

В главе 5 представлены результаты исследования взаимосвязей объемообразующих показателей, разработаны таблицы хода роста модальных белоберезняков, обоснован способ оценки продуктивности березовых древостоев на основе среднего прироста запаса стволовой части.

5.1 Взаимосвязи объемообразующих показателей

По таблицам хода роста нормальных березовых древостоев (Загреев, 1992; Швиденко, 2008) исследовалось влияние высоты и диаметра на точность определения объема ствола. При выборе независимой переменной, особенно у растущих деревьев чаще всего предпочтение отдают диаметру, а из уравнений регрессии - линейной функции (Анучин, Федосимов, Богачев, 1970; Кузьмичев, 1977; Кулешис, 1989; Заломанов, 1985; Выводцев, Выводцева, 1990). Это подтверждают результаты регрессионного анализа, на базе которых были рассчитаны видовые высоты, видовые диаметры (2, 3) и составлено обобщенное регрессионное уравнение для вычисления объемов стволов березовых древостоев в различных географических районах (4).

= 0.8014 + 0.4025 * Н (2)

где: ОТ - видовая высота, м; Н - высота, м. Ограничения: 5 < Н < 35. Коэффициент корреляции равен 0.997. Систематическая ошибка составила - 0.95 %, среднеквадратическая ± 9.23 % при точности 95 %.

ВР(О) = 0.5763 + 0.4122 * О (3)

где: БР - видовой диаметр, см; О - диаметр, см. Ограничения: 7 < Э < 35. Коэффициент корреляции равен 0.998. Систематическая ошибка составила - 0.87 %, среднеквадратическая ± 7.73 % при точности 95%.

V = 3.236 * 10"5 * з * Л * + 1-398) (4)

где: V- объем ствола, м3; ф.з - диаметр на высоте 1.3 м, см; Ь - высота дерева. Проверка модели (4) по таблице объемов ствола березы белой в коре по разрядам высот (Корякин и др., 2010) показала, что ошибка определения объема ствола в нормальных березовых древостоях не превышает 10 %. Это позволяет использовать для товаризации древостоев березы белой существующие товарные таблицы. Уравнение (4) использовалось при моделировании возрастных изменений модальных древостоев березы белой для расчета суммы площадей сечений и числа стволов.

5.2 Таблицы хода роста модальных древостоев березы белой

Для исследования хода роста модальных белоберезовых древостоев были отобраны 4078 выделов с коэффициентом состава 10, сгруппированные по типам насаждений и классам бонитета.

С целью выбора классификационной основы производился анализ гомогенности средних высот при равном классе возраста в наиболее распространенных типах насаждений по ^критерию Стьюдента. В результате установлено, что белоберезняки брусничные и кустарниковые не различаются на 5% уровне значимости, поэтому в качестве классификационной основы для разработки таблиц хода роста выбран класс бонитета (таблица 4).

Таблица 4 - ТХР модальных древостоев березы белой_____

AMZ Н

Mn I Аср I Атек | N0 | V0 | EVO | W0 | Дер" [ Атек"

ЧЛХР бонитет III

3.8

4.2

2527

4.5

0.720

1.24

13.9

12.9

729

12.2

0.485

2.06

2.41

1.45

36.0

118

2.96

3.86

19.0

20.0

436

ПА

0.446

147

2.11

1.90

1.50

80.9

228

3.26

3.40

100

21.3

26.1

314

21.4

0.428

195

1.95

1.33

1.41

124.7

320

3.20

2.74

КЛХР бонитет III

3.4

3419

3.9

0.805

1.19

13.5

14.4

573

11.9

0.474

1.90

1.78

1.87

50.5

127

3.17

3.65

18.8

21.5

296

13.6

0.441

113

1.61

0.79

1.31

98.6

212

3.02

2.10

100

21.4

25.5

215

13.9

0.430

128

1.28

0.31

0.77

128.9

257

2.57

1.08

ВЛХР бонитет III

4.3

4.2

2285

4.1

0.719

1.27

13.7

14.5

640

13.5

0.473

2.20

2.14

2.06

44.4

132

3.31

4.19

18.8

23.1

303

16.1

0.436

132

1.89

0.95

2.08

108.6

241

3.44

3.04

19.9

25.6

251

16.4

0.430

141

1.76

0.70

1.96

128.8

269

3.37

2.66

Примечание: Примечание: А - возраст, лет; Н - средняя высота, м; D - средний диаметр древостоев, см; N - число стволов, шт/га; G - сумма площадей сечений, м2/га; F - видовое число; Мп - запас стволовой части, м3/га; Аср - среднее изменение запаса, м3/га*год; Атек - текущее изменение запаса м /га'год; N0 -число отпавших стволов, шт/га; V0 - объем отпавших стволов, м3/га; £V0 - сумма отпада, м /га; W0 - общая продуктивность древостоев, м3/га; Аср" - средний прирост, м3/га*год; Атек" - текущий прирост, м /га*год.

Для аппроксимации средних значений таксационных показателей использовалась функция роста Митчерлиха (Кивисте, 1988).

у = а * (1 - ехр(-1 *(х* Ь)))лс (5)

где: х - возраст; у - таксационный признак; а, Ь, с - параметры уравнения.

Разработанные таблицы хода роста тестировались на системе типов роста березовых древостоев Н.Я. Саликова (Загреев, 1992). Сравнение осуществлялось в индексных значениях. Ряды роста березы белой занимают положение от 3 до 7 типа роста с переходом из одного типа в другой. Переходы указывают на особенности роста белоберезняков дальневосточного региона, в частности средний прирост по запасу стволовой древесины в среднем ниже в 0.79 раза среднего прироста по запасу нормальных березовых древостоев Европейской части страны.

Для синхронизации таблиц хода роста с конверсионными коэффициентами групп возраста (£Лу) использовалось уравнение (6), где в качестве независимой переменной принят возраст (А) насаждений, а не порядковый номер возрастной группы.

ЯРу = 0.977 - 0.005Л + 0.00003Л2. (6)

С помощью разработанных таблиц хода роста и уравнения (6) запас углерода стволовой части древесины определяется в любом возрасте с точностью до года.

5.3 Оценка продуктивности древостоев березы белой

Бонитирование применяют при оценке экономически значимых, натурально определимых характеристик ценных объектов, например, лесных насаждений, почв и т. п. (Реймерс 1990).

В лесном деле одним из первых оценочную шкалу классов бонитета предложил М.М. Орлов (1911). Входом в нее являются возраст древостоя и высота в указанном возрасте. Класс бонитета насаждений - величина безразмерная, определяется одной из трех объемных величин. Но продуктивность древостоя характеризуется количеством ресурсов произведенных за определенный период времени на единицу площади и, как следствие, должна быть трехмерной.

Продукционные возможности древостоя отражает наличный запас (Мп) - величина расчетная, трехмерная и в общем виде определяется по формуле (7).

Мп = Д[р * А = С * ЯР = 4 * 10"47г£>2 * N * (0.8014 + 0.4025Н) (7)

где: Дср - среднее изменение запаса, м3/га; А - возраст, лет; б - сумма площадей сечений (СПС), м2/га; ЯР - видовая высота, м; О - средний диаметр древостоя, см; N -число стволов, шт/га.

Возраст рубки древостоев является исключительно административным понятием. Для его обоснования предложено множество способов, один из которых базируется на среднем приросте древостоев. А.Г. Мошкалев (1986) обратил внимание на то, что этот способ при неравномерном распределении древостоев по классам возраста (молодняки преобладают) ведет к вырубке средневозрастных и приспевающих насаждений. В качестве критерия оптимизации объемов заготовки он предлагает использовать произведение площади на средний прирост спелых древостоев, а не средний прирост всех насаждений хозсекции. Следовательно, расчетная норма пользования будет решаться за счет рубки насаждений, достигших возраста рубки (спелости). Для древостоев березы белой всех лесных районов Дальневосточного федерального округа возраст рубки равен 61-70 лет (Приказ Рослесхоза от 19.02.2008 N 37). Спелые древостой составляют в ЧЛХР - 8.5 %, КЛХР - 4.1 %, ВЛХР - 20.9 % от площади.

Бонитировочной шкалой М.М. Орлова определение ресурсных функции не предусмотрено. В этой связи была сделана попытка расширить ее возможности за счет сопряжения классов бонитета и среднего прироста запаса нормальных березовых древостоев Н.Я. Саликова (1976). В нормальных березовых древостоях изменчивость видового числа при разных классах бонитета, но одинаковой средней высоте, в интервале

от 4 до 29 м не превышает 3%. Стандартные значения сумм площадей сечений, при тех же параметрах высоты, также не значительно варьируют между классами бонитета. В то же время средний прирост по запасу разных классов бонитета существенно различается между собой на всем интервале высот (рисунок 2).

— -СПС (1а)

-СПС(1)

-СПС 2

■ СПСЗ

-СПС 4

-СПС 5

• Дер (1а)

...X. • йср(1)

• йер (2)

• Дер (3)

• Дер(4)

Рисунок 2 - Соотношение среднего прироста и сумм площадей сечений в нормальных березовых древостоях по Н.Я Саликову.

Между средним изменением наличного запаса и высотой древостоев (рисунок 3). существует зависимость, близкая к функциональной, передающаяся линейным уравнением регрессии

Дер (Я) = а + ЬИ (8)

Параметры линейного уравнения в свою очередь обусловлены классом бонитета. Связь между ними передается параболой 2-го порядка. Регрессионный анализ параметров уравнения (8) методом блоковых фиктивных переменных позволил составить математическую модель среднего прироста, независимыми переменными которой являются возраст и высота нормальных березовых древостоев (9).

О ---г---,------1------1---1-1----'

О 5 10 15 20 25 30 35

Высота, м

Рисунок 3 - Зависимость среднего прироста от высоты

Дер (Я, Л) = [-0.132 - 0.021 * А + 0.00034 * А2 - 1.5 * Ю-6 * Л3 + 8.6 * Ю-11 * Л4] + [1.493 * 0.988л * Л"0452] * Н + [0.406 * 1.006^ * Л-1180] * Н2 (9)

Ограничения уравнения по возрасту: 10 < А < 100 лет; по высоте: 2.0 < Н < 33.4 м. Систематическая ошибка составила - 0.005 м3/га, среднеквадратическая ± 0.029 м3/га при точности 95%.

Табулированием уравнения (9) бонитировочная шкала М.М. Орлова дополнена средним приростом нормальных березовых древостоев (таблица 5). Таблица 5 - Значения среднего прироста запаса (стволовой части) нормальных березовых

Возраст, лет 1а верх 1а нижн I верх 1 ниж н II верх II нижн III верх III нижн IV верх IV нижн V верх V нижн

10 3.13 2.59 2.58 1.95 1.94 1.42 1.41 0.86 0.85 0.40 0.39 .

20 4.41 3.56 3.55 2.76 2.75 1.97 1.96 1.25 1.24 0.61 0.60 0.06

30 5.16 4.14 4.13 3.21 3.20 2.36 2.35 1.55 1.54 0.85 0.84 0.23

40 5.52 4.47 4.46 3.50 3.49 2.58 2.57 1.78 1.76 1.04 1.03 0.41

50 5.65 4.59 4.56 3.62 3.61 2.71 2.70 1.88 1.87 1.17 1.16 0.53

60 5.68 4.64 4.63 3.66 3.65 2.75 2.74 1.95 1.94 1.22 1.21 0.61

70 5.67 4.64 4.63 3.66 3.65 2.78 2.77 1.97 1.96 1.29 1.28 0.68

80 5.65 4.62 4.61 3.68 3.67 2.79 2.78 2.02 2.01 1.35 1.34 0.76

90 5.60 4.60 4.59 3.66 3.65 2.83 2.82 2.08 2.07 1.41 1.40 0.84

100 5.51 4.54 4.53 3.63 3.62 2.81 2.80 2.08 2.07 1.44 1.43 0.88

Оценка продуктивности древостоев осуществляется с помощью среднего прироста запаса, который определяется по возрасту и высоте на основе разработанных модальных таблиц хода роста с последующим сравнением со средним изменением запаса стволовой древесины нормальных древостоев и служит основой для определения отклонений от нормальных древостоев и объема рубок ухода. Например: белоберезняки Чумиканского лесохозяйственного района к 40 годам продуцируют в год древесины в среднем 2.06 м3/га (таблица 4). Это значение соответствует интервалу III класса бонитета по разработанной шкале и составляет 0.8 от верхнего предела. В данном древостое могут быть назначены проходные рубки ухода с понижением полноты до 0.6. Это соответствует ежегодному среднему приросту 0.51 м3/га или запасу 20.4 м3/га.

6. ВОЗРАСТ НАСТУПЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ И

УГЛЕРОДОДЕПОНИРУЮЩЕЙ СПЕЛОСТИ В ДРЕВОСТОЯХ БЕРЕЗЫ БЕЛОЙ

Глава 6 включает результаты исследования особенностей наступления технической и углерододепонирующей спелости. Единый для всех лесных районов возраст рубки вовлекает в лесохозяйственный оборот до 89 % белоберезняков, не достигших возраста технической спелости. Для установления возрастных границ разработан способ определения технической и углерододепонирующей спелости древостоев березы белой на основе среднего прироста запаса.

6.1 Техническая спелость

Техническая спелость (Атех) характеризуется возрастом, в котором древостой достигает максимальных значений среднего изменения запаса крупной и средней древесины (тахАсркр+ср). Между средним приростом наличного запаса в возрасте технической спелости и максимальным средним приростом наличного запаса (тахАср) установлена тесная связь (г = 0.996), на основе которой разработана математическая модель для определения технической спелости через средний прирост по наличному запасу (10).

Атехмод(тахАср) = 59.147(0.3919(0.9056 maxAcp - 0.0897) - 0.0486)"0457, (10)

где: Атехмод, - возраст технической спелости в модальных березовых древостоях, лет, тахДср - средний прирост наличного запаса в возрасте количественной спелости, м3/га*год.

С помощью уравнения (10) определяется техническая пригодность чистых березовых древостоев в любом возрасте.

6.2 Углерододепонирующая спелость

По депонированию углерода березовые леса в ДФО занимают второе место после лиственничных, абсорбируя 9.94106 т С в год (Уткин, 2006). В структуре надземной фитомассы березы белой стволовая часть в зависимости от диаметра варьирует в интервале от 68.8 % до 75.4 % (Бабурин, 1982).

С помощью подобранного уравнения (6) в таблицы хода роста были введены новые коэффициенты, осуществляющие пересчет запаса стволовой древесины в сыром состоянии в массу в сухом состоянии, что позволило аналитически находить возраст углерододепонирующей спелости (Aden) как для растущей части, так и с учетом отпада.

В зависимости от условий произрастания возраст углерододепонирующей спелости (Адеп) древостоев березы белой изменяется в интервале от 37 до 58 лет, возраст технической спелости (Атех) изменяется в интервале от 56 до 88 лет (таблица 6).

Таблица 6 - Спелости древостоев березы белой

ТХР Класс бонитета Атех, лет АсРтех Адеп, лет Дср„„

ЧЛХР II 61 2.8 45 2.9

III 71 2.1 53 2.1

IV 82 1.5 53 1.6

КЛХР III 75 1.6 37 1.9

IV 88 1.1 40 1.4

ВЛХР II 56 3.4 58 3.4

III 70 1.9 44 2.2

IV 70 1.4 55 1.8

6.3 Оптимизация лесопользования в березовых древостоях

В условиях экстенсивного лесного хозяйства процесс лесопользования часто приводит к потере продукционного потенциала лесообразующей породы. Это, например, произошло с кедром корейским. Ввиду полного его исчезновения ввели ограничения на рубку. Но серьезными исследованиями эти ограничения не подкреплены.

Таблицы хода роста используются для решения множества лесоводственных и производственных задач лесного хозяйства. Более детальное их рассмотрение позволило выявить важную особенность в динамике среднего изменения запаса (среднего прироста), точка кульминации которого характеризует продукционные и экологические функции древостоев. Переход через этот максимум указывает на снижение углерододепонирующих свойств насаждения, поэтому таблицы хода роста можно применять для оптимизации лесопользования.

На рисунке 4 показана методика определения технической и углерододепонирующей спелости березовых древостоев. Границы функций устанавливались по высоте и среднему приросту запаса из таблиц хода роста березовых древостоев различных экорегионов (Швиденко, 2008) и составленных таблиц хода роста. Всего привлечено 59 рядов роста. Границы функций березовых древостоев в системе координат высота; средний прирост запаса образуют два четырехугольника: АВК1, ИБЕР. Первый отражает область определения углерододепонирующей спелости, второй - технической спелости. Границы функций имеют общую часть - треугольник БСК..

О о

а я

высота, м

. • ■ •. неспелы«

гольлоДеп Дел*7е* - — — только Тех ■ -перестойнее

Рисунок 4 - Определение технической и углерододепонирующей спелостей по среднему приросту запаса древостоев березы белой.

Согласно теории устойчивого развития продукционные и экологические функции древостоев должны находиться в равновесии. Техническую пригодность древостоев характеризует сегмент «Тех» (многоугольник НОКСОЕР). В древостоях этого сегмента предел углерододепонирования достигнут, наступил оптимальный момент для реализации ресурсной функции. Сегмент «Деп+Тех» (треугольник вСК) - указывает на древостой в которых углерододепонирующая спелость наступает одновременно с технической или позднее. Такие древостой не должны включаться в лесосечный фонд. Сегмент «Деп» (многоугольник АВС01) характеризует древостой, достигшие углерододепонирующей спелости. Принадлежность к этому сегменту так же является основанием для исключения из лесосечного фонда.

Белоберезняки Верхнеуссурийского лесохозяйственного района II класса бонитета могут назначаться в рубку при высоте от 18.3 м и среднем приросте от 3.47 м3/га в год. По таблицам хода роста это соответствует возрасту 50 лет. Для березняков Комсомолького лесохозяйственного района IV класса бонитета оптимизация ресурсной функции наступает при высоте от 14.4 м и среднем приросте от 1.36 м3/га в год. Это соответствует возрасту 55 лет. Белоберезняки Чумиканского лесохозяйственного района Va класса бонитета не представляют экономической ценности и в лучшем случае успеют до распада реализовать углерододепонирующую составляющую.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Под действием эндогенных и экзогенных факторов за последние 40 лет доля лиственных лесов в лесном фонде ДФО увеличилась на 5 %.

2. В Комсомольском лесничестве Хабаровского края с 1966 по 2009 гг. индексы породного состава коренных елово-пихтовых древостоев в 74 случаях из 100 поменялись на индексы березы белой. Биоэкологические особенности этой породы (оперативно занимать открытые пожарами и рубками пространства), являются своеобразным индикатором, сигнализирующим об изменении состояния лесного фонда региона.

3. Последствия хозяйственной деятельности и стихийных бедствий можно эффективно определять по космическим снимкам видимого и инфракрасного диапазона электромагнитного излучения с пространственным разрешением не более 10 м, полученным в бесснежный период.

4. Зависимость продуктивности березовых древостоев от климатических факторов (увлажненность и температурный режим) в регионе представлена регрессионными зависимостями. На 5% уровне значимости снижение глубины промерзания почвы на 1 м приведет к увеличению среднего класса бонитета на 0.5; увеличение среднегодовой температуры воздуха на 1° С повысит среднюю продуктивность на 0.1 класса бонитета; превышение годовой нормы количества осадков на 100 мм увеличит средний класс бонитета на 0.5.

5. Использование видового диаметра в качестве независимой переменной при определении объема ствола ведет к минимизации ошибки при оценке продуктивности березовых древостоев и, как следствие, более точному прогнозу.

6. Математическая модель бонитировочной шкалы, позволяет дифференцировать березовые древостой по среднему приросту запаса стволовой древесины. Средняя величина прироста в возрасте технической спелости по классам бонитета изменяется в пределах от 0.87 до 3.31 м3/га в год.

7. Таблицы хода роста модальных белоберезовых древостоев, разработанные для юга Дальнего Востока, могут быть использованы для определения продукционных и экологических функций древостоев.

8. Возраст наступления углерододепонирующей спелости в древостоях определяется по максимуму среднего прироста запаса древесины и является своеобразным контролирующим критерием при назначении древостоев в рубку по технической спелости. В зависимости от условий произрастания углерододепонирующая спелость варьирует в пределах 37-58 лет, техническая - в пределах 56 - 82 лет.

Практические рекомендации

В результате исследования закономерностей роста древостоев березы белой разработан комплекс взаимоувязанных лесохозяйственных нормативов:

1. Обобщенная модель объемной таблицы для расчета объема ствола, позволяющая уточнить расчет объема ствола белой березы в различных лесохозяйственных районах Дальнего Востока.

2. Таблицы хода роста модальных древостоев березы белой Чумиканского, Комсомольского, Верхнеуссурийского лесохозяйственных районов, применяющиеся ФГУП «Рослесинфорг» «Дальлеспроект» при таксации, государственной инвентаризации, проектировании освоения лесов, мониторинге незаконных рубок, оценке запасов углерода в стволовой части.

3. Модель бонитировочной шкалы, сопряженная с таблицами хода роста через средний прирост запаса, дает возможность определить продуктивность и интенсивность лесоводственных мероприятий для березовых древостоев.

4. Шкалы для определения технической и углерододепонирующей спелостей позволяют оптимизировать лесопользование в березовых древостоях.

Экспериментально установленные предельные технические параметры данных дистанционного зондирования Земли найдут применение при мониторинге лесообразовательных процессов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, по списку ВАК:

1. Тютрин, С. А. Вклад березы плосколистной в углеродный баланс лесного фонда Хабаровского края / С. А. Тютрин, Н. В. Выводцев // Лесоведение. - 2013. - № 3. -С. 30-37.

2. Тютрин, С. А. Закономерности роста чистых древостоев березы плосколистной (ВеШ1а рЫурЬуПа, Зикасг.) / С. А. Тютрин, Н. В. Выводцев // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. - 2012. - № 2. - С. 94-97.

3. Тютрин, С. А. К вопросу о бонитировании березовых древостоев / С. А. Тютрин, Н. В. Выводцев // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. - 2013. - № 1. - С. 57-63.

4. Тютрин, С. А. К вопросу об эффективности дистанционного мониторинга в ДВО / С. А. Тютрин, Н. В. Выводцев // Лесное хозяйство. - 2010. - № 6. - С. 9-11.

Публикации в прочих изданиях:

5. Тютрин, С. А. Вектор развития актуализации лесоустроительной информации / С. А. Тютрин, Н. В. Выводцев, Г. Я. Маркелов // Природные ресурсы и экология Дальневосточного региона : материалы Международного научно-практического форума, 25-26 октября 2012 г. - Хабаровск : Изд-во ТОГУ, 2013. - С. 216-219.

6. Тютрин, С. А. Взаимосвязи объемообразующих показателей нормальных березовых древостоев / С. А. Тютрин, Н. В. Выводцев // Лесное хозяйство. - 2013. - № 1. -С. 41-43.

7. Тютрин, С. А. Дистанционный мониторинг незаконных рубок в Дальневосточном федеральном округе / С. А. Тютрин, Р. Б. Кондратовец // Земля из космоса. - 2010. - № 4. - С. 73-76.

8. Тютрин, С. А. Изучение роста березы плосколистной (ВеШ1а Р1а1урЬу11а Бик.) [Электронный ресурс] / С. А. Тютрин, Н. В. Выводцев // Ученые заметки ТОГУ: электронное научное издание. - Хабаровск, 2012. - Т. 3, № 1. - С. 18-28. - Режим доступа : ЬНр:// ejournal.khstu.ru/media/2012/TGU_3_03.pdf. (10.10.2013)

9. Тютрин, С. А. Изучение хода роста березы плосколистной в Дальневосточном федеральном округе / С. А. Тютрин, Н. В. Выводцев // Актуальные проблемы лесного комплекса : сборник трудов по итогам международной научно-практической конференции. - Брянск : Изд-во БГИТА, 2011. - Вып. 28. - С. 95 -97.

10. Тютрин, С. А. Использование данных дистанционного зондирования для изучения зеленых зон городов / С. А. Тютрин // Проблемы управления зелеными насаждениями в Хабаровске : материалы четвертой городской научно-практической конференции. - Хабаровск : Изд-во ТОГУ, 2009. - С. 115-120.

11. Тютрин, С. А. Определение продуктивности мягколиственных лесов Дальнего Востока / С. А. Тютрин, Н. В. Выводцев, Е. В. Сомов // Природные ресурсы и экология Дальневосточного региона : материалы Международного научно-практического форума, 25-26 октября 2012 г. - Хабаровск : Изд-во ТОГУ, 2013. - С. 213-215.

12. Тютрин, С. А. Оптимизация лесопользования в березовых древостоях / С. А. Тютрин, Н. В. Выводцев // Состояние лесов и актуальные проблемы лесоуправления : материалы Всероссийской конференции с международным участием. - Хабаровск : Изд-во ДальНИИЛХ, 2013. - С. 82-86.

13. Тютрин, С. А. Особенности проведения дистанционного мониторинга незаконных рубок и использования земель лесного фонда ДФО / С. А. Тютрин // Экономическое развитие Сибири и Дальнего Востока. Экономика природопользования, землеустройство, лесоустройство, управление недвижимостью : сборник материалов V Международного конгресса «ГЕО-Сибирь-2009», 20-24 апреля 2009 г. - Новосибирск : Изд-во СГГА, 2009. - Т. 3, ч. 2. - С. 63-67.

14. Тютрин, С. А. Оценка зеленых насаждений города Хабаровска на базе данных дистанционного зондирования Земли / С. А. Тютрин, С. М. Бурков, Г. Я. Маркелов // Геоинформационные науки и экологическое развитие: новые подходы, методы, технологии : материалы I международной конференции. - Ростов-на-Дону : ЮНЦ РАН, 2013.-С. 305-310.

15. Тютрин, С. А. Оценка ресурсного потенциала мягколиственных лесов Дальнего Востока [Электронный ресурс] / С. А. Тютрин, Н. В. Выводцев // Ученые

заметки ТОГУ: электронное научное издание. - Хабаровск, 2013. - Т. 4, № 2. - С. 57-68. -Режим доступа: http://eioumal.khstu.ru/media/2013/TGU 4 14.pdf. (10.10.2013)

16. Тютрин, С. А. Оценка уровня ведения лесного хозяйства в Комсомольском лесничестве Хабаровского края / С. А. Тютрин, Н. В. Выводцев, Е. В. Сомов // Лесная таксация и лесоустройство. - 2008. - № 2(40). - С. 79-82.

17. Тютрин, С. А. Связь средней продуктивности древостоев березы плосколистной с климатическими показателями южной половины Дальнего Востока / С. А. Тютрин, С. А. Тютрина // Наука и образование XXI века : сборник статей по материалам Международной научно-практической конференции, 30 сент. 2013 г. - Тамбов : Изд-во ТРОО «Бизнес-Наука-Общество, 2013. - С 119-123.

18. Тютрин, С. А. Сравнение скорости роста в высоту древостоев березы плосколистной с березовыми древостоями различных экологических регионов / С. А. Тютрин, Н. В. Выводцев // Актуальные проблемы лесного комплекса : сборник трудов по итогам международной научно-практической конференции / С. А. Тютрин, Н. В. Выводцев. - Брянск : Изд-во БГИТА, 2011. - Вып. 30. - С. 61-64.

19. Тютрин, С. А. Ход роста древостоев березы плосколистной (Betula platyphylla, Sukacz.) / С. А. Тютрин, Н. В. Выводцев // Лесной и химический комплексы -проблемы и решения : сборник статей по материалам Всероссийской научно-практической конференции. - Красноярск : Изд-во СибГГУ, 2011. - Т. 1. - С. 41-44.

20. Tyutrin S. Asian white birch as an indicator of reforestation processes of the Far East south part / S. Tyutrin // Applied Sciences and technologies in the United States and Europe: common challenges and scientific findings": papers of the 1st International Scientific Conference, June 29, 2013 - New York, USA : Cibunet Publishing, 2013. - P. 215-218.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 660049, г. Красноярск, проспект Мира, 82, учёному секретарю диссертационного совета.

Сдано в производство 2S.1Q.20I2. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,0. Изд. № 3/27. Заказ № 1916. Тираж 100 экз.

Редакционно-издательский центр СибГГУ 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82 Тел. 8(391)227-69-90

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Тютрин, Сергей Александрович, Хабаровск

На правах рукописи

04201454008

ТЮТРИН СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

Таксация древостоев березы маньчжурской (Betula mansh urica Regel.) и березы плосколистной {Betula platyphylla Suk.) в южной части

Дальнего Востока

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

06.03.02 — Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Выводцев Николай Васильевич

Хабаровск -2013

Оглавление

Введение..................................................................................................................................................4

Глава 1. Изученность березовых древостоев.......................................................................................7

Глава 2. Материал и методика исследований....................................................................................15

Глава 3. Характеристика района исследования.................................................................................20

3.1 Географическое положение и границы......................................................................................20

3.2 Геоморфология.............................................................................................................................20

3.3 Динамика лиственных лесов Дальневосточного Федерального округа.................................23

3.4 Гидрография.................................................................................................................................25

3.5 Почвы............................................................................................................................................25

3.6 Растительность.............................................................................................................................27

3.7 Связь продуктивности древостоев березы белойой с климатом.............................................28

3.7.1 Связь между средней продуктивностью и глубиной промерзания почвы..........................31

3.7.2 Связь между средней продуктивностью и среднегодовой температурой воздуха............35

3.7.3 Связь между средней продуктивностью и среднегодовым количеством осадков.............36

Глава 4. Динамика лесообразовательных процесов с участием березы белой..............................38

4.1 Условия произрастания березы белой......................................................................................38

4.2 Типологическое разнообразие древостоев березы белой.......................................................42

4.3 Лесообразующая функция березы белой.................................................................................43

4.4 Мониторинг лесообразовательных процессов по данным ДЗЗ.............................................50

Глава 5. Нормативы для оценки и прогноза продуктивности древостоев березы белой..............62

5.1 Взаимосвязи объемообразующих показателей........................................................................62

5.2 Таблицы хода роста модальных древостоев березы белой....................................................69

5.3 Оценка продуктивности древостоев березы белой.................................................................87

Глава 6. Возраст наступления технической и углерододепонирующей спелости в древостоях березы белой.........................................................................................................................................95

6.1 Техническая спелость.................................................................................................................95

6.2 Углерододепонирующая спелость..........................................................................................105

6.3 Оптимизация лесопользования в березовых древостоях......................................................111

Общие выводы и рекомендации.......................................................................................................116

Перечень условных обозначений.....................................................................................................118

Список литературы............................................................................................................................119

Приложение А Распределение чистых белоберезняков по классам бонитета и типам насаждений ..............................................................................................................................................................137

Приложение Б Таблицы хода роста модальных древостоев березы плосколистной..................141

Приложение В Предельные значения среднего прироста запаса нормальных березовых

древостоев по бонитировочной шкале М.М. Орлова.....................................................................152

Приложение Г Параметры уравнения связи наличного запаса с диаметром...............................153

Приложение Д Таксационные показатели березовых древостоев в возрасте

углерододепонирующей и технической спелости..........................................................................155

Приложение Е Справка о внедрении научно - технических разработок.....................................157

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

2. Разработать таблицы хода роста для оценки продуктивности модальных древостоев березы белой.

оценка лесообразовательным процессам, протекающим в хвойных формациях района. Установлены предельные технические параметры данных дистанционного зондирования Земли для мониторинга лесообразовательных процессов в условиях Дальневосточного федерального округа. Для трех районов юга Дальнего Востока разработаны таблицы хода роста модальных березовых древостоев. Разработана трехмерная математическая модель бонитировочной шкалы М.М.Орлова для оценки продуктивности березовых древостоев по среднему приросту запаса.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные результаты исследований о характере лесообразовательных процессов с участием древостоев березы белой служат индикатором нарушенности лесного фонда обширных территорий при естественном ходе развития. Разработанные нормативы применяются для оценки продуктивности в статике (модель объемной таблицы) и динамике (модели роста модальных белоберезовых древостоев). За счет внедрения новых моделей роста снижается объем полевых исследований по закладке пробных площадей на ход роста, увеличивается точность определения технической спелости древостоев березы белой.

Положения, выносимые на защиту:

2009), V Международном конгрессе "Гео-Сибирь" (Новосибирск, 2009), IV Международной конференции «Земля из космоса. Наиболее эффективные решения» (Москва, 2009), конкурсе-конференции молодых ученых Хабаровского края (Хабаровск, 2011, 2012), V международной конференции «Геоинформационные технологии и космический мониторинг» (Ростов-на-Дону, 2012), Международном научно-практическом форуме «Природные ресурсы и экология Дальневосточного региона» (Хабаровск, 2012), Региональной научной конференции «Ботанико-географические исследования внутриконтинентальной северо-восточной части криолитозоны Евразии» (Якутск, 2013), Всероссийской конференции с международным участием «Состояние лесов и актуальные проблемы лесоуправления» (Хабаровск, 2013), Международной конференции «Геоинформационные науки и экологическое развитие: новые подходы, методы, технологии» (Ростов-на-Дону, 2013).

Результаты исследований внедрены и используются в Филиале ФГУП «Рослесинфорг» «Дальлеспроект» при проведении работ по таксации. Государственной инвентаризации лесов, дистанционному мониторингу незаконных рубок и порядка лесопользования, проектированию освоения лесов (справка о внедрении № 04/1760 от 21.09.2012).

Глава 1. ИЗУЧЕННОСТЬ БЕРЕЗОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ

Наиболее точно изменения, происходящие в насаждениях, определяются по моделям продуктивности или, согласно таксационной терминологии, по таблицам хода роста (изменения) морфометрических параметров древостоев: средней высоты, среднего диаметра, среднего запаса древесной массы, среднего прироста (среднее изменение запаса), текущего изменения запаса.

Продуктивность лесов не имеет строгой формулировки [264] и большинством исследователей определяется как накопленная подсистемами фитоценоза (древостой, напочвенный покров и др.) биомасса на единице площади. Под продуктивностью древостоев понимается наличный запас древесной массы в количественных и качественных единицах. Если учитываются другие компоненты фитоценоза (ветви, хвоя, листва, корни) определяется общая продуктивность [44].

Лесным экосистемам свойственно стремление к увеличению продуктивности (естественное изреживание, сукцессионная динамика). Для реализации этого стремления фитоценозу необходим определенный уровень продуктивности, ниже которого он теряет способность к восстановлению. Устойчивость фитоценозов обеспечивается возрастной структурой, породным составом, полнотой древостоев, которые связаны между собой функционально и генетически. Многообразие продуктивности лесных сообществ обусловлено их сложностью и постоянными изменениями как эндогенного так и экзогенного характера.

Таблицы хода роста (ТХР) находят широкое применение при решении лесоинвентаризационных задач, при проектировании лесохозяйственных мероприятий, прогнозировании общей продуктивности, оценке эффективности управления, определении размера пользования лесами.

Помимо практического значения модели продуктивности являются средством количественного описания роста древостоев, систематизируя многолетние эмпирические данные. В результате раскрываются математические зависимости таксационных показателей, устанавливаются закономерности строения и роста насаждений. Наличие ТХР является необходимым условием для типизации и стандартизации насаждений.

В изучении хода роста выделяют три основных направления [15]. Первое базируется на моделях объединяющих совокупность древостоев по классам бонитета, типам леса, густоте, полноте, типам роста и их комбинациям. Большинство моделей этого направления представлены таблицами хода роста, разработанными на регрессионной основе. Преимуществом таких моделей является возможность задействовать массовую информацию лесоустройства и относительная простота вычислений [211]. Такие модели находят

практическое применение при таксации, инвентаризации лесов, актуализации лесного фонда, в лесоустроительном проектировании.

Второе направление основано на имитационном моделировании процессов роста отдельных насаждений. Объектом изучения выступает отдельное дерево. Основой для моделирования служит информация о росте, конкуренции между отдельными деревьями, их пространственное расположение относительно друг друга. Назначение этих моделей - проверка реакции древостоя на хозяйственные мероприятия (рубки ухода, внесение удобрений, выбор схемы посадки).

Третье направление в моделировании роста представлено как случайный марковский процесс. A.B. Жирмунский, В.И. Кузьмин отмечают: «Характеристики системы в данный момент определяют только по состоянию системы на тот же момент вне зависимости от характера предыдущего развития» [93, с. 43]. Информация о росте, строении, качественной структуре древостоев собирается на постоянных объектах и служит основой для построения первоначальной матрицы вероятностей. Лесной биогеоценоз как вероятностную систему изучали Т. Сузуки, Л. Педен, Дж. Вилльямс, В. Фрэйер, X. Брухер, Дж. Мозер и другие. Данное направление находит применение при прогнозировании лесообразовательных процессов в древостоях, пройденных рубками главного пользования.

Для решения лесохозяйственных задач важно знать продуктивность древостоев в любой момент времени и при разном масштабе генерализации исходной информации. Эффективность принимаемых решений при оптимизации лесохозяйственных задач обусловлена точностью полученных данных о состоянии лесных ресурсов, особенно на уровне таксационного выдела [44]. В основе системы оценки продуктивности фитоценоза развитое научно-методическое, программно-технологическое и техническое обеспечение, позволяющее решать функциональные задачи, связанные со слежением за состоянием, динамикой, использованием и воспроизводством лесов, обновлением баз данных на всех уровнях генерализации исходной информации.

Повышение производительности при решении задач мониторинга лесообразовательных процессов достигается за счет использования дистанционных измерений средствами дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Технические возможности средств ДЗЗ не позволяют регистрировать продуктивность путем прямых измерений и характеризуют, в первую очередь, пространственные отношения древостоев. Основными параметрами, получаемыми прямыми измерениями являются пространственные координаты и площадь лесного участка. Из морфометрических характеристик древостоя средствами ДЗЗ обеспечивается достоверное определение высоты, в отдельных случаях диаметра кроны, густоты, степени угнетенности [39], [185], [233]. Данные ДЗЗ позволяют осуществлять

повторные измерения с шагом в пределах нескольких часов. Следовательно, развитие системы оценки и мониторинга продуктивности лесов связано с поиском возможностей интеграции моделей лесообразовательных процессов с массивом данных дистанционных измерений на основе биоэкологических особенностей лесообразующих пород. При этом каждый уровень генерализации должен быть обеспечен собственной нормативной базой, позволяющей добиться приемл

Информация о работе

Тютрин, Сергей Александрович
кандидата сельскохозяйственных наук
Хабаровск, 2013
ВАК 06.03.02

Диссертация

Таксация древостоев березы маньчжурской (Betula manshurica Regel.) и березы плосколистной (Betula platyphylla Suk.) в южной части Дальнего Востока - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы