Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние экологических факторов на рост дуба черешчатого в пойме реки Урал и его прогнозирование с использованием динамической модели

ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации по теме "Влияние экологических факторов на рост дуба черешчатого в пойме реки Урал и его прогнозирование с использованием динамической модели"

?Г8 . ОД

2 1.!И||

И2ШСТЕРСТЕ0 СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Казахский ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственный институт:

на правке рукописи

СТАРЦЕВ АЛЕКСЕЙ ИВАНОВИЧ

УДК 630.18: 630.161

ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ЕЛ РОСТ ДУБА ЧЕРЕИЧАТОГО В ПОПМЕ РЕКИ УРАЛ И ЕГО ПРОГНОЗИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛИ1йМИЧЕСК0й МОДЕЛИ

06.03.03 - Лесоведение, лесоводство,лесные покары к борьба с ними

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата 'сельскохозяйственных наук

Алматы, 1993

"г Сета гыкшша! лесо^лсупа Казахского ордене.

'Грудоаогс Красного ашшзж! оельеюэхоая^сг;..'.шого илстпт-ута.

,.'Дй££-1 РУКОВОДИТЕЛЬ - доктор сельскохозийсуи'.-ниш; ишь:.

••:.«)9ессор ГЛА8ЫШ1 Г:. Ы

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ - доктоо йиологк^эоклх наук, старшин

«•яувдшй СОТРУЙШ«: Л'^ЖУРЯКОВ НА. - 1 андшш' селиско.;о*т!ствеи»и/ иауи.

. /ИШИСОВ }'. I;. ШОТАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ -tiu.6bxc.cn' со\.:тш^«.аьа08

"! '"".П^.Г.ГГИЦ

Зашита досевдешщь •..скотча. /о >•. ы часе-

данни специалпацронашюге ¿оиэтк А ¿йи о7.03 по ирксуцодшю г.-гзиеии кандидате' 1'.а.иьско;;оз:шсггиенных паук ¡-. казахской ордена Трудового Ьрыиюп» Ннамот- осАЪснохгтяствеиноы ние-ш-туге пг. пдрееу: 4Ш)кг, г. /шлати, пр. Аба:: ь ('лавнии учео-:.!/'! корпус, г.удитоо:::; г;-.,.

Лиссеог&циеь шлю оэнамгип'си к оиодшгы& шлуигужс.

;>Б'д,'Ооеп!ерат разос.

:;аа .(ь а^гШМ'Шб г.

Ученый секретарь специализированного совета, доце1Г

ТБХНКРЯ.ЩЮЬ А. В.

0Н1ЛЛ .1\РД1П1.Г!|'":Т5!КА РАБОТЫ. Актуальность те>ш. 3 настсякгв еромя под воздепстрием различных факторов происходит изменение условия произрастания лесов и ухудшение их общего состояния. От последние 80 .лет на территории бывшего СССР усыхания лесов псг.тсрчявсь примерно 7 раз. В частности, в Уральской области в последние десятилетия (7080 годи) пойменные леса оказались в состоянии длительно;"! депрессии. Усыхали? их в отдельные годы приникало катастрофический характер. Это мо-еет принести к опустышгаачво поймы и интенсивному развитии процессор аро-зии, дальнейшему обмелению р. Урал, потере средорегулир;'»^!! и рекреационной роли лесов. Поэтому сейчас большое внимание уделяется изучению и выявлению причин ухудшения состояния лрсных биоценозов.

Время существования лесных экосистем r-елико. Деревья растут десятилетиями, а то и столетиями. Поэтому необходимо ресить задачу создания адекватной модели чревостоя для прогнозирования будущего состояния лесой в mrv ''мости от воздействия абиотических и антропогенных факторов. Наиболее точно и оперативно такой прогног юлю полупить с помощью машинного эксперимента с дадольк древостоя. ?то зачастую единственная возмоотостъ получения сравнительно точных количественных и качественных хпрактеристи: компонентов лесных .-экосистем.

Цзль работи. Целью работы является создание математической модели роста дерева в древостое, учитысактей основные физиологические процессы, онерго- и массо^бмен мехду рзет*>т!еч и огру-гагарй средой, а тр.ггп веаимозатенение деревьев в древосто^, испольаонпнне которой позволяет п'чвигь причини усыхвния ней-»«suur. дубрав, оценить улесб от деятельности лкстогртоушдх на-ce.'íovL'x н дать прогноз пгпроста дгеряе^оот; на предстоящее десятилетне.

Щупая новизна работы. Глгг-оботчпа зкс:!;нзнологпчеекая модель роста лиственного дерева, в которой валовый фотосинтез зависит от среднесуточной интенсивности-САР в разных частях кроны.

Предложена функция пропускания солнечной радиации, учитывающая неравномерность распределения площади листьев а пологе леса и длину пути солнечных лучей через крены д<?рэвьев.

Для учета взаш.яого затенения деревьев, зависящего от густоты и сомкнутости дррростоя, расчета температурного и водного режима почвы иредло.Ч'па гкп0т."тпчсек.чл модель насалдения и модель формы кроны дерева. По ним рассчитывается ослабление 'ТАР

при прохождении через кроны затеняющих деревьев и интенсивность Фотосинтеза в нижних затеняемых слоях кроны.

Практическая ценность работы. {Модель позволяет выявлять влияние ведущих экологических факторов на состояние дубрав, а следовательно и разрабатывать мероприятия для ослабления их отрицательного воздействия, оценить ущерб от действия энтомов-редителей клк в любом конкретном древостое, так и 'в группе кварталов .и в целом по лесохозяйственному предприятию, что дает возможность обосновать выделение средств на борьбу с вредителями, а таклв оценить возможный эффект от этой борьбы.

Модель позволяет прогнозировать влияние на рост деревьев изменения уровней паводков в результате зарегулирования стока реки.

Сделан прогоз паводков р. Урал до 2003 года, на основе которого возможно осуществить долгосрочное планирование лесохо-вяйственной деятельности.

С использованием разработанной модели иохяо быстро и достаточно точно оценить величину прироста в любых конкретных климатических и лесорастительных условиях, что шлет быть использовано при расчетах рубок главного пользования и при знед-рении непрерывного лесоустройства.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации доложены и обсуадены на Всесоюзных конференциях молодых ученых и специалистов (г. Алма-Ата, 1989,г. Волгоград, 1990,1'. Мытищи, 1990), на республиканской конференции молодых ученых и специалистов (г.Алма-Ата,1990), на научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (г.Новочеркасск, 1990), на научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Каз.СХИ (г. Алма-Ата, 1992, 1993).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 170 страницах машинописи и состоит 1й 5 глав, выводов и предложений, заключения и приложений. Список литературы включает 168 наименований, в том числе 10 на иностранных языках. Работа содержит 37 таблиц и рисунков.

1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИСОЩОВАНИЙ. '.

Исследуемые дубравы занимают плоадь около 1500 га и расположены в центральной пойме р.Урал на пологих гривах с продолжительностью затопления не более 3 недель. Урал-типично paß-

, шчшгл река снегового питания, характерной особенностью которой являются колебания высот паводков по годам и, как следствие, периодичность- затопления пойми.

Почвы центральной поймы представлены пойменно-дерновыми темноцветными. Содержание гумуса-5-6%. В составе водорастворимых солей преобладают щэлочно-земэльные гидрокарбонаты. Содержание сульфатов и хлоридов в отобранных образцах почвы измеряется сотыми долями процента.

Климат области резкоконтинентальный с холодной, относительно малоснежной зимой и жарким, засушливым летом. Среднее годовое количество осадков составляет 320 мм, основная масса которых (до 657. от годовой суммы) выпадает в теплый период, а максимальное месячное их количество приходится на июнь и июль (по 3? км).

Испаряемость в 2-3 раза превышает количество осадков.

Средняя годовая температура возд: ха составляет 3. 6'градуса. Зимой температура воздуха может спускаться до -43 градусов, а максимальная температура летом достигает +42 градусов.

Вегетационный период (переход через +10 градусов) начинается в среднем 28 апреля и заканчивается 27 сентября. Продолжительность его состазляет 152 дня.

ОбздЯ недостаток осадков усугубляется очень неравномерным кх распределением по отдельным годам и длительными засухами. Зим- • ние осадки, !сак правило, не могут обеспечить сколько-нибудь значительную влагозарядку почв, хотя сильные зимние ветры обычно сдувают снег с окружавших безлесных пространств, который накапливается в насаждениях. В засушливые годы только весенние паводки могут обеспечить приемлемый водный режим почв, хотя такой влагозарядки при незначительном количестве летних осадков хватает до конца июля - начала августа. Если из в эти годы дубравы не затопляются низкими паводками, то это может приводить к ослаблению и даж частичному усыханию древостоев. Такое неблагоприятное сочетание фасторов обуславливает то, что район исследований является юмюй границей ареала дуба, т. е. зоной, достаточно сложной для существования пойменных дубрав.

2. ОБЩАЯ СТРУКТУРА ЗКОШЗИОЛОПРЕСКОЯ МОДЕЛИ РОСТА ДУБА.

Модель состоит из 5 блоков:

1. Блок роста биомассы и потоков углеводов и азота

2. Метеоблок

3. Почвенный блок

4. Блок расчета ослабления интенсивности солнечной радиации поступала к ватенкешм частям крони.

5. Блок вычисления площади листьев в слоях кроны с различной интенсивностью солнечной радиации н валового фотосинтеза.

Блок роста включает в себя систему из 15 дифференциальных уравнений, описывающих потоки углеводов и азота, рост биомассы и затраты на дыхание листьев,желудей, сучьев, ствола, тонких и толсты;; корней и уравнения, опнсьвахщгю динамику размеров дерева. В мэтеоблоке производятся расчет длины дня, интенсивности солнечной радиации, дневных и ночных тешзрзгур листьев и поверхности почвы, интенсивности транспирации, испарения с поверхности почвы и потенциалов воды в тканях различных частей дерева. В блоке 3 рассчитывается дина:1:;;». влах-юсги и температурный профиль 2-х метрового слоя почвы. 1! оставшихся блоках вычисляются плоаэдь лпеть'.в в слоях кроны с раалачиоЯ интенсивностью солнечной родяздии и валовый фотосинтез листьев дерева с учетом затрат ни фото/.пшкц;.

з. jiaOtgino^p/'i-x-'ni в k:cib

btu йяткщшв л ишуешшв • 'олнкчвт радиации

;U'Ej.i.:0'i vt.lL

fli.l ОПИСАНИЯ могло^еН;'..: и ПрОПусКаПИЛ CO. радиацп.1 оы-

ja ¡разработана шдель дистглтки о леса, в коте; он д^ы ..-ro.i представлен сосголц^м па д-гр^ьюи, рленодорво расположит х по влозди. Cxcua разменян деревьев - угли я центры ираьшьних

ь,с;:т1'./гсль ников.

Дл.! того, чтобы вдизнить кроновое пространство, в ксиороа идет поглощение h р г-сеяняе соляс.нной радиации,кроны ivupcBLet. полагаются имамат элйтсовдч, cocioa^ro из двух иолу-

зллипсоидок, дашри которых зависят от густоты нзеодежм и слиьостц породы. Размер верхней полуоси определяется яересечоние;,! вертикальной оси ствола и плоскости, касательной кронам соседних ватмшклцк деревьев, угол наклона которой равен средней дневной высоте солнца над горизонтом в i».»iiir ¿е. Таким образом выделяется верхняя часть кроны, но затеняемая соседними коШ':уриру;о..;л;.'.а деревьями ври высотах солнца оо-тза 1/2 максимальной ого высоты над горизонте!,', в ивиа на данной широте местности. _ Величина нижней (затеняемой) чесш кроны определяется как разность ыэзду протяженностью кроны и верхей полуоси. ;

Расстояние до затеняющих деревьев определяется как среднее

,т:з расстояний до деревьев, расположенных в вершинах шестиугольника и центрах соседних жсгнугольников.

1Ь нагим наблюдениям масса листьев в кронах распределена неравномерно. Та? у дуба в верхнем, посточнно освещенной части [фоны, расположено более 60% плоцади листьев. Крот того, при продтюгиии от периферии кроны к стволу плсцадь лис?.»-ез в единице объема кроны изменяется и зависит от чнтепсимюстк шото-синтетичоски шшшой радиации (Ш") в г.кЗрлтюй точке кроны -I от расстояния от этой точки до стг;одр. Поэтому кроча разделяется на слои с равной плотностью листьев. Границ-. слоев яз— ляются поверхности влояэшшх друг в друга половил эллипсоидов с последовательно уменьшающимися размера;.':! полуосей. Ьзлшина •лага изменения длины полуосей Еыбиразтс? так, чтобы обеспечигь достаточную точность расчетов при минимальном числе слоев. В рассматриваемой модели такой саг принят равным 1ы. Если радиус кропи дерева меныпе этого значения, ч) верхпля честь полагается состояний из одного слоя. Шхйя (затеняемая) часть кроны долится на горизонтальные слои, таг. как интенсивность солнечной радиации по вертикальному профилю в этой части убывает значительно сильнее, чем в горизонтальном направлении. Толпцша слоев равна длине больной полуоси верхнего полуэллипсоида кроны, так как в первый затеняемый слой свет попадает после прохождения через верхнюю часть кроны соседнего дерева, во-второй - после прохождения через кроны двух деревьев и т. д. Плотность листьев в этих слоях определяется по формул?:

у=А-ехр(Ьх+сг'г) (3.1)

где А,Ь, с-коэффициенты, полученные при аппроксимации данных о плотности листьев в различных частях крон у модельных деревьев, срубленных па пробных площадях; х-рассто'яние от точки в кроне до ствола;2-расстояние от этой точки до поверхности кроны (длина пути лучей света через крону).

Вычислив объемы слоев и плотность листьев в каждом слое можно легко определить площадь листьев целого дереиа. Кроме того, используя понятие среднего дерева, можно рассчитать площздь листьев и листовой -индекс чистых одповозрастиых насаждений различной густоты и сомкнутости.

При описании поглощения и пропускания солнечной радиации кронами деревьев было использовано предположение, что листья в !сроне ориентирован» так, чтобы обеспечить равномерное поглощение ФАР пологом леса Это положение согласуется с идеей Верха-

гена (Тоошь.г,1077) о том, что в этом случае гавообмэн всего растительного покрова максимален. Поэтому было предположено, что cyi.ü.a плои&дей проекций листьев на плоскость, нерпзнднку-лярпую солнечным луча;.! пои высотах солнца 20-50 градусов сави-сит тол ко от длины пути лучей света в кронам деревьев до выбранной точки и от плотности листьев в различных частях крои, которая нарастает к центру дерева. Такая эдвисодиуь Огню лай г сппроксшшровака формулой Гомпертца:

S=AC 1/( ехр(ехр( -al+b)))) Í 0. ?.)

где S-шювдь проекций листьев на плоскость, перпендагулярну;;; направлению солнечных лучей, ¡.¡ ; 1-длина пути света через кропи деревьев до точки измерении, м, вычисляемая по суОшдодн древостоя; А, а и Ь-параметра Козф&вдыг* -А хара;ггерг.зует максимально 'йозкогшую сушу проекций листьен на плоскость, перпендикулярную солнечным лучам, т.е. теневыносливость породе.

Для нахождения длины пуп; луча через кропи затеплА/дих деревьев до вибранной точка па поверхности &емли (или па jjsctfofi высоте от нее) необходимо вычислить координаты пересечения лучами крон этих деревьев. Дая этого решается егсш/а из 3 уравнений:

(•л«-дх)"/а -Ку+ду)"/ 7t~=i

• tír V' : 3. 3)

z^y-tg cí/sln V

где f-азимут луча; с4-угол наклона луча к горизонту; расстояние от выбранной точки до расчетного дерева по оси х;ду-расстояшю до дерева но осп v; z-вертикальная координата, отсчитикаег-ан ит верха кроны.

Рассчитав тоордннати пересечений для каждого дерена определяв.'.; длину отрезка, пересекающего крону:

Схожие L всех деревьев, пересекаемых лучо;,; с ияшутои"и yrro;.¡ iú получим' суммарную длину пробега света через крона Для вычисления средней длины пути луча при выбранной высоте с{ чороа небольшой интервал д(Р, изменяя f от О до lfcf градусов, вычисляем суммарный пробег при всех и делим его на i80/¿.". Таким образом !-'.о:;ло получить оценку средней длины пути лучей через кроны деревьев при любом заданном угле наклона tí до точки,, расположенной на любой высоте z от верха крон до земли с насаждениях ла-Оой густоты и сомкнутости.

Перенос коротковолновой радиации в растительном покрове,

пренебрегая зффзгаами рассеяния в области ®ftp, *атз написать в виде':

3l/3l=-kl3s/Bl (2.5)

т. е. ослабление радиации в выбранном направлении пропорциональ-ко произведению интенсивности радиации i на площадь прое:сцкй «листьев в единице длины пути луча Зз/Зь Здесь к-коз'ф-гшнонт поглощения радиации. Уравнение (3.5) когсга переписать в ви'де:

dl/dS— kl (3.6)

Интегрируя по S и подставляя вместо S (3.2) окончательно получаек:

а =-ехр( -kA( i/(exp( е:;р( - al+b) ) ) ) ) (3.7) Козффицшп? пропускания рассеяной (отраженной от небз) радиации в общей виде вычисляется ¡гак интеграл коэффициентов пропускания радиации от всех участков неба Однако численные эксперименты показали, что пропускание рассеяно;! радиации хорошо аппроксимируется формулой:

а =ехр(-1;А( 1/( ехр(ехр(-ah/з in -:5+Ь))))) (<'3)

где Ь-толпдша слоя крон, приходящаяся на 1 кв. м поверхности .земли (отношение объема кроны к. площади питания дерева).

Проверка модели,осуществленная по опубликованным дачным ( Федосеев, 1957).показала, что она дорога описывает пропускание САР при высотах солнца 20-55 градусов (средагегазздрзтическое отгаонепие +2. 3 среднеарифметическая сщибкэ. 5.1%) и завышает пропусканию при высотах 10 градусов. В интервале углов, при которых использована модель (20-30 градусов) отклонения колебались от О. 2 до 4.

МОДЕЛЬ 'ЮТОСШГГЕЗА. Изменение интенсивности frAP изсТооОитапия приводит к изменению функционального состояния листа. При увеличении содержания ФАР от 4% и выю (от полной ФАР) возрастает уровень плато фотосинтеза и умэнькается величина сопротивления карОоксилирова-шпо, возрастает темповое дыхание. Угол наклона начального участка световой кривой ' фотосинтеза уменьшается (Цельки-г.ер,1978). Поэтому принято, что первые слои образуются в верхней, постоянно освещаемой части кроны и листья в них пмект более высокие значения потенциального фотосинтеза, дыхания, более низкие значения мезефнльпого сопротивления и углы наклона кривой фотосинтеза. Слон со II по IV .".огут образовываться в шкюй, затеняемой-части кроны, причем их номера , а следовательно и хараетеристикл зависят от диаметра и высоты кро-

ш, густоты и сомкнутости древостой.

Прямая радиация поступает от солнечного виска, положение которого характеризуется определенны;!;; азимутом и высотой, а рассеяная-от всего неба. Поэтому проводился расчет объемов подслоев кроны с примерно равной интенсивностью солнечной радиации в заданный момент времени с использованием моделей кро-" ны дерева и насаждения. В нашей модели шаг по времени равен 1 суткам и било принято, что средняя высота солнца над горизонтом равна 1/2 максимальной его высоты в полдень. Тогда неватс-няемая часть кроны имеет вад усеченного эллипсоида, который образуется при сечении верхнего полуэллипсоида кроны плоскостью, касательной к кронам соседних зателяюздх деревьев, находящихся в центрах к углах шестиугольников, угол наклона которой равен высоте солнца. Сбгем образующегося усеченного полуэллипсоида вычисляется численным интегрированием.

Объем первого подслоя, освещаемого прямы1,¡и солнечными лучами, будет равен объему, вырезаемому из усеченного полуэллипсоида кроны тагош полузллипсоидоМ; сдвинутым вдоль направления вектора падения солнечных лучей на расстояние, раздое принятому расстоянии мекду сбоями крояи (в нашой модели ¡¡а lu;. Объемы второго ¡. посл«гду№«зго подслоев рассчитшеягси аналогично.

Получив объемы подслоев к ушкдош их на плотность льстви, вычисляли плоаддь листь&и в 1:аздом подслое с одинаковой ь дан-, кый момент времени иптонсшшосаью солнечной радиации. Средняя интенсивность врпьой радиации ь каждом подслое определилась с кспользованаеи формула (3.7), где 1-расстояние до серэдганг каждого подслоя. Суммируя значения фотосинтеза и (саздоц подслое определяли обшил фотосинтез дерева.

Подобная схема расчетов учитывает количество приходящей радиации ( в зависимости от широты местности, продолжительности светового дня п солнечного сияния), адаптацию листьев к условиям освещения, реальное распределение интенсивности <ïAF п площади листьев ь кроне, влияние на фотосишез водного реыша почвы п растения, конкуренцию за свет (через взаимозатененне) т.гцу деревьями, густоту п сомкнутость древостоя, т. е. достаточно полно описывает влияние среды на фотосинтез отдельного дерева. i

Рассмотренная модель реализована в среде Quickbasic 3:0 для совместимых с IBM компьютеров. Интегрирование основной системы

- о

лз 15 диТлереничальпыл урзьнеши; олуц^лвлллллл с л-лл лл-оьл-н:;ем алгоритма ро:лэи1-:^ ;лос'и;:ч>' нелпнеЯнчч ciгг'-ч ПТллал-л л др. ,1637).

>л;:елл использулт Слльчлл:е > ,чу; t • мчи/ па-рзмзгрсг:, !';зто>:у их значения брал;,ль из многоч1'".ч"îIîm1 л л^л--

ДОВЗЛГЛЙ i'"2I\0.T.O?OB, ЛПОЛОГСР,, бЛОЛПЛКОЛ, ,Л' ЛЛ.ЛЛЛ л Др. ''ТО

является оль;л;ил про:;.;;':-':: i: ; : т. еселлллл":' Холмки: ллллл^с-кпх (ОДеЛЛИ.

\W4:r:'v, ослтоянга юл-л-лл лглглд ^лл :ллл

о ¡:о':ол;;ллг;лшгн ш!л:/;1геоклл б. 1 грогрлг-г'д :: етодл'ч ллллгллл/. Прлгрлг-лй лседедылш;;; nvj-?vc:.'=iл-( -. л'лепие ел, лу;;ллл.

вснглллл

1. ;Лулить состояние поллнньг; дуоолг р. Урал

2. Рллвить ссновыл приччкк уллалл; лол-'-'^л: луллл с пользоизнием рллраблгэГ1лл лло л:знол;гпчсе"о;; >'Л'>ЛЛ.

3. Определить величину потерн прироста Г:поллсск в рллул.лл--деятельности напорного гллкспрлда в 1386-37 года?:. Гл:с.:п. роль днстогрызукос иэсексмьл в процессе усиль.:л дуОрал

л. Изучить глллпн:- ллоты л продолжительности ттеодкот. ¡г, рост л ссстсльн? дуОрал

5. Изучить иилчичпость паводкоь р- Урал. Вь'яепть в -души? hî«îx..i в колебзпиял высот паподглз и дать гнхлллл их ¡л, пр'лл' десятилетие,

6. Рпзрлботать'нрсгнсз прироста и оостсллл ду'-рог. на нрчдст л пллл'э 10 лет.

Доследования проведены спеелзал; рекогносцировочного обследования и. детального yisra lia пробных плоплдях. Собранней полевой материал сопоставлялся с расчетными показателям!, полу^с-и-тл.й1 с :лмо:дыа модели.

Методлка исследовании. После проведения рекогносцировочных обследовании всех пойменных дубрав в :кн:0одсо характерных ка-езздглкях бнли заложены пробные плошдд« со сплоклш перечетом деревьев. Перечет проводился по категориям состояния: Здорсвыэ деревья без признаков усишпя; ослоблоияка деревья - ускхание кропи до ср^днеослаблеппьл - го-50%; аиьиоослаблетше - И -75Х;усыкащко -более 75% к сухостой. По дашшй перечета проводился анализ состоягаш и нптеисиЕНости усыхания деревьев и зависимости от их возраста. После этого ira каждой цроСв срубались по 3 модельных дерева

из средних стуи'лк-!; толщин.', > кэтодих определялся годичной ооъ*м!шя прирост с \ijb3 по год,1! и вич1.слялись коз-м'ицпйн-

ти опюсйх-уаьного прироста деление» его на корму прироста, которая определи¡лаеь кап П летняя т.е. среднее из прироста текущего года и приростов иредыдуи^х и последующ« 5 лет. '»его было срублено [.»дельных деревьев и дм ¡седого из 27 лет (с те.;; по 1980 годы) вычислены средни^- козффацйен-ти. Точность опыта ( вероятность ощибк,, при опред^лини;; среднего) колебалась от 2 до 4.77,1, ■ что свидетельствует о вполне достаточно;.; количестве моделей длл составления декдрохроноло-гического ряда для поименных дубрав Уральской области, который использовался как контроль при проверке адекватности модели.

Используя климатические ;шны-- и сведения о высотах пиьодков в качестве входных параметров окоф'нзиоховпческой модели рассчитывались значения текущего объемного прироста ствола. Полученные результаты сопоставлялись с данными полевых исследований и вычислялись коэффициенты корреляции и детерминации.

В пределах "пхолдди питания" модельного дерева на разных расстояниях от ствола выкапывались учетные траныон. Биомасса ¡горней в единице объема почвы вычислялась раздельно но 15-25 см с^.оям. После усреднены результате!; оценивалась средняя пло'1 ноет в корней в ка.тдом слое почвы, поело чего через "шю-щддь питания" лтслядось оценка су шурпой биомассы шрноЛ дерева.

ССгнл ьылолнеиых работ. Рекогносцировочное обследовани..- оыло проведено во ьри* дре-востоях дуба. Так как пойменные дубравы, представлены одновозраетньх.м массивами и;л!йдью 50-Е50 га г. узкими лентами по гривам шириной до 20 м, то с соблюдением стандартно'.'', методики (15м от опуыки леса и не менее 200 деревьев на пробной площади) удалось -ашзаггь 7 пробных площадей, на которых для анализа ствола и получения оценок биомассы сучьев и Листьев срублены Й5 модальных дер^ьев.

Дня оценки оиомаеси корней валорно 42 учетные трощен глу-бииой до "1.1 м. Вдяшзсть и температура иочш на релкой гадОи-не (0.1-1. вы) в течении вегетационного периода 1989 года определялась 42 раза. Проведено 4.00 замеров освещенности на открытых участках и под пологом леса.

5. 2 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЙМЕННЫХ ДУБРАВ. :

По данным лесоустройства за период с 1932 но 1982 годы прои-' вошла накопление перестойных и спелых насаждений,, доля кот.-.|,мх

- и •к. настоящему &рб[,?У!М составляет около 49%, полнота снизилась с С. 2-1 до 0. б, а средний прирост упал с 3.6 до 3 мЗ'га.

При повторной п-'речс-го на пр'ЛаоЛ пдопэди, залогеиной лесо-устроПстюм в 1902 году еикьлеко.'пч) щ« у г.сличении средней ьисоты деревьев на С. 9 ц ¡1 среднего диаметра на 8. 5 см пг>ои-эопзо резкое сшл&тю тшюги и^салденш (на 0.21 '•линици;. •запас на 1 га ум-чы1; иле я со !63 к^га ¡..1 ¡л 2 . I или па 20?. М "то чпи тем , чти прописок уоихллия ь рассматриваемом дре--у-осто" ;ллра;-ени сла^е, чем в белилн-ст,-' лвуги.: васз.-д^пий.

Ргзопот естественных др.-юит!^!! и< проСнсх площдях колеблется от ¡57 ;>и 05 лет, а полнота от 0.42 до о. г.?'. Пропент ареп.ов, т- го1'1 ллч Ш'.ой мере затгзлутих усыхкпнем, изменяется ет -1. 52 Созреет 25 лет'; ;.о У!-22? ь дреяостоях с возрастом 25 -22 Причем иитонстжсоть усихаякя линейно возрастает с

увелпчечкем дорасп.

Сравнение распределения дозой;,ег с >еы,:аняеы крон до 25% и ззтаго пчеетв^ дерчн.ез но ступснлм тзлганы показало, что усыханне ид«г иг.-игтчческп {'..«.т/^рно во всех классах роста. Распределение сухостоя по ступеням голыши тжхи свидетельствует о равномерности отпада.

?;.кнм образом усихание пойменных дубраз р.Урал сьяьнно в ;>рвую счэредь о ьссоккм ьосрастгч порослевых древосгоев (и гксоким бкогогпчс-сю!!! коэрзстсм, ток как ото насаждения 3-4 : .¡гзрации), который является критическим для данного региона с его эгеткак! климатическими и гидрологическими условники. Та-'г'ой "Ч'зол подтверждается и тем, что при рекогносцировочном об--эдовашт в куртинах юлопих и средневозрастных деревьев ,яу6а ".- составе насаждения тополя белого (до 2 единиц) усыхание крон •очтн не наблюдалось.

2. 3 АРЛЛ1СЗ П?2Т2:Н УСНШШ ПОЙМЕННЫХ ДУБРАВ. • ."-«и ¿¡шпза причин усжанкя пойменных дубрав были проведаны ччелонвш эксперименты с уврооокинм вариантом разработанной модели. По метеодапвам и сведениям о высоте паводков с 1903 по : 032) годы были рассчитаны значения валового сезонного фотосинтеза с начала .вегетационного периода по сентябрь месяц. Другими, словами, была сделана попытка выделить "чистое" влияние климатических й/лкторов и гидрологического режима р.Урал на ди-замику относительного текуызго прироста деревьев ь течении 27 Результаты ераьиеиия рассчитанных значений валового сезонного ■,'ото ачпеза с ¿¡аксчгвгзкими значениями относительного

- г:-/. -

прироста показали, '¡то динамка гадео<-ни11 обоих показателе« достаточно хорошо совпадает. Исключение составляют ли:::1> периоды В 1973, 1032-83 и 1030-87 гоД'йЧ, ток как в эти годи по данным лгооттологичееки;; отчета!; от^й'шлиоь вспыики чис-лоикостп пяденицы и цензового шелкопряда, причем дефолиация крон до?тигп."{- TC-100Z. Потому при ог!Г""-деления адекватности модели егн год;; были пек гачены. По оставайся "i годам был вычислен Kori'^susKü'Y корреляции мокду величинами капового пот-синтеза и индексами прироста, который составил 0.79. ilnppe'JH-шш расчетов по медели при исключении и:; реечетпв годов е ю-ытипоб численностью вредителей (1970-7:2) с относительным приростом составляет 0. £0-0. 92. Убедившись в адекватности модели реальным процесса;.; перейдем к рассмотрению причин массового усихапня пойменных дубрав в 80-е годы.

И ГИЛР0ЛОГ11Ч6СКДО УСЛОВИЯ 1936-,ГОДОГ. бЬШ бглгоир'лятин для роста деревьев и относительный пркроот за ¿■io: ü.^ij.^;,, ,.-..■' г- !*Q-!?QZ от нормы. Однако

массовое объедание листвы непарным шелкопрядом в 19.30 и г, отдельных насаждениях в 1987 годы привело к резкому снилент прироста, который в 1986 году составил £02! ст нормы (05;* от возможного), а в 1987 году соответственно 33 к Таким образом, мы мольм с уверенностью заключить, что последняя волна ускхання вызвана вспышкой численности непарного шелкопряда и ослабленным состоянием древостоев из-за их высокого возраста (67 и более лет). Это уонхан;:е очень слабо затронуло молодые и средневозрастные насаждения (до .10-45 лет), нота и там текуплй прирост 1035 года был гнач«"."зльно кия? uor»<*!

За последние 27 j;st выделены 4 периода уснхаиия поШ.*?Ш1Ы>: дубрав р. Урал;

1. 1365-67 годы. Резкое падение прироста было вызвано отсутствием паводков, засрами и частичным повреждением крон листог-рызушимп насекомыми. ' • ,. • •

2. 1973-75 и 1979 годы. Начало ему положила засуха 1972 года, а в 1973 году вспышка численности зеленой дубовой листовертки, которая продолжалась до 1975 года.

3. 1982-83 годи. Резкое снижение прироста во всех дреьоотоях произошло е результате дефолиации крон златогузкой. И хотя климатические и гидрологические условия роста были наиболее благоприятными за весь анализируемый- период (расчет« индексы прироста составили 1.33 п 1.44 в 1ЯН2 к 1933 годах соответс-

тЕеннс), фактические коэффициенты прироста бши равны лига 0.68 и 1.04 или 50 и 74% от возможного. •1. 1085-87 годы.

3 результате исследований мы выделили два ведущих, совместно действующих фактора, вызывавших ухудшение состояния и усиханиз пойменных лесов р." Урал в последние десятилетня: i. Высокий возраст древостоев

л Дефолиация крон при вспышках численности ?нтсмовредителе;5. -, -i ВЛИЯНИЕ ЕДОУШ и ПРОДОЛ?:; ГЕЛЬНО ЛИ ПДЕОЯССЬ НА СОСТОЯНИЕ И ПРИРОСТ ПОЙМЕННЫХ ДУБРАВ. :1ля выявления влияния паводков на рост пойменных дубрав были проведены ч-'Еннг-н.о '¡ксперпменты с зкофизиолсгпчеекоП модель». Сгссчдаеч прирост •еревьег' лри 7 различных сочетаниях темпэрз-. тр. осение-аг.!'.н1:>- и веские- ::етних осадков и высот паводков, бобгаа подученные резу-еит-аты мот» сделать следующие выводы: *. 3 годы с иевнсога?.".? средними летними температурами весен-шз паводки сбеспо'тасК'Г урь-зл/сю» текущего прироста па 1-20°; л ''"В'гс'.' ости о? ко,'ячества осадков ч распределения их по временам года.

2. В сильно засушливые годы, весенние паводки обеспечивает -изяванва лесных биоценозов. В случае их отсутствия снижение прироста составляет- Î30-65" и становится очень высокой вегюят-ость массового уснхапия лс-сов.

G. 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УЩЕРБА В РЕЗУЛЬТАТЕ ИНВАЗИЙ .■ШСТОГРИЭУЦЙХ НАСЕКОЫЫХ Т?гсокап точность с.асчетоз по зкофизиологической модели объ-"".ого прироста з вавпзиуостп с? абиотических факторов позво-.=.2" 1:саользовать ее для определэния потерь прироста з резуль-■ке доятехъисст.ч лнстогргаунпк ааеокошх. Снижение прироста лроесдодит за счет уг.пньыения листовой поверхности, а следова-■ е.чьпо и валового фотосинтеза деревьев.

Для определения величины пстэрь от последнего массового объедания -.гястви пзиарнгч ыелкспрядом в 1926-87 годах за контроль ёнла принята седошва расчетного текущего прироста у средних •..зрэвъев, полученная с использованием климатических данных, высот и продолгагедьпссти паводков в 1984-68 годах, так как предыдущая ?спизса-численности вредителей отмечалась в 1062-83 еодьх. .Гозраст, густота и сомк-нутсстъ древостоев пршшагксь до данным перечета па пробных плошадях. 1'геетгрд па йначительнко р^ллшпн в величине текущего при-

роста в одни и те годи у деревьев кзгразных дрепостоев (от 3570 сы*на ароОной площади 1 до 11818 смЭна пробной площади о в 1684 году) максимальные отклонения расчетных приростов ох фактических в годы без объедания листвы но превышали 12%.

Для определения адекватности модели сопоставлялись относительные фактические и расчетные приросты в годы без объединит; листвы. Общий объем вариантов для контроля составил 16 дат. Коэффициент детерминации модели составил- 0.65, а корреляция расчетных данных с фактическими - 0.81. Причем около 30% всей дисперсии ошибки образовано за счет единичного отклонения г. 1983 году на пробкой плоиади 5. Гсз отого наблюдения коэффициент детерминации равнялся бы 0.75, а корреляции расчетных данных с фактическими О. 87. Стандартное отклонение расчетных данных составляет ±9.74%, а средняя ошибка m=¿3%.

После этого по разнице расчетного и фактического прироста г 1986-87 годах били определены потерн объемного прироста. Среднее для всех дрсвостоов снитгип? прироста составило 1.66 м/га, в том чкелз деловой части-0.57 м'Уга. Сумма ущерба в п,енак 1992 года составила 200. 4 руб. /га.

Помимо этого в результате сильной дефолиации крон часть деревьев погибла. Поэтому по Есеы пробным площадям была вычислена средняя величина потери крупной, средней к мелкой деловой древесины в переводе на 1 га. После ьтого по разности стоимости деловой и дровяной древесины была рассчитана величина ба на 1 га ь результате частичного усыхапия древсстоев из-за дефолиации t;pon шелкопрядом. Стоимость древесины на корню взята по прейскуранту 1992 года. Ущерб от свижишл текущего прироста был вычислен как стойкость недополученной деловой и дровяной древесины.

Таким образом, обида потери в стоимости древесины в результате деятельности эктомовредитедей составили 1245.56 руб. с 1 га. Зная обкую шшздь чистых дубрав (около 1000 га) и учиш-вая, что вспышки численности вредителей'.еа последние 25 лег стали регулярными и повторяется через 4-6 лет (1969-70, 1073-75, 1970, 1982-83, 1935-87 годы), т.el в средне).: 2 par, и за 10 лет,' обгдий уцерб в 80-е годы составил 2.43 илн. руб.

Имея оценку ущерба, юлю определить и максимальную величину годовых затрат на предупреждение и подавление .ссптгк численности вредителей в пойшнных дубравах р. Урал. Принимая тиеность таких мероприятий- окало 707, и полагая рентабельность

работ ло лесозгдите равной 30%, ежегодную сумму средств, выделяемы:: для отих целей нолю определить в 122 тыс. руб.

■V. 6 ншшгаюсть ПАВОДКОВ РЕКИ УР4Л II ПРОГО-3 ИХ !'ЛКСтШ1Ы?.!Х Вс!ССТ ДО 2СОЗ ГОЛА. И настоящее время наблюдениями астрономов установлено, что прохождение активной области солнца (область всшиек и изгпит-гшг полей) чепез его центральный меридиан управляет погодой.

;'оле6гш'!я активности солниа носят сдошл! характер, однако в '•ос выделяаг периодические (циклические) составляющие. Следовательно, циклические составлг.г^уо ш::<о пыаелить и в колебаниях климата.

."••'я ре-'::н:ш поставленной задачи сритиялпсь методы анализа ■решенных рядов П\Л. Юдкннс и ;..р. ,1975). По данным о высотах ••>• аодкоз с 1926 по х990 годи с использованием приемов качест-"-¡пюго (Гпенадглр и ло. .1972) и п.оличечественного спектрального анализа и аппроксимируя остатки эвтсрегрессией 11 поряд-•д, били лолучоии расчетные максимальные высоты паводков с ¡940 по 1990 годы. Коем'.Тапа.епт корреляции м.е;;ду 'Тактическими п расчетными уровням.;! паводков составил 0.3, а коэффициент "е-терминзции модела-О. 03.

Н колебаниях пазодков были выделены ведувде цишш продо.'ил<-■■е/ьнсстыо 14.5,7.25,21 и 10.5 лет. Причем 2 последних соизмерим с колебаниями плода?.« г.ятен па солнце (числа Вольфа). Составлении колебаний этих циклов с числами Зольфа показало, ■го характер изменения кривых практически одинаков. На абсо-* .отпые максимумы* солнечной активности приходятся локальные .'э.кснмумы слнроксишрукчвй паводки кривой, к локальному макси-уму активности приурочен абсолютный максимум паводков, ло-аалъ'."';': минимум активности совпадает с лекальным минимумом па-.о.т.'ха, а злбеол'отнып »таимум астивиости солнца совпадает с . 6СОЛВТН12Д минимумом гармоники максимальных высот паводков.

О использованием разработанной модели был рассчитан прогноз максимальных высот паводков па период с 1991 по 2С03 годы.

целом паводков в предстоящее десятилетие ожидается

коайпе неблагоприятна.!. Если в 1091-92 г. г. ц воамояю в 1993 ■оду максимальные уровни пазодков будут немного превышать иредций (600 см), то с 1994-95 годов наступит период крайне низких паводков, который мс:;-.ет продлится до 1999-2000 годов, е. около 0 л«1!1.

Расчеты били выполнены в 1990 году. 1!акеимадьнад высота па-

водка 1931 года составила 707 см (прогноз по гармоникам -630 см;. Уровень паводка, сообщенный гидрологами весной 1992 года, окидался на уровне среднего многодетного или на 50 С1. меньше (550-600 см). Прогноз по гармоникам предполагал 620 см. Как видно из примеров, гармоническая модель дает вполне достоверные результаты.

5. 7 ПРОГНОЗ ПРИРОСТА И СОСТОЯНИЯ ПОИМЕННЫХ ДУБРАВ ДО 2001 ГОДА.

Величина текущего прироста определяет величину - главного п промежуточного пользования, т. е. прогноз текущего прироста необходим для установления величины расчетной лесосеки, обеспечивающей непрерывное, относительно равномерное ежегодное пользование лесом.

Используя спектральный и авторегрессионный анализы были выделены ведущие циклы в колебаниях осадков и температур (тор-реляция расчетных и Фактических данных 0.77-0.88) и дан прогноз их значений на 1991-2003 годы. Ка основании полученных данных расчиха;. прогноз прироста до 2001 года.

В целом предстоящее десятилетие ожидается относительно благоприятным для роста дубовых древостоев, хотя в середине и в конце его ожидается 1-2 засушливых года и падение прироста на 10-20%.

Годичный текущий прирост за этот период в пойменных дубравах ожидается в размере 2. 4 м°/га, что составит лишь 44. 4Х от возмогаюго текущего прироста в порослевых дубравах этого возраста.

Учитывая высокую вероятность новых массовых вспышек численности непарного шелкопряда в 1996-07 года, в- результате" которых прирост в течении 2 лет снимается на 40-60 и 15-20?;, средний годовой прирост древесины в дубравах по нашим оценкам составит 2 м3/га или 37% от максимально возможного. Принимав во внимание ослабленное состояние древостоев можно ожидать новое массовое усыханио дубрав. . ; . . -5.8 ЗКОНОМИЧЕСР^Я К-ЕШШКОСТЬ.

Расчет экономической эффективности проводился в сравнении с методикой определения потерь объемного прироста в очагах энто-мовродитэлэй и вне их. Применение динамической модели.позволя-. ет более чем в 2 раза сократить затраты труда на исследуемо;.!, объекте (затраты по РТК 25 и 199.0- чел.-дней соответственно).

Динамическая модель дает возможность обосновать верхний предел затрат средств на лесозащиту, эффективное использование которых только по Бурлинскому ЛХШ1 мотет давать прибыль 52. Зтыс. руб./год и позволит избежать убытков в размере £49 тыс. руб. тод (в ценах 1992 г. ).

Динамгческлэ модели является достаточно ноеым инструментом для исследования состояния лесных экосистем. Для получения сценок экономической эффективности кх при.ченэнчя зачастую не удается подобрать аналогов для сравнения. Как и всякий ноьый инструмент, этот метод позволяет проводить исследования с высокой точностью в таких областях, где ранее использовались г.нль оам-е приблизительные методы. Основное .те их достоинство - зисокул точность и надежность результатов, сцепить з деи?х-лсм sfspaxjmut оч«гзь трудно.

5. 9 ЕЬШОДЫ И ПРЕДЛОНЕШ1Я npîtHiij'j.i ¿о вшшалкг, оцнсп из прм'мн массовых усыхзпий I? мО- ; годы явился высокий возраст vrç-.rz лезь/ дубрав (70 лет л cow). лзсбходг.мо резко изменить их возрастную структуру. Гр-îîiTi-ся этого мо.-аю только тироким применением сплошных узколм-сосэпьых (коридорных) русск.

Для прогноза паводков и увязки с ними г. санируемых лесох'"-.:лГ:."гвон!!!.'Х мероприятии считаем ьозможнж использовать рассмотренную спектрально-авторегресснонную модель.

;1ри проведении исследований по определению уцэрба в резуль-мте деятельности листогрызущих знтомовоедителей использовать диязмяичеекую модель, сшизвяуп в 2 раза затрате на их просе-двки» и ясгволяюэую достаточно точно устанавливать максимальный уровень затрат на лессзшгау.

для предотвращения массовых усыханпй дубрав г- 90-е годы н».» мохе.':'.: мо >ссб09 виимап:« уделить средствам, предупреждающим оi;6ô глзмнокенне листогрлзумих насекомых, '/чиглс-ая й6.сокую точность линлмннчепкоД ».рдели считаем необходима использовать ее яри проведении экологических экспертиз как при создании плотин на роках, так и при изучении причин ослабления и гибели лесоз. Ото позволит достаточно надежно и быстро выявить основные Ьакторы ухудшения состояния лесных экосистем и разработать комплекс мероприятий, направленных на их оздоровление.

"'pu переводе лесного хозяйства ¡¡а принцип ¡¡енстовдтельнсго .юммзлнного пользования лесом при установлении размера рубок.

требующих определения текущего прироста древостоев может быть использована предложенная нами динамиическая модель.

Принимая во внимание точность описания влияния климатических факторов и гидрологического режима на текущий прирост и состояние деревьев можно рекомендовать использование динамической модели при лесоразведении для изучения и анализа жизнеспособности лесных культур в конкретных климатических и почвен-но-грунтовых условиях. ■ "

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. О некоторых аспектах построения математической модели пойменных дубрав р. Урал : Тез. докл. респ. конф. молодых ученых и специалистов.-Алма-Ата, 1990.-ч. II.- с.2-3 (в соавторстве)

2. Математическое моделирование сезонной динамики объемного прироста ствола дуба черешчатого // Материалы Всесоюз. науч. -практ. конференции.-Алма-Ата, 1989.-ч. 2. - с. 25-26

3. Моделирование распределения интенсивности солнечной радиации и листоеой поверхности в кренах деревьев лиственного леса // Лесовосстановление и лесоразведение в защитных лесах Ка-' захстана.-Алма-Ата, 1990.-е. 94-97

4. Моделирование геометрической структуры насаждения: Тез. докл. Респ. конф. молодых ученых и специалистов. - Алма-Ата, 1990.-е., 5-6

5. Модель роста дерева в пойменной дубраве: Тез. науч. -практ. конф.: Вклад молодых ученых и специалистов в решение комплексных проблем мелиорации Дона. - Новочеркасск, 1990.-е.' 58

6. Моделирование температурного рекима и водного баланса почв в лесных 'экосистемах // Охрана и рациональное использование лесных ресурсов: Тез." докл. Всесоюз. конф. молодых ученых и специалистов в г. Мытищи. 20-22 ноября 1990 г.-М. , 1991.-с. 48-49 (в соавторстве)

7. Цикличность паводклв р. Урал и-их влияние на состояние пойменных дубрав //Материалы науч.-практ. конференции.-Алма-Ата, 1992.-с. 54-56

8. Изучение причин усыхания пойменных дубрав с использованием экофизиологической модели //Материалы науч. -произв. конференции прсфеес. -преподавательского состава лесохоз. факультета -Алма-Ата, 1992. -с. 29-30