Фитомасса деревьев лиственниц сибирской и Гмелина: сравнительный анализ

Рубки обновления и переформирования в лесах Урала: монография. — Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2007. — 264 с.

4. Азаренок В.А., Безгина Ю.Н., Зале-сов С.В. Эффективность равномерно-постепенных рубок спелых и перестойных лесонасаждений // Аграрный вестник Урала. — 2012. — № 8 (100). — С. 51-55.

5. Колесников Б.П. Лесорастительные условия и лесорастительное районирование Челябинской области // Вопросы восстановления и повышения продуктивности лесов

Челябинской области: тр. Ин-та биол. УФАН СССР. — Свердловск, 1961. — Вып. 26. — С. 3-44.

6. Бунькова Н.П., Залесов С.В., Зотее-ва Е.А., Магасумова А.Г. Основы фитомониторинга. — Екатеринбург: Урал гос. лесотехн. ун-т, 2011. 89 с.

7. Залесов С.В., Годовалов Г.А., Кректу-нов А.А., Платонов Е.Ю. Защита населенных пунктов от природных пожаров // Аграрный вестник Урала. — 2013. — № 2 (108). — С. 34-36.

УДК 630*231

В.А. Усольцев, Д.С. Гаврилин, А.А. Маленко, М.М. Семышев

ФИТОМАССА ДЕРЕВЬЕВ ЛИСТВЕННИЦ СИБИРСКОЙ И ГМЕЛИНА: СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Ключевые слова: надземная фитомасса, фракции фитомассы, модельные деревья, региональные различия, географические закономерности, таблицы фитомассы деревьев, блоковые фиктивные переменные.

Введение

Широко распространенные бореальные и горные леса северного полушария сформированы в основном вечнозелеными видами, что объясняется более эффективным использованием элементов питания и других ресурсов среды вечнозелеными видами в сравнении с листопадными [1]. Тем не менее лиственница как листопадное хвойное древесное растение является обычным ви-дом-лесообразователем в большей части горных и бореальных лесов северного полушария. По этому поводу С. Гоуэр и Дж. Ричардс пишут: «Повсеместное распространение лиственниц в горных и боре-альных лесах является интригующей загадкой, если иметь в виду, что в жестких лесо-

растительных условиях вечнозеленый статус вида более предпочтителен [2]. Поэтому лиственница должна обладать такими специфичными характеристиками, которые позволяли бы ей выживать, расти и воспроизводиться в условиях, где обычно доминируют вечнозеленые» (с. 818). По свидетельству Д.Ф. Ефремова, почвенная мерзлота сокращает период жизнедеятельности тонких корней у лиственницы до двух недель в году [3]. Из упомянутых «специфических характеристик» важнейшей является специфика углеродного баланса, связанная со структурой фитомассы дерева. Статья посвящена анализу структуры фитомассы деревьев лиственницы в разных природных зонах.

Объекты и методы исследования

В последние годы в разных странах, в частности, в Канаде, оценка биологической продуктивности лесов совмещается с лесо-инвентаризацией [4]. При этом исходными

данными для совмещения с материалами лесоинвентаризации служат регрессионные модели продуктивности фитомассы, полученные не на уровне древостоев (т/га), а на уровне деревьев (кг), составляющих эти древостои. Таксационные нормативы, как традиционные таблицы хода роста древо-стоев, так и таблицы хода роста фитомассы, ориентированы на оценку фитомассы на уровне древостоев в целом, причем чистых (одновидовых). В действительности доля чистых древостоев в лесном фонде не так велика, и смешанные древостои занимают значительные площади. Для оценки фитомассы таких древостоев необходимы таксационные нормативы для подеревного определения фитомассы в древостоях.

Наши исследования проведены в Тургай-ском прогибе в чистых 40-41-летних культурах лиственницы сибирской на территории Боровского лесхоза Кустанайской области (Северный Казахстан), где заложено 10 пробных площадей и взято по ступеням толщины 28 модельных деревьев (530 с.ш., 64 в.д.). Для географического анализа фитомассы деревьев из литературных источников привлечены материалы по лесотундре (низовья р. Пур) — 28 модельных деревьев, взятых в 4 естественных лиственничниках в возрасте от 45 до 102 лет на плакорах на вечной мерзлоте, и 80 модельных деревьев, взятых в 13 естественных лиственничниках в возрасте от 25 до 350 лет на пойменных террасах (670 с.ш. 780 в.д.), и по среднетаежной подзоне в Алданском нагорье — 180 модельных деревьев, взятых в 6 естественных лиственничниках в возрасте от 49 до 380 лет (600 51' с.ш., 1280 1 6' в.д.) [5-6].

Лиственница имеет специфичные биологические особенности по сравнению с другими породами, что потребовало внесения некоторых поправок в ранее применявшуюся методику фракционирования фитомассы кроны [7]. У лиственницы хвоей покрыта вся ветвь, причем периферия ветви и ее остальная (приствольная) часть охвоены в разной степени, поэтому хвоя у них определялась отдельно. Более детально методика определения фитомассы разных фракций модельных деревьев лиственницы представлена ранее [5].

Результаты и обсуждение

В лесной экологии многие явления характеризуются лишь на описательном уровне, что создает проблему при оценке географических закономерностей распределения полученных на пробных площадях данных о биологической продуктивности лесных деревьев и насаждений. Чтобы «гармонизировать», или согласовать между собой, регрессионные модели биологической продук-

тивности насаждений разных экорегионов, их объединяют в некую систему, например, с помощью блоковых фиктивных [8]. Эта система дает возможность оценить степень «дистанцирования» показателей фитомассы деревьев по различным экорегионам.

Для оценки региональных смещений в величине фитомассы равновеликих деревьев лиственницы применена регрессионная модель, структура которой получила обоснование в нашей предыдущей работе [9]:

1пР/ = а0 + а,1пО + а21пН + а3(1пОЧ1пН) +

+ а4Х1 + азХ2 + а6Х3,

где Р1 — масса фракции дерева (Pf, РЬ, Ps и Ра — хвои, ветвей, ствола и вся надземная соответственно), кг;

D — диаметр ствола на высоте груди,

см;

Н — высота дерева, м;

Х1, Х2 и Х3 — блоковые фиктивные переменные [8]. Посредством их выполнена кодировка принадлежности локальных массивов данных о фитомассе деревьев лиственницы по схеме, представленной в таблице 1. Характеристика уравнений (1) дана в таблице 2. Там же для сравнения показателей адекватности приведена характеристика уравнений (1) без блоковых фиктивных переменных, т.е. рассчитанных по всему массиву фактических данных фитомассы деревьев.

Анализ критериев адекватности уравнений (1) в таблице 2 показывает, что исключение из них блоковых фиктивных переменных снижает коэффициент детерминации ^2) и увеличивает стандартную ошибку ^Е) определения фитомассы хвои на 19%, ветвей — на 30, стволов — на 35 и всей надземной — на 46%, что свидетельствует о региональных различиях в структуре фитомассы деревьев лиственницы. Количественную характеристику этих различий дает таблица 3, полученная путем табулирования уравнений (1) по задаваемым значениям диаметра ствола, высоты дерева и блоковых фиктивных переменных (1 или 0).

Из данных таблицы 3 следует, что по сравнению с культурами Тургая надземная фитомасса равновеликих деревьев лиственницы сибирской в лесотундре на мерзлоте меньше на 23%, но там же, на надпойменных террасах — больше на 18 и на Алданском нагорье в Якутии — на 13%. В разных экорегионах наблюдается перераспределение долей фитомассы различных фракций в общей надземной фитомассе деревьев. Так, у деревьев диаметром ствола 20 см и высотой 12 м, примерно средних по размерам, доля массы стволов в культурах Тургая и на плакорах лесотундры примерно одинаковая — 87-88%, а на пойменных террасах лесотундры и на Алданском нагорье —

92-94%. Доля хвои в надземной фитомассе равновеликих деревьев в культурах Тургая и на плакорах лесотундры одинаковая — 2,4%, на надпойменных террасах лесотундры составляет 1,8 и на Алданском нагорье —

Схема кодирования массивов данных

2,2%. Доля ветвей в надземной фитомассе в культурах Тургая и на плакорах лесотундры составляет 9,2-9,6%, а на надпойменных террасах лесотундры и на Алданском нагорье — 6,6-6,9%.

Таблица 1

блоковыми фиктивными переменными

№ Регион, в котором получены данные о фитомассе лиственницы XI Х2 Х3

1 Тургайский прогиб. Культуры лиственницы сибирской 0 0 0

2 Западная Сибирь, лесотундра, плакоры на мерзлоте. Естественные древостои лиственницы сибирской 1 0 0

3 Западная Сибирь, лесотундра, пойменные террасы. Естественные древостои лиственницы сибирской 0 1 0

4 Восточная Сибирь, Алданское нагорье. Естественные древостои лиственницы Гмелина 0 0 1

Таблица 2

Характеристика уравнений

1пР/ Константы и независимые переменные R2 SE

а0 а,!пО а2ІпН а3 а Х1 (ІпОЧІпН) Э4Л1 а5Х2 а6Х3

Уравнения фитомассы деревьев с кодированием их блоковыми фиктивными переменными

1п(Р0 -3,8113 1,9494 -0,3238 - -0,1907 -0,3308 -0,1321 0,937 0,27

1п(РЬ) -2,9528 2,0693 -0,2992 - -0,1518 -0,3616 -0,2584 0,946 0,27

1пр) -4,7600 3,0208 1,0230 -0,2827 -0,2111 0,0828 0,0218 0,989 0,17

1п(Ра) -3,6612 2,7410 0,6647 -0,1788 -0,2035 0,0150 -0,0069 0,992 0,13

Уравнения фитомассы деревьев без кодирования их блоковыми фиктивными переменными

1п(Р0 -4,0361 2,0963 -0,4505 - - - - 0,921 0,32

1п(РЬ) -3,2621 2,2952 -0,5036 - - - - 0,922 0,35

Іп^) -4,2036 2,5637 0,9293 -0,1554 - - - 0,980 0,23

1п(Ра) -3,2100 2,3602 0,5718 -0,0699 - - - 0,984 0,19

Таблица 3

Зависимость фитомассы деревьев лиственницы от диаметра ствола и высоты дерева в разных экорегионах

Высота дерева, м Диаметр ствола на высоте груди, см

4 8 12 16 20 24 28 32

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Культуры лиственницы сибирской в Тургайском прогибе

12 0,15 0,57 1,26 2,2 3,4 4,85 - -

0,44 1,83 4,24 7,7 12,22 17,81 - -

2,71 13,5 34,56 67,33 112,95 172,36 - -

Итого 3,3 15,9 40,06 77,23 128,57 195,02 - -

20 - - 1,06 1,87 2,88 4,11 5,55 7,21

- - 3,64 6,61 10,48 15,29 21,03 27,73

- - 40,71 76,08 123,57 183,68 256,79 343,28

Итого - - 45,41 84,56 136,93 203,08 283,37 378,22

28 - - - - 2,59 3,69 4,98 6,46

- - - - 9,48 13,83 19,02 25,07

- - - - 131,11 191,53 263,88 348,29

Итого - - - - 143,18 209,05 287,88 379,82

Естественные лиственничники лесотундры, плакоры, многолетняя мерзлота

12 0,12 0,47 1,04 1,82 2,81 4,01 - -

0,38 6,22 9,61 13,76 18,46 23,63 - -

2,19 1,48 9,92 30,37 65,61 116,49 - -

Итого 2,69 8,17 20,57 45,95 86,88 144,13 - -

20 - - 0,88 1,54 2,38 3,4 4,59 5,95

- - 10,1 14,45 19,39 24,83 30,71 37

- - 9,4 29,19 63,73 114,12 180,15 260,85

Окончание табл. 3

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Итого - - 20,38 45,18 85,5 142,35 215,45 303,8

28 - - - - 2,14 3,05 4,12 5,34

- - - - 8,14 11,88 16,34 21,54

- - - - 106,16 155,08 213,66 282,01

Итого - - - - 116,44 170,01 234,12 308,89

Естественные лиственничники лесотундры, надпойменные террасы

12 0,11 0,41 0,9 1,58 2,44 3,49 - -

0,3 1,28 2,96 5,36 8,51 12,41 - -

2,94 14,67 37,54 73,14 122,7 187,24 - -

Итого 3,35 16,36 41,4 80,08 133,65 203,14 - -

20 - - 0,76 1,34 2,07 2,95 3,99 5,18

- - 2,54 4,6 7,3 10,65 14,65 19,32

- - 44,22 82,65 134,24 199,53 278,95 372,9

Итого - - 47,52 88,59 143,61 213,13 297,59 397,4

28 - - - - 1,86 2,65 3,58 4,64

- - - - 6,6 9,63 13,25 17,47

- - - - 142,43 208,06 286,65 378,35

Итого - - - - 150,89 220,34 303,48 400,46

Естественные лиственничники Алданского нагорья, Якутия

12 0,13 0,5 1,1 1,93 2,98 4,25 - -

0,34 1,42 3,28 5,95 9,43 13,76 - -

2,77 13,8 35,32 68,82 115,44 176,16 - -

Итого 3,24 15,72 39,7 76,7 127,85 194,17 - -

20 - - 0,93 1,63 2,53 3,6 4,87 6,31

- - 2,81 5,1 8,1 11,81 16,25 21,42

- - 41,6 77,76 126,3 187,72 262,45 350,84

Итого - - 45,34 84,49 136,93 203,13 283,57 378,57

28 - - - - 2,27 3,23 4,36 5,66

- - - - 7,32 10,68 14,69 19,36

- - - - 134 195,75 269,69 355,97

Итого - - - - 143,59 209,66 288,74 380,99

Выводы

1. Обобщенная (усредненная) оценка фракционной структуры фитомассы деревьев лиственницы по диаметру ствола и высоте дерева по сравнению с аналогичной локальной (региональной) оценкой увеличивает стандартную ошибку определения массы хвои на 19%, ветвей — на 30, стволов — на 35 и всей надземной — на 46%, что свидетельствует о необходимости составления местных нормативно-справочных таблиц по-деревной фитомассы лиственницы.

2. В разных экорегионах фракционная структура фитомассы равновеликих деревьев лиственницы различается, и долевое участие массы хвои, ветвей и стволов в общей надземной фитомассе равновеликих деревьев имеет региональную специфику.

3. Предложенные региональные таблицы для оценки фитомассы деревьев могут служить основой для определения фитомассы лиственничных древостоев в разных экорегионах Сибири и Северного Казахстана.

Библиографический список

1. Mooney H.A., Gulmon S.L. Constraints on leaf structure and function in reference to

herbivory // BioScience. — 1982. — Vol. 32.

— P. 198-206.

2. Gower S.T., Richards J.H. Larches: Deciduous conifers in an evergreen world // BioScience. — 1990. — Vol. 40. — No 11. — P. 818-826.

3. Усольцев В.А. Этюды о наших лесных деревьях. — Екатеринбург: Банк культурной информации, 2008. — 188 с.

4. Penner M., Power K., Muhairwe C. et al. Canada's forest biomass resources: deriving estimates from Canada forest inventory // Information report BC-X-370. — Pacific Forestry Centre, Victoria, BC. — 1997. — 33 p.

5. Усольцев В.А., Нагимов З.Я., Фиму-шин А.Б., Логинов М.В., Азаренок М.В., Колтунова А.И., Галако В.А. Структура надземной фитомассы лиственничников в низовьях р. Пур // Лесная таксация и лесоустройство: межвуз. сб. научн. тр. — Красноярск: СибГТУ, 1999. — С. 24-28.

6. Schulze E.-D., Schulze W., Kelliher F.M., Vygodskaya N.N. et al. Aboveground biomass and nitrogen nutrition in a chronosequence of pristine Dahurian Larix stands in eastern Siberia // Can. J. For. Res.

— 1995. — Vol. 25. — P. 943-960.

7. Усольцев В.А. Моделирование струк-

туры и динамики фитомассы древостоев. — Красноярск: Изд-во Красноярского ун-та,

1985. — 191 с.

8. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. — М.: Статистика, 1973.

— 392 с.

9. Усольцев В.А., Мезенцев А.Т., Кох Е.В., Крудышев В.В., Лазарев И.С. О возможности использования унифицированных аллометрических уравнений фитомассы деревьев // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. — 2012. — № 3(89). — С. 37-40.

+ + +

УДК 630* 181:630*52 А.А. Вайс

ФОРМА НИЖНЕЙ ЧАСТИ СТВОЛОВ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ (PlNUS SYLVESTRSI) И ВОЗРАСТ ДЕРЕВЬЕВ В УСЛОВИЯХ ЗАПАДНО-СИБИРСКОГО ПОДТАЕЖНО-ЛЕСОСТЕПНОГО РАЙОНА

Ключевые слова: форма ствола, возраст, нулевой коэффициент формы, стадии развития, диаметр на высоте рубки, диаметр на высоте груди, норматив.

Введение

Проблема незаконных рубок, необходимость восстановления срубленного запаса, вычисление запаса крупного детрита приобретают в последние годы особую актуальность. В связи с этим соотношение диаметров комлевой части стволов и диаметра на высоте груди имеют особую важность.

Переход от диаметров на высоте груди к диаметрам на высоте пня используется для установления запаса соснового пневого осмола [1]. В вопросе соотношения диаметров комлевой части деревьев большое значение имеет высота пня, поскольку существующие нормативы используют разные методические подходы: в одних таблицах диаметры измеряют у шейки корня, в других — на высоте 20-25 см от основания почвы, в третьих высота пня принималась равной одной трети величины диаметра на высоте груди [2-4].

Указания по освидетельствованию мест рубок предусматривают штрафные санкции за завышение пней. Высота пней измеряется от поверхности почвы, а при обнаружении корней — от корневой шейки. Нарушением считается оставление пней высотой более одной трети диаметра среза, а при рубке деревьев тоньше 30 см — высотой более 10 см [5]. В.Ф. Кишенков, А.А. Соломни-ков, А.А. Касацкий установили, что для деревьев ели Брянской области высота пня практически не влияла на определяемый восстановленный запас — расхождение составило не более 1,5%. При этом ель

обыкновенная формирует поверхностную корневую систему [6].

Основой всех разработанных нормативов является линейная регрессия, что позволяет не только прогнозировать выходную переменную, но и получить оценку уравнения.

Объекты и методы

Целью данной работы является изучение возрастных изменений в показателях формы нижней части ствола и разработка нормативов по установлению соотношения диаметров. Для реализации данной цели были поставлены следующие задачи:

- определить средние параметры характеристик нижней части ствола;

- выявить возрастные стадии в изменении нулевого коэффициента формы деревьев сосны обыкновенной (Pinus sylvestris);

- установить роль экологического фактора — возраста растущего дерева в соотношении диаметров ствола;

- получить итоговое уравнение по определению диаметров с учетом возраста деревьев;

- разработать норматив для определения диаметра на высоте груди.

Объектом изучения являлись сосновые древостои Ларичихинского лесничества Тальменского муниципального района Западно-Сибирского подтаежно-лесостепного района Алтайского края [7]. Измерению подвергались учетные деревья в количестве 924 шт. У каждого ствола замерялись диаметры на высоте пня (d„) и на высоте груди (d, 3). Для установления возрастной группы (0-20; 21-40; 41-60; 61-80; 81-100; 101-120; 121-140; 141-160; 161-180; 181-200 лет) на лесосечных пнях измерялся средний прирост за один год жизни дерева с учетом