Сравнительный анализ двух методов оценки годичного прироста фитомассы в насаждениях лесопокрытых площадей Пермского края

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДВУХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ГОДИЧНОГО ПРИРОСТА ФИТОМАССЫ В НАСАЖДЕНИЯХ ЛЕСОПОКРЫТЫХ ПЛОЩАДЕЙ ПЕРМСКОГО КРАЯ

Усольцев В.А., Мехренцев А.В., Бараковских Е.В., Накай Н.В.

It is stated that the method based on estimating stand primary production by means of the equation involving only stand age and volume as independent variables gives the results 3-4 times more than the second method with the equation involving biomass indices too.

Наряду с общими запасами углерода в фитомассе насаждений на лесопо-крытой площади региона необходима информация о его годичном депонировании (годичной продукции), т.е. о приходной части углеродного цикла насаждений. Разными исследователями применяются различные методы экстраполяции фактических данных депонирования углерода с пробных площадей на покрытую лесом площадь. Фитомасса и углерод насаждений соотносятся как 2:1.

Нами предпринято сравнительное исследование двух методов оценки годичной продукции насаждений на примере лесопокрытых площадей Пермского края с использованием опубликованных эмпирических данных 245 пробных площадей, полученных для Уральского региона и сведенных в соответствующую базу данных [2]. Названные пробные площади распределены по породам следующим образом: сосна (кедр) - 59, ель (пихта) - 50, лиственница - 19, береза - 31, осина - 23, ольха - 5, липа - 16 определений годичной продукции, совмещенных с данными о фитомассе на тех же пробных площадях, т/га.

В лесной таксации общеизвестна обратно пропорциональная зависимость процента текущего прироста стволов от возраста, выражаемая обычно обратно пропорциональной зависимостью, которую распространяют на определение так называемого конверсионного коэффициента прироста фитомассы как функцию величины, обратной возрасту древостоя (1/А) [1]:

Z/ М = ао + а1

где Zi - годичный прирост массы i-й фракции (ZS, ZB, ZF> ZR и Zv - соответственно стволов, ветвей, хвои, корней и нижних ярусов) в абсолютно сухом состоя-

-5

нии, т/га; М- запас стволовой древесины, м /га; А- возраст древостоя, лет.

С другой стороны, начиная с XIX века известна взаимосвязь величины депонируемого в фитомассе прироста с массой ассимиляционного аппарата, которую можно выразить зависимостью:

lnZi = f

где PF - наличная масса листвы (хвои), т/га.

Однако зависимость (2) не является однозначной, и кроме массы листвы, на прирост той или иной фракции влияет ее масса, а также запас и возраст древостоя [2]. Поэтому окончательная структура уравнения для каждой из 10 лесо-образующих пород Урала представлена нами в виде:

для прироста фракций надземной массы

^ , 1nZF = ао+ а1 1пР^ +а1 1пЛ + а2 1пМ ;

для прироста массы корней

1^я= ао + а^пРя + а2 1пМ ;

для прироста массы нижних ярусов

а0 + а11пРи + а2 1пМ .

где Ря и Ри - соответственно масса корней и нижних ярусов, т/га. В уравнения (3)-(5) включены только статистически значимые переменные. Значения констант в уравнениях (1), (3)-(5) опубликованы ранее [2].

Коэффициенты Я , средние по 10 породам для фракций фитомассы в их перечисленной выше последовательности, составили по уравнениям (1) соответственно 0,69; 0,62; 0,54; 0,49; 0,25 и по уравнениям (3)-(5) соответственно 0,77; 0,78; 0,75; 0,76; 0,70,

Судя по коэффициентам Я , зависимости (1) менее (соответственно по фракциям на 12, 26, 39, 55, 180%, в среднем - на 62%) детерминированы по сравнению с (3)-(5).

Полученные уравнения использованы далее для совмещения данных годичного прироста фитомассы, полученных на 245 пробных площадях, с данными Государственного учета лесного фонда (ГУЛФ) Пермского края, отдельно для каждого лесхоза. Для этого они структурированы и приведены к виду, позволяющему протабулировать уравнения по цифровым данным каждой структурированной матрицы (табл. 1).

Таблица 1 - Пример матрицы распределения данных ГУЛФ по отдельному лесхозу: первая цифра - покрытая лесом площадь, га; вторая - средний запас

-5

стволовой древесины в совокупности выделов данной группы возраста, м /га

Порода "руппы возраста Итого

1* 2* 3* 4* 5*

Сосна 10969/21,6 14661/119,3 30987/246,1 17533/294,0 26060/181,9 100210/194,6

Ель 6631/10,1 5019/68,0 7366/173,6 4777/247,4 11089/207,9 34882/148,3

Пихта 342/10,2 564/73,8 744/151,9 294/266,3 244/254,5 2188/136,4

Листвен- 0/0 0/0 3/233,3 3/266,7 27/288,9 33/281,8

ница

Кедр 104/33,7 162/150,6 4140/208,2 2283/197,1 1266/178,4 7955/196,8

Береза 17598/13,1 19916/37,7 78590/114,8 8528/169,2 14526/184,0 139158/101,4

Осина 11648/13,2 6991/49,6 21034/106,0 5879/150,8 3935/206,5 49487/89,5

Ольха 77/15,6 64/32,8 253/51,0 32/62,5 100/93,0 526/52,3

Липа 0/0 3/33,3 8/112,5 0/0 0/0 11/90,9

Всего 47369/14,7 47380/68,7 143125/147,7 39329/233,8 57247/189,3 334450/135

* 1 - молодняки I класса возраста, 2 - молодняки II класса возраста, 3 - средневозрастные, 4 - приспевающие, 5 - спелые и перестойные насаждения

С учетом возраста главной рубки, назначенного лесоустройством по каждой породе, группы возраста идентифицированы классами возраста. Итоговые результаты расчетов по двум названным методам для лесов Пермского края на периоды 1988 и 2007 гг. показаны в табл. 2.

Если расчеты по методу 1 выполнены путем прямого табулирования уравнений (1) по данным структурированных матриц (см. табл. 1), то расчеты по методу 2 выполнены в два этапа.

Таблица 2 - Сравнение оценок годичного прироста фитомассы насаждений на лесопокрытых площадях Пермского края, выполненных по двум методам по материалам лесоинвентаризации по состоянию на 1988 и 2007 гг._

Общий годичный прирост фитомассы на лесопо-

крытых площадях Пермского края, тыс. т

Сравниваемые методы Ство- Вет- Лис- Кор- Ниж- Ито-го

лы ви тва ни ние ярусы

1988 г.

Метод 1 (уравнение 1) 41027 40835 41197 40830 40735 204624

Метод 2 (уравнения 3-5) 15515 7095 20591 8844 5002 57048

Отношение результатов, полученных по 2,6 5,8 2,0 4,6 8,1 3,6

двум методам

2007 г.

Метод 1 (уравнение 1) 44017 43855 44169 44267 43715 220022

Метод 2 (уравнения 3-5) 18878 6990 23664 10213 5846 65592

Отношение результатов, полученных по 2,3 6,3 1,9 4,3 7,5 3,4

двум методам

Первый этап - это расчет уравнений не годичного прироста фитомассы, а ее наличного запаса на пробных площадях в количестве 1230 определений, что в 5 раз превышает имеющийся материал по годичному приросту фитомассы [2]. Уравнения запаса фитомассы протабулированы по данным структурированных таблиц (см. табл. 1) и получены таблицы распределения фитомассы по группам возраста и породам, которые используются далее при табулировании уравнений (3)-(5). Таким образом, уравнения (3)-(5) табулируются по рекурсивному принципу, т.е. не только по данным А и М в табл.1, но и по данным фитомассы листвы, корней и нижних ярусов, полученным на первом этапе расчетов.

В табл. 2 обращает на себя внимание практически однозначные показатели годичного прироста фитомассы по фракциям, выполненные по методу 1, и дифференцированные по фракционному составу показатели, полученные по методу 2. Поскольку в последнем случае для расчетов привлечены не только данные А и М, но и результаты оценки фитомассы, исходные данные которой впятеро превышают данные годичного прироста, есть основания считать их более корректными по сравнению с данными, полученными по методу 1. Оценки прироста фитомассы, выполненные по методу 1 , завышают результаты оценок, выполненных по методу 2, в среднем в 3,5 раза. Наибольшее завышение (в 8 раз) - для нижних ярусов и наименьшее (в 2 раза) для листвы. Распределение названных превышений общих оценок прироста фитомассы по лесхозам Пермского края представлено в табл. 3.

Для более объективного вывода о преимуществе того или иного метода необходим расчет ошибок регрессионного определения первичной продукции фракционного состава фитомассы по отношению к фактическим значениям.

Таблица 3 - Соотношение средних оценок годичного прироста фитомассы на территории Пермского края по лесхозам по состоянию на 1988 г., полученных по двум методам__

№ Название лесхоза Годичный прирост фитомассы, т/га

Метод 1 Метод 2 Отношение 1:2

1 Веслянский 18,1 3,8 4,8

2 Гайнский 20,0 4,7 4,3

3 Чердынский 18,2 4,5 4,0

4 Колвинский 20,4 5,1 4,0

5 Вайский 21,0 3,9 5,4

6 Красновишерский 19,1 4,8 4,0

7 Соликамский 19,9 6,5 3,1

8 Косинский 19,9 5,7 3,5

9 Кочевский 19,7 5,6 3,5

10 Юрлинский 20,5 5,9 3,5

11 Кудымкарский 23,2 6,9 3,4

12 Юсьвенский 19,8 7,1 2,8

13 Березниковский 21,2 6,7 3,2

14 Яйвинский 19,5 4,9 4,0

15 Кизеловский 17,4 5,3 3,3

16 Таборский 16,9 6,2 2,7

17 Ильинский 20,5 8,4 2,4

18 Сивинский 21,2 7,5 2,8

19 Закамский 24,3 6,7 3,6

20 Добрянский 18,8 7,0 2,7

21 Чусовской 19,5 5,7 3,4

22 Горнозаводской 20,2 5,4 3,7

23 Лысьвенский 18,5 6,5 2,8

24 Комарихинский 18,6 6,9 2,7

25 Пермский 23,2 8,2 2,8

26 Оханский 22,0 7,3 3,0

27 Чайковский 21,3 8,4 2,5

28 Осинский 20,3 6,9 2,9

29 Кунгурский 17,4 6,7 2,6

30 Кишертский 20,6 8,5 2,4

31 Октябрьский 21,5 7,6 2,8

32 Куединский 20,5 7,0 2,9

Итого по краю 19,7 5,5 3,6

Литература

1. Замолодчиков Д.Г., Уткин А.И. Система конверсионных отношений для расчета чистой первичной продукции лесных экосистем по запасам насаждений // Лесоведение. -2000. -№ 6. -С. 54-63.

2. Усольцев В.А. Биологическая продуктивность лесов Северной Евразии: методы, база данных и ее приложения. -Екатеринбург: УрО РАН, 2007. -636 с.

Работа выполнена при поддержке РФФИ, гранты №№ 07-07-96010, 09-05-00508 и Программой Президиума РАН «Биоразнообразие и генетика генофондов».