Определение запасов надземной части фитомассы по фракциям в лесных культурах сосны обыкновенной

Определение запасов надземной части фитомассы по фракциям в лесных культурах сосны обыкновенной

И.Н. Басакова, аспирантка, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ

В настоящее время к изучению биологической продуктивности лесов проявляется большой научный интерес. В современном лесоведении и лесоводстве первоочередной задачей, стоящей перед лесоводами, является повышение продуктивности лесов.

Материал, методы и результаты исследования. Объектом исследования являются лесные культуры сосны обыкновенной преимущественно 5-10-летнего возраста Красно-Зорькинского лесничества национального парка «Бузулукский бор».

Продуктивность древесных насаждений можно разделить на три вида: 1) биологическая; 2) древесная; 3) экологическая.

Все эти продуктивности являются основной частью, показывающей степень всего комплекса полезности древесных насаждений (леса) [1—3].

Полученная на основе анализа данных пробных площадей № 1—5 зависимость накопления общей фитомассы деревьев сосны обыкновенной от основных таксационных показателей — диаметра и высоты представлена на рисунке 1 [4].

По графическому изображению зависимости общей фитомассы деревьев сосны от таксационных показателей, а именно диаметра у шейки корня и высоты дерева, можно сделать вывод, что с увеличением этих таксационных показателей наблюдается увеличение и сухой фитомассы деревьев сосны обыкновенной.

Вся совокупность имеющихся данных была обработана с помощью регрессионного анализа по уравнениям множественной регрессии [5]. Была взята трёхфакторная регрессионная модель. В качестве определяющих факторов использовались таксационные показатели модельных деревьев — диаметр, высота и возраст. В результате обработки массива экспериментальных данных по всем модельным деревьям была получена следующая регрессионная модель, выбор которой был проведён по наибольшему коэффициенту детерминации ^2):

1пР4 = Г [1пА, 1пО, 1пН, (1Ш)2, (1пН)2

В связи с тем, что в возрасте 5—10 лет не все деревья достигают высоты более полутора метров, измерение диаметров на высоте груди 3) не всегда представляется возможным. Так, на пробных площадях только у 12 модельных деревьев стало возможным измерение диаметров на высоте груди (ПП 1 — 5 деревьев, ПП 2 — 4 дерева и ПП 3 — 3 дерева), а у остальных 13 деревьев (ПП 2 — 1 дерево, ПП 3 — 2 дерева, ПП 4 и ПП 5 — по 5 деревьев) получены данные по диаметрам у шейки корня ^0).

Расчёты уравнений регрессии производили с помощью пакета анализа данных в электронных таблицах MS ЕхБе1. В результате были получены коэффициенты, которые представлены в таблицах 1 и 2.

По данным таблиц 1 и 2 можно сделать вывод о тесной взаимосвязи таксационных показателей

25

а 20

«

и

£ 15

г

с

л10

к

«

* 5

О

25

и

а

« 20

и и

И 15

е

Ц 10

к

«

й 5

О

0

Зависимость накопления общей фитомассы деревьев сосны от диаметра

у шейки корня

6 8 10

Диаметр у шейки корня, см

12

14

Зависимость накопления общей фитомассы деревьев сосны от высоты

♦ ♦

--1"

$ ♦

3 4

Высота, м

Рис. 1 - Графическое изображение зависимости общей фитомассы деревьев сосны обыкновенной от таксаци-

онных показателей

0

0

1. Характеристика уравнений для подеревной оценки фитомассы культур сосны обыкновенной в Бузулукском бору с использованием диаметров на уровне груди ф1>3)

Обозначение констант, независимых переменных и показателей адекватности Значение констант при независимых переменных и показателей адекватности

Тпр'общая ТпРхвои ТпР ветвей ТлР ствола в коре

а) 4,450 4,464 4,781 0,145

а1 (ТпА) -0,749 -0,591 -2,169 -0,167

а2 (ЬпД) 4,040 2,955 4,585 2,659

аз (ЬпЯ) -7,476 -9,008 -10,254 -5,115

а4 (ЬпД)2 -0,480 -0,080 -1,024 -0,495

а5 (ЬпЯ)2 4,041 4,057 4,645 2,419

Я2 0,976 0,949 0,969 0,991

БЕ 0,245 0,409 0,298 0,162

2. Характеристика уравнений для подеревной оценки фитомассы культур сосны обыкновенной в Бузулукском бору с использованием диаметров у шейки корня ф0)

Обозначение констант, независимых переменных и показателей адекватности Значение констант при независимых переменных и показателей адекватности

ТпР общая ЬпР™ ТпР ветвей ТпР ствола в коре

ас -0,024 0,278 -1,069 -4,299

а1 (ЬпА) -1,417 -1,515 -2,164 -0,445

а2 (ЬпД) 0,562 -0,494 1,145 1,457

а4 (ЬпЯ) 1,741 1,920 2,110 1,417

а4 (ЬпД)2 0,464 0,788 0,254 0,018

а5 (ЬпЯ)2 -0,244 -0,674 -0,229 0,094

Я2 0,984 0,961 0,974 0,994

БЕ 0,212 0,294 0,419 0,156

3. Значение общей фитомассы модельных деревьев, рассчитанное с помощью уравнений регрессии и полученное в результате эксперимента

№ пробной № модельного Предсказанное значение Предсказанное значение Фактическое значение

площади дерева фитомассы при ( 4, кг фитомассы при (10, кг фитомассы, кг

1 1,2154 1,5985 1,445896

2 19,0724 17,9125 22,40411

1 4 4,8297 4,4898 4,818946

4 10,8404 8,8121 10,05059

5 12,9067 12,5278 12,17454

1 1,7650 2,2696 2,179462

2 0,1616 0,14686 0,168294

2 4 0,8954 0,5807 0,656945

4 1,5659 1,4287 1,428454

5 5,5219 5,5185 4,587461

1 1,8409 2,0504 2,240482

2 1,0200 1,1556 0,948479

4 4 0,4894 0,2650 0,459792

4 0,1445 0,1864 0,20242

5 0,8750 1,0996 1,080404

1 0,9129 0,8666 0,884672

2 0,2825 0,2770 0,285628

4 4 0,9748 0,9266 0,984878

4 0,5160 0,6042 0,10782

5 0,4605 0,4849 0,618484

1 0,7474 0,6605 0,4479

2 0,4405 0,4279 0,285864

5 4 0,1880 0,1714 0,165424

4 0,7499 0,6481 0,641484

5 0,0400 0,0484 0,029721

(возраста, диаметра и высоты) и объёмов фитомассы отдельно по фракциям, которая выражается высоким коэффициентом детерминации ^2), варьирующим от 0,949 до 0,993.

Данная взаимосвязь описывается следующими уравнениями:

LnРoбщя = -0,024 + 0,562Ьп0 + 1,731ЬпН-1,3^пА+0,364^Ш)2-0,233^иН)2,

LnPX0 = 0,278-0,394LnD + 1,920LnH-l,515LnA+0,788(LnD)2-0,674(LnH)2, (3) LnPeemeu = -1,069 + 1,145LnD + 2,110LnH -2,163LnA+0,253(LnD)2 - 0,229(LnH)2, (4) LnP„ ^ = -3,299 + 1,357LnD+1,417LnH-

0,435LnA+0,018(LnD)2+ 0,093(LnH)2. (5) По таблице 3 и рисунку 2 прослеживаются незначительные отличия в определении общей фитомассы, рассчитанные с использованием диаметров на высоте груди и у шейки корня.

При анализе данных таблицы 3 и рисунка 2 видно, что рассчитанные с помощью уравнений регрессии значения общей фитомассы модельных деревьев и полученные экспериментальным путём данные с пробных площадей незначительно, в среднем на ±4%, расходятся между собой.

Данные запасов фитомассы модельных деревьев с пробных площадей позволяют произвести расчёты запасов надземной части фитомассы на всех пробных площадях и на 1 га леса в молодняках 4-11-летнего возраста [4]. А зная продуктивность насаждений на одном гектаре леса, можно определить продуктивность всех насаждений изучаемой породы, определённого возраста и условий местопроизрастания.

В таблице 4 представлены обобщённые данные показателей фитомассы и запасов сосновых насаждений 4-11-летнего возраста.

Так, продуктивность культур сосны обыкновенной на пробе № 1 составила 67,6124 т/га, на пробе № 2 - 13,9493 т/га, на пробе № 3 - 5,7518

т/га, на пробе № 4 - 3,2636 т/га и на пробе № 5 -3,6692 т/га. Таким образом, лесные культуры, произрастающие в одинаковых условиях, в данном случае за один год дают прирост примерно 9,2 т/га, или 13,1 м3/га.

Согласно таксационному описанию Красно-Зорькинского лесничества национального парка «Бузулукский бор», в диапазоне 515 лет произрастают насаждения сосны обыкновенной на площади 89,1 га.

Учитывая, что средний общий запас фитомассы с пробных площадей равен 27,4937 т/га, можно рассчитать количество фитомассы молодых древо-стоев в возрасте 5-15 лет в Красно-Зорькинском лесничестве. Объём общей фитомассы составит 2449,689 т, а запас в свою очередь - 3250,511 м3.

В соответствии с лесохозяйственным регламентом национального парка «Бузулукский бор» общая площадь молодняков сосны обыкновенной искусственного происхождения первого класса возраста составляет 1200 га [6]. Тогда общий объём фитомассы исследуемых насаждений в бору в целом составит 32992,44 т, а запас - 43777,92 м3.

Потепление климата и связанные с ним проблемы заставили по-новому взглянуть на роль лесов и выполняемые ими функции, в том числе и на их роль в глобальном цикле углерода. Такая постановка вопроса и обусловила повышение интереса исследователей к проблеме определения общей фитомассы древостоев, в которых сосредоточена основная масса доли углерода лесных экосистем.

№ модели

Рис. 2 - Графическое изображение значений общей фитомассы модельных деревьев, рассчитанных с помощью уравнений регрессии и полученных экспериментальным путём [5]

4. Показатели биологической продуктивности сосновых насаждений в возрасте 4—11 лет

№ пробной площади Площадь пробы, га Возраст насаждения, лет Общий объём фитомассы, т Запас насаждения, м3

на пробе на 1 га на пробе на 1 га

4 0,0576 4 0,1880 3,2636 0,1180 2,0480

5 0,0344 5 0,1262 3,6692 0,1121 3,2573

3 0,0585 6 0,3365 5,7518 0,3229 5,5203

2 0,0454 7 0,6333 13,9493 0,7390 16,2767

1 0,0563 11 3,8066 67,6124 5,2838 93,8505

Были определены запасы надземной части фитомассы культур сосны обыкновенной 5—15-летнего возраста в Красно-Зорькинском лесничестве Бузулукского бора. Запас фитомассы по произведённым расчётам составил: на пробе № 1 - 67,6124 т/га, на пробе № 2 - 13,9493 т/га, на пробе № 3 — 5,7518 т/га, на пробе № 4 — 3,2636 т/га и на пробе № 5 — 3,6692 т/га. Таким образом, лесные культуры, произрастающие в одинаковых условиях, в данном случае за один год дают прирост по общей фитомассе примерно 9,2 т/га, а по запасу — 13,1 м3/га.

Приведённый в исследовании множественный регрессионный анализ и полученные в ходе него уравнения для аппроксимации зависимости запасов надземной части фитомассы по фракциям от основных таксационных показателей имеют достаточно высокие коэффициенты детерминации которые варьируют от 0,949 до 0,993, это позволяет провести табулирование по данным сплошных перечётов деревьев и рассчитать запасы фитомассы на пробных площадях и на одном гектаре леса.

Рассчитанные с помощью уравнений регрессии значения общей фитомассы модельных деревьев и полученные экспериментальным путём данные с

пробных площадей незначительно, в среднем на ±4%, расходятся между собой.

Вывод. Изучение биологической продуктивности культур сосны обыкновенной, прогноз их роста, развития и изменения фитомассы с возрастом — разрешимая проблема с обязательным наличием данных длительных наблюдений на постоянных пробных площадях. Полученные данные модельных деревьев позволяют иметь представление о накоплении фитомассы в пределах n лет, росте и развитии древостоев лесных культур сосны обыкновенной.

Литература

1. Анучин Н.П. Лесная таксация. М.: Лесная промышленность, 1977. 512 с.

2. Биологическая продуктивность лесов Поволжья. М.: Наука, 1982. 282 с.

3. Усольцев В.А., Залесов С.В. Методы определения биологической продуктивности насаждений. Екатеринбург: УГЛТУ, 2005. 147 с.

4. Колтунова А.И. Фитомасса лесных культур в Оренбургской области / Колтунова А.И., Усольцев В.А., Пальмова Н.В. [и др.] // Актуальные проблемы лесного комплекса. Брянск: БГИТА, 2007. С. 176-179.

5. Усольцев В.А. Применение регрессионного анализа при исследовании возрастной динамики фитомассы берёзы и осины // Лесоведение. 1976. № 1. С. 35-39.

6. Лесохозяйственный регламент лесничества «Национальный парк «Бузулукский бор» / ФГУ НП «Бузулукский бор». п. Колтубановский, 2010. 64 с.

Особенности морфологической структуры сосновых древостоев пригородных насаждений г. Екатеринбурга*

В.А. Галако, к.с.-х.н., С.А. Шавнин, д.б.н, профессор, В.Э. Власенко, к.б.н., Д.Ю. Голиков, к.с.-х.н., А.А. Монти-

ле, мл.н.с., ФГБУН Ботанический сад УрО РАН

Теоретической основой лесной таксации служат установленные закономерности строения древостоев и насаждений. Известно, что процент распределения числа деревьев по таксационным показателям не зависит от древесной породы, класса бонитета и зависит только от возраста древостоя [1]. Пределы высот при этом составляют 0,8—1,15 от среднего значения. Для развития теории морфологии леса большое значение имеют исследования закономерностей строения насаждений по эколого-биологическим свойствам строения и формирования древостоев [2], в том числе установление значений редукционных чисел по классам местоположения стволов для различных пород и лесорастительных условий [3].

Для оценки дифференциации деревьев при описании строения насаждений эффективно использование относительных высот Ь^13 или Ь^13 [4]. По мнению В.М. Соловьёва, под дифференциацией

древесных растений следует понимать процесс расчленения их по состоянию, росту и развитию [5]. Относительная высота может быть применена как для оценки светолюбия древесных пород [6], так и в качестве показателя взаимосвязи факторов роста и среды [7]. Все рассматриваемые положения исследованы для естественных древостоев основных лесообразующих пород. Закономерности строения и морфология городских и лесопарковых древостоев, а также на разных расстояниях от границ лесного массива ранее практически не изучались.

Целью работы явилась оценка возможности применения основных положений теории строения и морфологии естественных древостоев для пригородных сосновых насаждений, расположенных на опушках и на разных расстояниях от начальной границы лесного массива вдоль отведённых тран-сект. Был проведён анализ морфологической структуры сосновых древостоев, закономерностей их строения и формирования. При этом относительная высота древостоя рассматривалась как возможный показатель световой потребности деревьев сосны при фоновых условиях среды.

* Работа выполнена в рамках комплексной программы фундаментальных исследований Уральского отделения РАН (проект 15-12-4-32) «Границы лесных насаждений в условиях крупной промышленной структурно-функциональной организации, роль в устойчивости к действию урбанизации»