Біопродуктивність лісів Черкащини та її динаміка

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ

АВТОРЕФЕРАТ

БІОПРОДУКТИВНІСТЬ ЛІСІВ ЧЕРКАЩИНИ ТА ЇЇ ДИНАМІКА

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному університеті біоресурсів і природокористування України Кабінету Міністрів України

Науковий керівник - доктор сільськогосподарських наук, професор Лакида Петро Іванович, Національний університет біоресурсів і природокористування України, директор Навчально-наукового інституту лісового і садово-паркового господарства

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор Юхновський Василь Юрійович, Національний університет біоресурсів і природокористування України, директор Науково-дослідного інституту лісівництва та декоративного садівництва

кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник Гриник Георгій Георгійович, Державний ботанічний сад Державного вищого навчального закладу „Національний лісотехнічний університет України”, старший науковий співробітник відділу дендрофлори

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету біоресурсів і природокористування України за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 13, навчальний корпус 4, к. 28

Автореферат розісланий „4” березня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради А.Г. Лащенко

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В умовах глобальних змін клімату дослідження повного вуглецевого бюджету лісів України в цілому та її окремих регіонів є визначальною науковою проблемою. На даний час при проведенні лісовпорядних робіт обмежуються переважно оцінкою стовбурової частини деревостану. Використання в подальшому такого підходу до лісовпорядних робіт позбавляє лісівників та науковців можливості повноцінно вирішувати питання, пов'язані з проведенням екологічного моніторингу лісів і не дозволяє задовольнити інформаційні потреби, які виникають під час розв'язання багатьох екологічних проблем сьогодення.

В Україні нині немає достатнього інформаційного забезпечення для одержання точних оцінок потоків вуглецю в різних компонентах лісових екосистем. Екологам та лісівникам зрозуміло, що процеси поглинання, депонування та емісії СО₂ в лісових екосистемах залежать від віку, складу, форми насаджень, їхньої продуктивності і повноти, лісорослинних умов тощо.

Джерела та поглиначі парникових газів розміщенні на території України нерівномірно. Дані Держкомстату показують значно вищі емісії шкідливих речовин в атмосферу для східних областей України і в той же час ілюструють значний потенціал щодо поглинання парникових газів у західних областях. Черкаська область знаходиться в самому центрі країни і її високопродуктивні лісові насадження мають значний потенціал для зниження концентрації парникових газів у атмосфері. Для визначення запасів депонованого вуглецю в лісових екосистемах певного регіону потрібно мати детальну інформацію про біомасу рослинності та її динаміку, а також методичний підхід і математичну модель, яка б дозволила провести розрахунки та здійснити агрегацію результатів.

Дисертаційна робота присвячена вивченню динаміки біопродуктивності за компонентами фітомаси деревостанів головних лісотвірних порід Черкаської області. Реалізація методу та розроблення системи математичних моделей для оцінки динаміки компонентів надземної фітомаси деревостанів головних лісотвірних порід Черкаської області залишається актуальною лісотаксаційною проблемою, вирішення якої сприятиме екологічно збалансованому управлінню лісами регіону дослідження.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконана дисертаційна робота безпосередньо пов'язана з науковими дослідженнями, що здійснюються кафедрою лісового менеджменту Національного університету біоресурсів і природокористування України в межах держбюджетних тем: „Розробити наукові основи еколого-економічної оцінки лісів та управління ними на засадах сталого розвитку” (номер державної реєстрації 0101U001710) та „Розробити методичне та нормативно-інформаційне забезпечення для оцінки вуглецедепонуючих функцій лісових насаджень, створених на землях, що вийшли із сільськогосподарського використання” (номер державної реєстрації 0106U004256), до виконання яких дисертантка залучалась як виконавець.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційних досліджень є опрацювання методики оцінки динаміки компонентів фітомаси та депонованого в них вуглецю та її реалізація в деревостанах основних лісотвірних порід Черкащини в межах державних підприємств лісового господарства. Для досягнення поставленої мети було сформульовано наступні завдання:

провести ретроспективний аналіз динаміки лісівничо-таксаційних показників деревостанів головних лісотвірних порід Черкаської області в межах державних лісогосподарських підприємств;

розробити математичні моделі конверсійних коефіцієнтів, які пов'язують таксаційні та біометричні показники, для оцінки динаміки фітомаси насаджень за окремими фракціями (деревина і кора стовбура, гілки крони, хвоя (листя), пні та корені, піднаметова рослинність);

розрахувати пофракційну динаміку фітомаси та депонованого в ній вуглецю в насадженнях державних лісогосподарських підприємств;

оцінити частку поглинання викидів антропогенного вуглецю лісовими насадженнями досліджуваного об'єкта.

Об'єкт дослідження - процеси нагромадження фітомаси та депонованого в ній вуглецю лісовими насадженнями Черкаської області.

Предмет дослідження - динаміка компонентів біопродуктивності лісів Черкаської області.

Методи дослідження. В основу теоретичних досліджень даної роботи покладені як загальнонаукові (аналіз, синтез, спостереження, експеримент та моделювання), так і конкретні (спеціальні) методи пізнання, що розроблені для лісової таксації, лісівництва, фізіології рослин та інших лісівничих дисциплін. Для вирішення деяких спеціальних біометричних і таксаційних задач (встановлення форми та ступеня тісноти зв'язків між таксаційними показниками, моделювання зв'язків між цими величинами, оцінки придатності та адекватності розроблених моделей) у процесі досліджень було використано окремі статистичні методи (графоаналітичний, кореляційний і регресійний аналізи тощо). Камеральні роботи виконувалися на ПК із використанням стандартних пакетів комп'ютерно-інформаційного забезпечення та спеціальних таксаційних програм, розроблених науковцями кафедр лісового менеджменту і лісової таксації та лісовпорядкування Національного університету біоресурсів і природокористування (НУБіП) України. фітомаса деревостан лісовий господарство

За інформаційну базу дослідження слугували дослідні дані оцінки таксаційних показників та компонентів фітомаси на тимчасових пробних площах, а також дані державного лісового кадастру лісів державних підприємств Черкаської області 1978, 1983, 1988, 1996 та 2002 років.

Методичний підхід і математична модель оцінки динаміки біопродуктивності лісів за компонентами фітомаси та депонованого у ній вуглецю поєднують результати лісового кадастру і системи регресійних моделей оцінки компонентів фітомаси основних лісотвірних порід Черкаської області.

Наукова новизна одержаних результатів. Уперше в Україні з використанням системного підходу, науково обґрунтованих методик досліджень, репрезентативних дослідних даних, розроблено математичні моделі динаміки фітомаси та депонованого в ній вуглецю у межах державних підприємств лісового господарства Черкаської області. Основні положення дисертаційних досліджень, які визначають новизну наукових результатів, полягають у наступному:

проведено системний ретроспективний аналіз динаміки таксаційних показників насаджень головних лісотвірних порід у межах державних підприємств області;

удосконалено методичні підходи до вивчення біопродуктивності лісів, які на відміну від наявних дозволяють розраховувати обсяги загальної фітомаси лісів області за групами лісотвірних порід (хвойні, твердолистяні, м'яколистяні), деревними породами (сосна, дуб, ясен, граб, липа і вільха) та групами віку (молодняки, середньовікові, пристиглі, стиглі та перестиглі);

уперше одержано якісні та кількісні показники компонентів фітомаси для дерев і насаджень ясена звичайного;

розраховано конверсійні коефіцієнти відношень компонентів фітомаси деревостанів основних лісотвірних порід Черкащини до їхнього запасу в корі;

змодельована динаміка загальної фітомаси насаджень та депонованого в ній вуглецю у межах державних підприємств лісового господарства Черкаської області;

уперше пораховано різницю між антропогенними викидами вуглецю в регіоні досліджень та депонуванням СО₂ лісовими насадженнями Черкаського обласного управління лісового та мисливського господарства (ОУЛМГ);

оцінено можливий економічний ефект від вуглецедепонуючих функцій лісових насаджень Черкаського ОУЛМГ.

Практичне значення одержаних результатів. Для підвищення продуктивності лісів та їх комплексного використання, а також для вирішення низки екологічних, ресурсознавчих та виробничих питань лісової галузі як у регіоні досліджень, так і в Україні в цілому, для практичного використання рекомендовані:

довідкові таблиці динаміки основних параметрів компонентів фітомаси та депонованого у ній вуглецю;

математичні моделі оцінки якісних та кількісних показників компонентів фітомаси дерев і деревостанів ясена звичайного;

конверсійні коефіцієнти відношень компонентів надземної фітомаси запасів деревостанів та математичні моделі їх оцінки головних лісотвірних порід області.

Частина вказаних розробок була реалізована в Черкаському обласному управлінні лісового та мисливського господарства, а також при викладанні дисциплін „Лісова таксація” та „Біометрія” в Уманському державному аграрному університеті.

Особистий внесок здобувача. Постановка завдань, формулювання наукових положень дисертаційної роботи, висновки і пропозиції виробництву, а також написання тексту дисертаційної роботи належать особисто автору і є його науковим доробком.

Дисертація є завершеною науковою працею, в якій розв'язано важливі завдання - доповнено методику змістовного аналізу, що стосується досліджень структури фітомаси; удосконалено математичні моделі динаміки фітомаси та депонованого в ній вуглецю; одержано кількісні результати обсягів фітомаси та депонованого в ній вуглецю головних лісотвірних порід Черкаської області. Створена база даних, яка складається з 92 тимчасових пробних площ, закладених у деревостанах головних лісотвірних порід регіону досліджень. При первинній обробці дослідних даних на ПК автор застосувала пакети прикладних програм, розроблених доцентом Я.А. Юдицьким та професорами А.З. Швиденком і П.І. Лакидою.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні положення, висновки й практичні рекомендації дисертаційної роботи періодично доповідалися на науково-практичних конференціях Навчально-наукового інституту лісового і садово-паркового господарства Національного університету біоресурсів і природокористування України (2006-2008 рр.), на внутрішньодержавних конференціях: „Всеукраїнська наукова конференція молодих учених” (м. Умань, 2006), „Природно-ресурсний комплекс Західного Полісся: історія, стан, перспективи розвитку” (м. Березне, 2007), а також на міжнародних конференціях: „Лісівництво України в контексті світових тенденцій розвитку лісового господарства” (м. Львів, 2006), „Лісове та мисливське господарство: сучасний стан та перспективи розвитку” (м. Житомир, 2007), „Сталий розвиток лісового господарства в контексті реалізації Кіотського протоколу в країнах Центральної та Східної Європи” (м. Київ, 2008).

Публікації. За темою дисертаційних досліджень опубліковано 11 наукових праць, з яких 5 статей у наукових фахових виданнях у збірниках наукових праць та 6 тез доповідей у збірниках матеріалів конференцій.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, 4 розділів, висновків, пропозицій виробництву, списку використаних джерел (238 найменувань, у т. ч. 22 іноземних автори) та 12 додатків на 85 сторінках. Загальний обсяг роботи 233 сторінки комп'ютерного тексту, на 119 з яких викладено основний зміст. Дисертаційна робота містить 20 таблиць, ілюстрована 21 рисунком.

Основний зміст роботи

Розділ 1. Біопродукційні процеси в лісових насадженнях. Наведено термінологію та основні визначення біопродукційних процесів у лісах, висвітлено напрями досліджень біопродуктивності лісів, описано методи досліджень динамічних процесів у лісових насадженнях, представлено аналіз глобальних кліматичних змін і вплив лісових екосистем на них.

Тривалий час дослідження біопродуктивності лісових насаджень проводилися за двома напрямами: біогеоценологічним та ресурсознавчим. Найбільш обґрунтовані дослідження біопродуктивності деревостанів викладені в роботах таких дослідників: Л.К. Позднякова, В.М. Горбатенка, В.В. Протопопова (1969), В.К. М'якушка (1978), Л.І. Половникова (1970), П.І. Лакиди (1997), Л.Є. Родіна, Н.П. Ремезова, Н.І. Базілевич (1968), А.І. Уткіна (1982), В.А. Усольцева (1985, 2002, 2007), А.З. Швиденка (2002, 2004), H. A. I. Madgwick (1970), J. Parde (1980), T. Satto (1966, 1982) та ін. Важливу роль у розвитку цих досліджень відіграла Міжнародна біологічна програма (МБП), яка була схвалена у 1964 році в Парижі. Оскільки методика досліджень МБП не передбачала розробку нормативів оцінки компонентів біопродуктивності дерев та деревостанів, то проведені дослідження мали, в основному, ботанічно-описовий характер.

Нині в умовах економічної та екологічної кризи комплексна оцінка біопродуктивності лісів за компонентами фітомаси зможе дати відповідь на питання, пов'язані з пошуком додаткових джерел депонування надлишку вуглецю, оцінкою енергетичного потенціалу лісових масивів, підвищенням продуктивності лісів та можливостями поліпшення загального екологічного стану навколишнього природного середовища.

Розглядаючи продуктивність і структуру фітомаси як комплексну проблему та базуючись на основних принципах системного підходу, професором П.І. Лакидою і науковцями його школи (Колосок О.М. , Петренко М.М. , Лащенко А.Г. , Матушевич Л.М. , Василишин Р.Д. , Блищик І.В. ) було виконано ґрунтовні дослідження структури компонентів фітомаси основних лісотвірних порід України та проаналізовано динаміку біопродуктивності лісових масивів Львівщини (Домашовець Г.С. ). Значна кількість робіт присвячена вивченню продуктивності лісів західного регіону України (Голубець М.А. (1975), Гриник Г.Г. (1988), Каганяк Ю.Й. (2000) та ін.).

Розробка нормативів оцінки біопродуктивності деревостанів, що відображають вікову динаміку основних компонентів фітомаси, є відносно новою. Значний внесок у розробку таблиць, що відображають динаміку продуктивності деревостанів, та вдосконалення методики їх складання внесли: В.В. Антанайтіс (1986), М.П. Анучин (1982), І.І. Гусєв (1973), В.В. Загреєв (1975, 1988), В.К. Захаров (1961), П.І. Лакида (1988, 1992), К.Є. Нікітін (1978), М.М. Свалов (1979), М.В. Третьяков (1937), О.А. Трулль (1974), О.В. Тюрін (1945), А.З. Швиденко, Д.Г. Щепащенко (2006). У дисертаційній роботі оцінку фітомаси отримували як добуток перевідних коефіцієнтів на запас основних лісотвірних порід, диференційований за віком та класом бонітету. Саме такий підхід характеризується високою інформативністю і достатньою точністю та є найбільш перспективним для оцінки динаміки біопродуктивності лісів.

Таким чином, на основі проведеного аналізу вивчення біопродуктивності насаджень можна стверджувати, що нагромаджено значний досвід досліджень продуктивності лісових насаджень за компонентами фітомаси, проте більшість із них були ресурсознавчого характеру, проводилися в інших географічних зонах і не повністю висвітлюють біопродуктивність насаджень основних лісотвірних порід України.

Розділ 2. Об'єкт дослідження і його загальна характеристика. Викладено лісівничо-таксаційні та екологічні засади вибору об'єкта дослідження, кліматичні і фізико-географічні умови регіону дослідження, а також наведено історичні й екологічні особливості та лісівничо-таксаційну характеристику лісів Черкащини.

В умовах переходу лісової галузі на засади сталого розвитку та ринкових інструментів управління важливе значення має глибоке, всебічне пізнання лісівничо-екологічних, економічних та соціальних особливостей досліджуваних об'єктів як на макро-, так і на мікрорівнях. Ліси Черкащини - унікальний природний та антропогенний біологічний об'єкт, який знаходиться в Лісостепу, між лісистим, екологічно відносно стабільним Поліссям на півночі та жорстким для біоти кліматом Степу на півдні. За фізико-географічними, кліматичними та ґрунтовими ознаками територія Черкащини цілком належить до Лісостепової природно-кліматичної зони. Територія Черкаської області займає площу 20,9 тис. км² і відноситься до малолісних регіонів України: загальна площа лісового фонду області - 345 тис. га, в тому числі вкритих лісовою рослинністю лісових ділянок - 319,3 тис. га, що складає 15,6% її території (при оптимальній 16%). Основними лісокористувачами лісового фонду Черкаської області є Державний комітет лісового господарства (ДКЛГ) України (81%) і Міністерство аграрної політики України (16%). Проте якщо ліси підприємств Черкаського ОУЛМГ являють собою, в основному, значні за площею лісові масиви, то ліси колишніх сільгосппідприємств представлені дрібними, розкиданими по території більше ніж 500 господарств, лісовими урочищами. Ліси на території області розташовані нерівномірно. Основна їхня маса зосереджена в Черкаському (37,2%) і Канівському (30,8%), а найменший відсоток лісистості відзначається в Жашківському (1,8%) і Драбівському (2,6%) адміністративних районах. Така диференціація лісистості вагомо впливає на екологічні функції лісу.

Найбільшу площу у лісах області становлять діброви, які за ступенем зволоженості майже повністю відносяться до сухих, свіжих і вологих типів. Вони розташовані на опідзолених сірих лісових суглинках і чорноземах різного ступеня деградації. Найпоширеніші ліси твердолистяних порід, під якими знаходиться 63,4% вкритих лісовою рослинністю лісових ділянок. Із них 82,6% припадає на дубові насадження, 6,8 - ясеневі, 3,3% - грабові, а решта - на ліси з переважанням кленів, акації та інших порід. Насадження з переважанням хвойних порід на Черкащині займають 31,8% загальної площі лісів, із них 99,7% - це соснові ліси і незначна частка - ялинові та модринові насадження. Насадження м'яколистяних порід не мають великого поширення, їх питома вага досягає лише 4,8% усіх вкритих лісовою рослинністю лісових ділянок. Серед них переважають вільхові (49,5%), липові (17,0) та березові насадження (15,0%).

Лісові насадження Черкащини переважно створені штучно у 50-х роках минулого століття, що зумовило нерівномірний розподіл деревостанів за групами віку зі значним переважанням середньовікових насаджень (близько 50%) і потребує розробки відповідних нормативів для їх оцінки та оптимізації лісокористування.

Розділ 3. Методичні засади досліджень та характеристика дослідних даних. Описано методичні засади збору та обробки дослідних даних, їх лісівничо-таксаційну характеристику, проаналізовано динаміку площ та запасів головних лісотвірних порід Черкащини.

Вивчення біопродуктивності лісів за компонентами надземної фітомаси здійснюється шляхом поєднання емпіричних (спостереження та експеримент) і теоретичних (аналіз, синтез, математичне моделювання) методів. Крім того, використовуються специфічні методи, що розробленні для лісової таксації, лісівництва, фізіології рослин та інших лісівничих дисциплін.

Для вирішення завдань дисертаційної роботи за основу використана методика збору дослідних даних професора П.І. Лакиди (1997), яка модифікована відповідно до об'єкта досліджень. Для інформативного забезпечення моделювання оцінки і прогнозу динаміки компонентів біопродуктивності лісів Черкащини як дослідний матеріал було використано тимчасові пробні площі (ТПП), закладені науковцями кафедр лісової таксації та лісовпорядкування і лісового менеджменту НУБіП України в кількості 86 шт. у соснових, дубових, грабових, липових та вільхових насадженнях.

У зв'язку з відсутністю дослідних даних з оцінки фітомаси ясеневих насаджень, автором було закладено 6 тимчасових пробних площ у регіоні досліджень, де було зрубано 19 модельних дерев та проведено їх пофракційну оцінку. Для лабораторних досліджень відібрано 36 зразків дослідних зрізів стовбурів, 17 зразків гілок крони, 36 модельних гілок деревної зелені та 18 наважок листя. За результатами досліджень було встановлено, що середня базисна щільність деревини стовбура знаходиться на рівні 644, а кори - 556 кг•(м³)^-1. Середня базисна щільність деревини гілок більша за відповідну щільність деревини стовбура на 100, а кори на 124 кг•(м³)^-1 і становить 744 та 680 кг•(м³)^-1 відповідно. Частка листя в деревній зелені досягає 42,6% від маси облистяних гілок ясена звичайного, а середнє значення вмісту абсолютно сухої речовини в листі складає 0,35.

Для аналізу біопродуктивності лісових насаджень Черкаської області була зібрана база даних із 92 тимчасових пробних площ, закладених у насадженнях головних лісотвірних порід регіону досліджень, продуктивністю I^d - ІII класів бонітету. Віковий діапазон деревостанів, що підлягали вивченню, становив від 9 до 128 років (табл. 1). Детальна таксаційна характеристика дослідних деревостанів була одержана в результаті обробки на ПК вихідних даних ТПП за програмою ПЕРТА (Швиденко А.З., Юдицький Я.А., 1984). Використанні дані ТПП адекватно описують наявні в лісовому фонді Черкащини деревостани.

Таблиця 1 Розподіл кількості ТПП за породами та класами віку, шт.

Порода	Класи віку	Усього
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	13
Сосна	1	4	4	5	3	-	-	1	-	-	-	-	18
Дуб	1	8	10	6	9	3	5	5	1	1	1	1	51
Ясен	-	2	-	-	2	1	-	1	-	-	-	-	6
Граб	-	1	1	2	-	1	-	1	-	-	-	-	6
Липа	-	2	1	1	-	-	1	-	-	-	-	-	5
Вільха	-	2	1	-	1	1	-	1	-	-	-	-	6
Разом	2	19	17	14	15	6	6	9	1	1	1	1	92

З метою виявлення закономірностей розподілу досліджуваних показників, одержаних у результаті опрацювання даних тимчасових пробних площ, було проаналізовано вихідні дані у натуральних величинах за методиками, викладеними у працях К.Є. Нікітіна, А.З. Швиденка (1978), С.М. Кашпора, А.А. Строчинського, Л.М. Березівського (2002) та М.П. Горошка, С.І. Миклуша, П.Г. Хомюка (2004). Виявлено, що жодний з рядів розподілу досліджувальних параметрів повністю не задовольняє умови закону нормального розподілу (А=0; Е=0). Проте за окремими показниками дана сукупність значень характеризується нормальним розподілом, оскільки фактичні значення показників асиметрії та ексцесу не перевищують їх критичні значення (на 5%-му рівні значущості).

Для аналізу динаміки запасів та площ головних лісотвірних порід Черкащини було використано матеріали Державного лісового кадастру 1978, 1983, 1988, 1996 і 2002 років за державними підприємствами Черкаського ОУЛМГ. За досліджуваний період площа лісового фонду області збільшилася на 9,3%, а середній запас на 1 га зріс на 60,7%.

Наявний дослідний матеріал тимчасових пробних площ репрезентативно характеризує штучні деревостани лісового фонду Черкащини і є достатнім для використання в подальших дослідженнях для розв'язання ряду завдань, поставлених у межах дисертаційної роботи: розробити адекватні математичні моделі конверсійних коефіцієнтів, які пов'язують таксаційні та біометричні показники, для оцінки динаміки фітомаси деревостанів основних лісотвірних порід Черкащини за окремими фракціями та на основі розроблених моделей розрахувати пофракційну динаміку фітомаси і депонованого в ній вуглецю в насадженнях лісогосподарських підприємств.

Розділ 4. Біопродуктивність деревостанів та її динаміка. Описано теоретичні та методичні підходи до розробки моделей, здійснено оцінку моделей конверсійних коефіцієнтів компонентів фітомаси деревостанів, наведено алгоритм розрахунку компонентів біопродуктивності деревостанів Черкащини, реалізація якого на ПК з використанням табличного процесора Ms Excel дозволила одержати динаміку загальної фітомаси та депонованого в ній вуглецю у межах державних підприємств лісового господарства, пораховано різницю між антропогенними викидами вуглецю в регіоні досліджень і депонуванням останнього лісовими насадженнями та оцінено можливий економічний ефект від вуглецедепонуючих функцій лісових насаджень Черкаського ОУЛМГ.

Для визначення математичних залежностей проводився пошук аналітичних залежностей зміни коефіцієнтів R_V (коефіцієнт відношення фракції фітомаси насадження до запасу стовбурової деревини у корі) основних компонентів фітомаси з таксаційними показниками дослідних насаджень у межах кожної деревної породи методом множинної регресії з допомогою пакета статистичних програм STATISTICA та SPSS. Аргументами регресійних рівнянь розглядалися таксаційні показники насаджень, які вказуються у даних лісового кадастру:

R_V = f(A, Б, П),

Де R_V - відповідні конверсійні коефіцієнти;

A, Б, П - вік, бонітет, повнота насаджень.

У ході регресійного аналізу виявилося, що найбільш придатною є двофакторна модель залежності конверсійних коефіцієнтів від таких таксаційних ознак, як вік (А) та клас бонітету (Б) насадження, тому використовували два види аллометричних залежностей:

R_V=b₀·А^b1·Б^b2;

R_V= b₀·А^b1,

Де А - середній вік насадження, років;

Б - код класу бонітету (середня висота насадження у 100 років);

b₀, b₁, b₂ - коефіцієнти регресії.

У кожному конкретному випадку, залежно від обсягу вихідних даних і адекватності моделі дослідному процесу, відбиралося одне з рівнянь (табл. 2). Значущість впливу факторів на досліджувані компоненти фітомаси оцінювалася на 5%-му рівні за довірчими інтервалами коефіцієнтів регресії. Крім цього, адекватність одержаних моделей вихідним даним оцінювалася статистиками їхніх залишків та коефіцієнтами детермінації одержаних рівнянь.

Таблиця 2 Множинні регресійні рівняння конверсійних коефіцієнтів R_V оцінки компонентів фітомаси

Модель регресії	R2	Модель регресії	R2
Сосна звичайна	Граб звичайний
RV(st)*=0,269А 0,088Б 0,002	0,81	RV(st)=0,496A 0,027Б 0,029	0,84
RV(k)=0,166A -0,48Б 0,064	0,80	RV(k)=0,500A -0,361Б -0,434	0,83
RV(g)=0,113105А -1,252Б -2,338	0,90	RV(g)=0,039A -0,248Б 0,569	0,85
RV(l)=0,570102A -1,763Б -0,350	0,96	RV(l)=0,011A -0,295Б 0,512	0,81
Дуб звичайний	Липа серцелиста
Залежність не встановлена	-	RV(st)=0,315А 0,076	0,83
Залежність не встановлена	-	RV(k)=0,271А -0,395	0,91
Залежність не встановлена	-	RV(g)=0,435А -0,337	0,47
RV(l)=0,217104А -1,275Б -2,152	0,82	RV(l)=0,123А -0,508	0,51
Ясен звичайний	Вільха клейка
Залежність не встановлена	-	RV(st)=0,330A -0,006Б 0,042	0,54
Залежність не встановлена	-	RV(k)=0,128A 0,033Б-0,251	0,56
Залежність не встановлена	-	RV(g)=0,786102A -0,313Б -1,848	0,24
RV(l)=0,357107A -1,611Б -3,838	0,84	RV(l)=0,01510-3A -0,760Б 2,580	0,95

st - стовбурова деревина; k - кора стовбура; g - гілки (деревина і кора гілок); l - листя (хвоя).

Оскільки коефіцієнти детермінації та інші статистичні показники виявилися незначущими для стовбура, кори та гілок у корі насаджень дуба звичайного та ясена звичайного, то в подальших розрахунках використовували їх середні значення.

Оскільки під час проведення досліджень біопродуктивності лісів не досліджувалася фітомаса піднаметової рослинності (r_v(pr) - підріст, підлісок, живий наґрунтовий покрив та їхні кореневі системи) та підземна фітомаса деревостанів (r_v(kor)) головних лісотвірних порід черкаської області, то були використані множинні регресійні рівняння конверсійних коефіцієнтів компонентів фітомаси головних лісотвірних порід україни, отримані професором п.і. лакидою (1996). Коефіцієнт загальної фітомаси деревостану розраховується як сума зазначених компонентів.

Фітомаса інших деревних порід, площі та запаси яких наведені в Державному лісовому кадастрі, а математичні моделі компонентів фітомаси відсутні, оцінена за моделями наведених вище порід з урахуванням їх подібності за габітусом крони в межах групи (хвойні, твердолистяні, м'яколистяні) та зіставленням базисної щільності стовбурової деревини.

Таким чином, нами були отримані регресійні рівняння, що зв'язують фітомасу насадження за фракціями з таксаційними показниками насадження. Використання багатомірних залежностей дозволяє отримувати максимум інформації з дослідних даних і до певної міри врахувати регіональні особливості екосистем, у тому числі й для загальних моделей біопродуктивності.

Окрім перерахованих компонентів, розраховувалася щільність фітомаси та вуглецю як відношення накопленої маси до площі вкритих лісовою рослинністю лісових ділянок у межах групи лісотвірних порід та лісогосподарських підприємств.

Запаси вуглецю та темпи його депонування в лісових екосистемах залежать від продуктивності лісів, їх стану, породного складу, вікової структури, а також режиму господарювання і, особливо, інтенсивності природних та антропогенних порушень. За аналізом проведених досліджень можна зробити висновок, що ліси Черкаської області є високопродуктивними із загальним обсягом фітомаси 35290,1 тис. т. На кінець досліджуваного періоду в лісових насадженнях Черкащини акумульовано 17543,0 тис. т вуглецю (табл. 3).

Таблиця 3 Загальна фітомаса та вуглець у лісових насадженнях Черкаської області

Рік обліку	Площа вкритих лісовою рослинністю лісових ділянок, тис. га	Запас стовбурової деревини, тис. м3	Фітомаса	Вуглець
			тис. т	щільність, кг(м2)-1	тис. т	щільність, кг(м2)-1
1978	197,3	28292,7	21223,6	10,76	10539,1	5,34
1983	200,8	33786,3	24078,8	11,99	11955,5	5,95
1988	195,8	32141,9	24025,7	12,27	11928,8	6,09
1996	194,9	43150,0	30832,7	15,82	15323,6	7,86
2002	215,6	49665,3	35290,1	16,37	17543,0	8,14

Розподіл загального обсягу фітомаси лісів у межах лісогосподарських підприємств Черкаського ОУЛМГ близький до рівномірного (частка участі кожного підприємства близько 10%). Тільки на ліси ДП „Смілянське лісове господарство”, що має найбільшу площу та запас в області, припадає 16% загальної фітомаси, а в ДП „Лисянське лісове господарство”, яке найменше за площею, її зосереджено до 4%.

Відносно породного складу лісового фонду Черкаського ОУЛМГ, то слід зазначити, що найбільшу частку в структурі фітомаси регіону становлять твердолистяні деревостани - 64,2% (22663,14 тис. т), які поширені майже в усіх підприємствах області. Наполовину менше припадає на хвойні деревостани - 32,2% (11371,34 тис. т), які зосереджені переважно у Черкаському бору. При цьому, найменша частка характерна для м'яколистяних деревостанів - 3,6% (1255,65 тис. т).

На даний час найбільша кількість фітомаси знаходиться у лісових насадженнях ДП „Смілянське лісове господарство” та „Черкаське лісове господарство” (5661,9 тис. т і 4658,2 тис. т відповідно), а найменша - в ДП „Лисянське лісове господарство” (1384,2 тис. т).

Стосовно динаміки структури компонентів фітомаси за групами лісотвірних порід, то слід зазначити, що в усіх групах лісотвірних порід збільшилася частка стовбура у загальній кількості фітомаси (так, у хвойній групі порід відсоток стовбурової деревини зріс на 3,5%, у твердолистяній - на 2,6 і в м'яколистяній - на 1,5%. Відсоток деревини та кори гілок зменшився у хвойній та твердолистяній групі порід (на 1,9 і 0,7 відповідно) та зріс у м'яколистяній групі на 0,7%. З віком насаджень вміст листя (хвої) в загальній структурі фітомаси зменшився в усіх групах лісотвірних порід. Загальною закономірністю у розподілі загальних обсягів фітомаси в усіх групах лісотвірних порід є максимальна відносна кількість її нагромадження у стовбурі, потім за низхідною - у кореневих системах, гілках та асиміляційному апараті.

В основному, при майже незмінній площі вкритих лісовою рослинністю лісових ділянок, це відбулося за рахунок збільшення середнього запасу на 1 га та перерозподілу у віковій структурі лісових насаджень.

Найбільшу щільність фітомаси на 1 га мають насадження ДП „Уманське лісове господарство”, найменшу - ДП „Канівське лісове господарство”. Проте щільність вуглецю в Канівському підприємстві вища, ніж середнє значення цього показника в цілому для лісів України, що вказує на високу продуктивність лісових насаджень Черкащини.

Мінливість показників фітомаси в межах Черкаської області є похідною від мінливості значень основних таксаційних показників насаджень, які в свою чергу певною мірою відображають ефективність ведення господарства на даній території. Найпродуктивнішими виявилися лісові насадження Черкаського підприємства, де середній запас на 1 га вкритих лісовою рослинністю лісових ділянок становить 298 м³. Тут переважають соснові насадження, які ростуть за І,1 класом бонітету. Наступні за продуктивністю є насадження Уманського підприємства, що мають середній запас на 1 га 259 м³ та найвищу щільність фітомаси 19,44 кг•(м²)^-1. Оскільки тут переважають грабові діброви, то 96,3% за площею та 95,7% за запасом складають твердолистяні насадження.

Високопродуктивні ліси Черкаської області мають значний потенціал для зниження концентрації парникових газів у атмосфері, тому своєчасним і актуальним є визначення можливостей деревостанів адсорбувати СО₂ з атмосфери і депонувати його у деревині та корі стовбурів, коренів і гілок дерев. У лісах Черкаського ОУЛМГ станом на 1.01.2002 року акумульовано 17543 тис. т вуглецю, що становить майже 3% від загальної кількості вуглецю, депонованого лісами України.

За досліджуваний період в лісах Черкащини була накопичена значна кількість вуглецю не лише за рахунок зміни вікової структури лісів, а й за рахунок підвищення їх продуктивності. Так, у середньому щорічно в лісових масивах регіону досліджень накопичується 291,8 тис. т вуглецю (табл. 4).

Таблиця 4 Розрахунок орієнтовної вартості різниці між викидами і депонуванням вуглецю

Підприємство	Кількість депонованого вуглецю за роками обліку, тис. т	Зміна вуглецю, тис. т	Річна зміна вуглецю, тис. т	Щорічні викиди вуглецю, тис. т	Різниця між викидами і депонуванням вуглецю
	1978	2002				тис. т	тис. дол. США
Звенигородське	1315,6	1645,3	329,7	13,7	5,9	7,8	78
Золотоніське	837,2	1459,3	622,1	25,9	5,9	20,0	200
Кам'янське	1152,3	1634,3	482,0	20,1	5,9	14,2	142
Канівське	510,1	1623,8	1113,7	46,4	5,9	40,5	405
Корсунь-Шевченківське	976,0	1574,4	598,4	24,9	5,9	19,0	190
Лисянське	440,0	689,1	249,1	10,4	5,9	4,5	45
Смілянське	1672,8	2817,6	1144,8	47,7	5,9	41,8	418
Уманське	1186,8	1859,5	672,7	28,0	5,9	22,1	221
Черкаське	1717,1	2310,2	593,1	24,7	5,9	18,8	188
Чигиринське	736,1	1929,4	1193,3	49,7	5,9	43,8	438
Черкаське ОУЛМГ	10539,1	17543,0	7003,9	291,8	59,0	232,8	2325

Кількість депонованого вуглецю розподілена нерівномірно за підприємствами лісового господарства і коливається від 10,4 тис. т у Лисянському до 49,7 тис. т у Чигиринському. За даними Черкаського обласного управління статистики викиди шкідливих речовин в атмосферне повітря області у 2002 році становили 92,4 тис. т, з яких 58,9 тис. т складають викиди оксидів вуглецю.

Дані, наведені у табл. 4, вказують на значний резерв поглинання вуглецю у кожному лісогосподарському підприємстві. Відповідно до Кіотського протоколу, надлишки від зниження викидів СО₂ можуть стати об'єктами купівлі-продажу і в цьому контексті збільшення запасів вуглецю та їх відповідна оцінка набувають для Черкаської області ще й економічного значення. Якщо припустити, що підприємства змогли б продавати різницю між викидами і депонуванням вуглецю за ціною 10 доларів США, то щорічно вони змогли б отримувати від 45 до 438 тис. дол., а Черкаська область - 2,3 млн дол.

Загалом лісові насадження Черкаського ОУЛМГ є високопродуктивними, мають важливе економічне, екологічне та соціальне значення, виконують важливі захисні й охоронні функції, депонують вуглекислий газ та виділяють кисень, чим сприяють розв'язанню нагальних проблем зміни клімату та збереженню довкілля.

Висновки

Унаслідок зростаючого антропогенного навантаження на біосферу та викидів в атмосферу продуктів життєдіяльності, в тому числі вуглецю, людство постало перед найбільшою проблемою сучасності - парниковим ефектом та глобальними кліматичним змінами. За масштабами продукування і, особливо, за тривалістю акумулювання вуглецю в деревних рослинах, ліси визнаються найбільш надійною системою запобігання парниковому ефекту.

Дослідження вуглецевого циклу дозволило по-новому і дуже високо оцінити біосферну роль лісів. Після ратифікації Україною Кіотського протоколу ця роль з чисто наукової проблеми перейшла в область міжнародної економіки та політики. Вважається, що за рахунок удосконалення лісовирощування та оптимізації вікової структури насаджень, додаткового заліснення площ стане можливим перемістити частину СО₂ з атмосфери у фітомасу. При цьому актуальність досліджень біопродуктивності насаджень за компонентами фітомаси давно вийшла за межі регіональної проблеми та набула глобального характеру.

У рамках представленої дисертаційної роботи, використовуючи за основу в процесі проведених досліджень перераховані вище методологічні принципи, було одержано комплексні результати, які відображають оцінку біопродуктивності за компонентами фітомаси головних лісотвірних порід Черкаської області. За результатами проведених дисертаційних досліджень можна зробити такі висновки:

Як засвідчив ретроспективний аналіз стану вивчення біопродуктивності лісів України, поряд із відносно великою інформаційною базою про обсяги компонентів фітомаси основних лісотвірних порід та наявною системою нормативно-інформаційного забезпечення оцінки і прогнозу динаміки даних компонентів, практично відсутні будь-які системні дослідження, які б можна було використати для комплексної оцінки ресурсного та екологічного потенціалу компонентів надземної фітомаси головних лісотвірних порід Черкаської області.

Природно-кліматичні умови Черкащини сприятливі для вирощування високопродуктивних насаджень дуба звичайного та його супутників, а в Черкаському бору - сосни звичайної. Лісові насадження досліджуваного регіону переважно створені штучно у 50-х роках минулого століття, що зумовило нерівномірний розподіл деревостанів за групами віку зі значним переважанням середньовікових насаджень (близько 50%).

У процесі досліджень для вказаного регіону використано дані 92 ТПП, запозичених із баз даних кафедр лісового менеджменту, лісової таксації та лісовпорядкування Національного університету біоресурсів і природокористування України та закладені автором особисто в деревостанах ясена звичайного. Зібрані дослідні дані тимчасових пробних площ репрезентативно характеризують штучні деревостани лісового фонду Черкащини.

Експериментально досліджено й агреговано параметри основних компонентів надземної фітомаси дерев та деревостанів ясена звичайного в об'єкті досліджень.

Досліджено параметри оцінки якісних показників компонентів фітомаси дерев ясена звичайного. Було встановлено, що середня базисна щільність деревини стовбура знаходиться на рівні 644, а кори - 556 кг•(м³)^-1. Середня базисна щільність деревини гілок більша за таку деревини стовбура на 100, а кори на 124 кг•(м³)^-1 і становить 744 та 680 кг•(м³)^-1 відповідно. Частка листя в деревній зелені досягає 42,6% від маси облистяних гілок ясена звичайного, а середнє значення вмісту абсолютно сухої речовини в листі складає 0,35.

Адаптована і реалізована методика розрахунку біопродуктивності деревостанів головних лісотвірних порід Черкаського ОУЛМГ за компонентами фітомаси та депонованого у ній вуглецю полягала у встановленні їх багатофакторних залежностей від основних таксаційних ознак насаджень, які вказуються у даних Державного лісового кадастру. Для оцінки динаміки біопродуктивності лісових насаджень перспективним є використання перевідних конверсійних коефіцієнтів та даних державного обліку лісового фонду.

Як залежну змінну при моделюванні динаміки фітомаси деревостану від таксаційних показників використовували конверсійні коефіцієнти (R_V), тобто відношення маси фракції фітомаси (М_fr) до запасу стовбура в корі (М). За результатами регресійного аналізу встановлено, що на динаміку коефіцієнтів R_V найістотніше поряд з іншими таксаційними показниками впливають вік та клас бонітету насаджень.

Одержані математичні моделі компонентів надземної фітомаси описують деревостани головних лісотвірних порід Черкаської області: хвойних - сосни звичайної; твердолистяних - дуба звичайного, ясена звичайного, граба звичайного; м'яколистяних - липи серцелистої та вільхи клейкої.

У лісах Черкаської області станом на 01.01.2002 р. на загальній площі вкритих лісовою рослинністю лісових ділянок 215,6 тис. га із запасом стовбурової деревини 49665,3 тис. м³ було нагромаджено 35290,1 тис. т фітомаси, в якій акумульовано 17543,0 тис. т вуглецю. Частка основних компонентів у загальній фітомасі лісів досліджуваного регіону становить: стовбур у корі - 68,8%, деревина і кора гілок - 9,8, пні та корені - 15,6, листя (хвоя) - 2,5 та піднаметова рослинність - 3,3%. Середня щільність фітомаси на 1 м² вкритих лісовою рослинністю лісових ділянок складає 16,37 кг із діапазоном варіювання 9,68-19,49 кг, вуглецю - 8,14 кг і 5,85-9,71 кг відповідно.

Щорічно лісові насадження Черкаського ОУЛМГ депонують у деревині та корі більше 300 тис. т вуглецю. Ця кількість орієнтовно у 6 разів більша, ніж регіональні антропогенні викиди СО₂.

Проведені дисертаційні дослідження підтвердили, що ліси Черкащини виконують важливу стабілізаційну роль в екологічних процесах регіону, що має важливе значення не тільки для регіону дослідження, а й для України в цілому.

Пропозиції виробництву

Для практичного використання запропоновано комплекс лісотаксаційних нормативів для оцінки фітомаси деревостанів основних лісотвірних порід Черкаської області, а саме:

показники середньої базисної та природної щільності деревини, кори й деревини в корі стовбурів і гілок крони, відсоток листя у деревній зелені та вміст абсолютно сухої речовини у свіжому листі дерев ясена звичайного;

математичні моделі динаміки та довідкові таблиці обсягів компонентів фітомаси насаджень головних лісотвірних порід Черкащини (абсолютно сухий стан);

відношення надземної фітомаси насаджень до їхнього запасу у корі;

таблиці вмісту вуглецю в надземній фітомасі деревостанів головних лісотвірних порід Черкаської області.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Мазур (Морозюк) О. В. Аналіз біологічної продуктивності лісів Черкаської області / О. В. Мазур (Морозюк), П. І. Лакида // Науковий вісник НАУ. - 2006. - Вип. 100. - С. 258-262. (Здійснено дослідження, проведено аналітичний огляд літератури, сформульовано висновки).

2. Мазур (Морозюк) О. В. Продуктивність лісів Черкаської області / О. В. Мазур (Морозюк) // Науковий вісник НАУ. - 2006. - Вип. 102. - С. 210-217.

3. Мазур (Морозюк) О. В. Динаміка площ і запасів лісів Черкаської області / О. В. Мазур (Морозюк) // Науковий вісник НАУ. - 2006. - Вип. 103. - С. 156-163.

4. Мазур (Морозюк) О. В. Інформативне забезпечення моделювання біопродуктивності лісів Черкаської області / О. В. Мазур (Морозюк), П. І. Лакида // Науковий вісник НАУ. - 2007. - Вип. 106. - С. 175-180. (Статистична обробка даних, аналіз і узагальнення отриманих результатів).

5. Мазур (Морозюк) О. В. Зміни клімату та регіональні ліси (на прикладі лісів Черкащини) / О. В. Мазур (Морозюк), П. І. Лакида // Науковий вісник УкрДЛТУ. - 2006. - Вип. 31. - С. 196-200. (Проведено аналітичний огляд літератури, здійснено дослідження).

6. Мазур (Морозюк) О. В. Динаміка біологічної продуктивності лісів державного підприємства „Уманське лісове господарство” / О. В. Мазур (Морозюк) // Всеукраїнська наукова конференція молодих учених, 27-28 лют. 2006 р. : тези доп. - Умань, 2006. - С. 82-84.

7. Мазур (Морозюк) О. В. Динаміка продуктивності лісостанів Черкащини / О. В. Мазур (Морозюк) // Конф. наук.-педагог. працівників, наук. співроб. і асп. та 60-а ювіл. студент. наук.-вироб. конф., 11-12 квіт. 2006 р. : тези доп. - К., 2006. - С. 86-87.

8. Мазур (Морозюк) О. В. Вікова структура головних лісотвірних порід Черкащини : матеріали міжнар. наук.-прак. конф., присвяченої 150-річчю витоків кафедри лісівництва НЛТУУ України [„Лісівництво України в контексті світових тенденцій розвитку лісового господарства”], (Львів, 20-23 верес. 2006 р.) / О. В. Мазур (Морозюк) // Нац. лісотехн. університет. - Львів : НЛТУУ, 2006. - С. 211-212.

9. Мазур (Морозюк) О. В. Експериментальна база даних дослідження біопродуктивності штучних дубових деревостанів Черкащини / О. В. Мазур (Морозюк) // Конф. наук.-педагог. працівників, наук. співроб. і асп. та 61-а студент. наук.-вироб. конф., 4-5 квіт. 2007 р. : тези доп. - К., 2007. - С. 87-88.

10. Лакида П. І. Методичні аспекти моніторингу вуглецю в лісостанах України : матеріали наук.-практ. конф. [„Природно-ресурсний комплекс Західного Полісся: історія, стан, перспективи розвитку”], (Березне, 25-26 квіт. 2007 р.) / П. І. Лакида, О. В. Мазур (Морозюк), О. М. Василишин та ін. // Березнівський лісовий коледж. - Березне : НСІ, 2007. - С. 45-46.

11. Мазур (Морозюк) О. В. Моделі конверсійних коефіцієнтів компонентів фітомаси деревостанів Черкащини / О. В. Мазур (Морозюк) // Конф. наук.-педагог. працівників, наук. співроб. і асп. та 62-а студент. наук.-вироб. конф., 10-11 квіт. 2008 р. : тези доп. - К., 2008. - С. 100-101.

Морозюк О.В. Біопродуктивність лісів Черкащини та її динаміка. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.03.02 - лісовпорядкування та лісова таксація. - Національний університет біоресурсів і природокористування України Кабінету Міністрів України. - Київ, 2009.

Дисертаційна робота присвячена вивченню динаміки біопродуктивності за компонентами фітомаси деревостанів головних лісотвірних порід області.

Проведено системний ретроспективний аналіз динаміки таксаційних показників насаджень головних лісотвірних порід у межах державних підприємств Черкаського ОУЛМГ. Експериментально досліджено й агреговано параметри основних компонентів надземної фітомаси дерев та деревостанів ясена звичайного та параметри оцінки якісних показників компонентів фітомаси дерев ясена звичайного. Адаптована та реалізована методика розрахунку біопродуктивності деревостанів головних лісотвірних порід Черкаського ОУЛМГ за компонентами фітомаси та депонованого у ній вуглецю полягала у встановленні їх багатофакторних залежностей від основних таксаційних ознак насаджень, які вказуються в даних Державного лісового кадастру. Як залежну змінну при моделюванні динаміки фітомаси деревостану від таксаційних показників використовували конверсійні коефіцієнти (R_V), тобто відношення маси фракції фітомаси (М_fr) до запасу стовбура в корі (М). За результатами регресійного аналізу встановлено, що на динаміку коефіцієнтів R_V найістотніше поряд з іншими таксаційними показниками впливають вік та клас бонітету насаджень.

Для практичного використання в системі лісового моніторингу для оцінки фітомаси деревостанів основних лісотвірних порід Черкаської області запропоновано: показники середньої базисної та природної щільності деревини, кори й деревини в корі стовбурів і гілок крони, відсоток листя у деревній зелені та вміст абсолютно сухої речовини в свіжому листі дерев ясена звичайного; математичні моделі динаміки та довідкові таблиці обсягів компонентів фітомаси насаджень головних лісотвірних порід Черкащини (абсолютно сухий стан); відношення надземної фітомаси насаджень до їхнього запасу у корі; таблиці вмісту вуглецю в надземній фітомасі деревостанів головних лісотвірних порід Черкаської області.

...