Продуктивність та надземна фітомаса вільхи клейкої у деревостанах західного полісся України

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний аграрний університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

Продуктивність та надземна фітомаса вільхи клейкої у деревостанах західного полісся України

Блищик І.В.

06.03.02 - лісовпорядкування та лісова таксація

Київ - 2008

Вступ

Актуальність теми. В регулюванні багатьох природних процесів, серед наземних формацій, найважливіша роль відводиться лісам. Пріоритетною функцією лісу є його довгострокова здатність акумуляції діоксиду вуглецю біомасою деревних рослин та продукування кисню в процесі асиміляції.

В необхідності вирішення ресурсо-енергетичних та екологічних проблем лісів полягає розробка системи нормативно-інформаційного забезпечення кількісної та якісної оцінки біологічної продуктивності деревних порід за компонентами фітомаси у відповідних одиницях маси або енергії. Це поглиблює уявлення про біологічну продуктивність деревостанів лісотвірних порід та має практичну цінність при впровадженні нормативів у лісівничу та інвентаризаційну практику.

У лісових біомах України подібні дослідження проводяться порівняно недавно. Тому для деяких деревних порід нормативна інформація про біомасу в цілому та окремих її компонентів відсутня. Це стосується і вільшняків Західного Полісся, для яких такі дослідження в Україні не проводилися.

Дисертаційна робота присвячена вивченню біологічної продуктивності деревостанів вільхи клейкої (чорної), поширеної у сирих і мокрих гігротопах Західного Полісся України, за компонентами надземної фітомаси та їх кількісної і якісної оцінки.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Проблемні питання, висвітлені в дисертації, є складовою частиною держбюджетної наукової теми "Розробити наукові основи еколого-економічної оцінки лісів та управління ними на засадах сталого розвитку" (номер державної реєстрації 0101U001710), яка виконувалася на кафедрі лісового менеджменту Національного аграрного університету у 2001-2005 роках, до якої дисертант залучався в якості виконавця підрозділу.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційних досліджень є теоретичне обґрунтування та практична реалізація нормативно-інформаційного забезпечення оцінки якісних і кількісних параметрів компонентів надземної фітомаси дерев та деревостанів вільхи клейкої (чорної), у насадженнях Західного Полісся України. Досягнення поставленої мети передбачало вирішення наступних основних завдань:

? провести оцінку якісних і кількісних параметрів компонентів надземної фітомаси дерев;

? виявити закономірності формування компонентів надземної фітомаси дерев та деревостанів вільхи клейкої;

? обґрунтувати параметри математичних моделей оцінки компонентів надземної фітомаси дерев вільхи клейкої за їхніми таксаційними показниками;

? розробити таблиці оцінки компонентів надземної фітомаси дерев і деревостанів вільхи клейкої та депонованого в ній вуглецю.

Об'єктом дослідження є процеси росту та формування продуктивності деревостанів вільхи клейкої у насадженнях Західного Полісся України.

Предметом дослідження є теоретично-методологічні особливості формування надземної фітомаси вільхи клейкої у деревостанах Західного Полісся України.

Методи дослідження. Для вирішення сформульованих завдань у процесі досліджень використані як загальнонаукові методи (аналіз, синтез, експеримент та моделювання), так і спеціальні методи пізнання довкілля, що розроблені для лісової таксації, лісівництва, фізіології рослин та інших лісівничих дисциплін. Для виявлення наявності, форми, ступеня тісноти та моделювання зв'язків між таксаційними показниками, оцінки придатності та адекватності розроблених моделей використовувалися окремі методи біометрії та математичної статистики, а саме: графоаналітичний, кореляційний та регресійний аналізи тощо.

За інформаційну базу дослідження слугували матеріали банку даних виробничого об'єднання "Укрдержліспроект" двох областей: Волинської і Рівненської, а також монографії, наукові статті, інформаційні матеріали вітчизняних і закордонних авторів, опубліковані в періодичних виданнях, дані з яких використовувалися для порівняння одержаних результатів.

Наукова новизна одержаних результатів. Науковою новизною відзначаються такі теоретичні та методологічні результати дисертаційного дослідження, вперше:

? встановлено показники локальної і середньої базисної й природної щільності деревини, кори та деревини в корі стовбурів і гілок крони дерев вільхи клейкої та отримано математичні моделі їхньої оцінки у статиці й динаміці;

? проведена кількісна оцінка частки листя у деревній зелені дерев і вмісту абсолютно сухої речовини у свіжому листі та побудовано математичні моделі їхньої залежності від таксаційних ознак дерев;

? розроблено математичні моделі та комплекс таблиць для оцінки компонентів надземної фітомаси дерев та деревостанів вільхи клейкої в умовах Західного Полісся України;

? складено таблиці оцінки вмісту вуглецю в надземній фітомасі деревостанів вільхи клейкої;

? удосконалено методичні підходи до вивчення біологічної продуктивності деревостанів.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено систему нормативно-інформаційного забезпечення оцінки компонентів надземної фітомаси дерев та деревостанів вільхи клейкої в Західному Поліссі України, яка необхідна для вирішення лісогосподарських, лісовпорядкувальних, ресурсознавчих і екологічних задач у системі Державного комітету лісового господарства та інших установах України.

Для практичного використання пропонуються:

? математичні моделі і таблиці оцінки базисної та природної щільності деревини, кори й деревини в корі стовбурів і гілок крони дерев вільхи;

? математичні моделі визначення частки листя у деревній зелені та вмісту абсолютно сухої речовини в свіжому листі дерев;

? математичні моделі й таблиці оцінки компонентів надземної фітомаси дерев і деревостанів;

? коефіцієнти відношення надземної фітомаси насаджень вільхи клейкої до їх запасу в корі;

? таблиці вмісту вуглецю у надземній фітомасі насаджень вільхи клейкої.

Особистий внесок здобувача. Дисертація є завершеною науковою працею здобувача. Понад 84% експериментального матеріалу зібрано автором особисто протягом 2001-2005 років. Дисертанту належить обґрунтування проблеми, одержання результатів дослідження, їхній аналіз та узагальнення. Окрім цього, з банку науково-дослідних даних кафедри лісового менеджменту НАУ були використані експериментальні дані, зібрані за такою ж методикою під керівництвом проф. П.І. Лакиди.

При первинній обробці дослідних даних на ПК автор користувався пакетом прикладних програм, розроблених під керівництвом проф. К.Є. Нікітіна та А.З. Швиденка, доц. Я.А. Юдицьким.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень періодично доповідалися на науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу, науково-технічних конференціях навчально-наукового інституту лісового і садово-паркового господарства Національного аграрного університету (2006-2007 рр.), а також науково-практичній конференції: "Природно-ресурсний комплекс Західного Полісся: історія, стан, перспективи розвитку" (Березне, 2007 р.).

Публікації. За темою дисертаційних досліджень опубліковано 8 наукових праць, з яких 5 статей у наукових фахових виданнях та 3 - тези доповідей у збірниках матеріалів конференцій.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, пропозицій виробництву, списку використаних джерел (301 найменування, у тому числі 21 ? іноземних авторів) та 17 додатків на 54 сторінках. Робота викладена на 236 сторінках комп'ютерного тексту, включає 47 таблиць, ілюстрована 31 рисунком.

1. Основний зміст

Розділ 1. Деревостани Західного Полісся як об'єкт дослідження. Наведено обґрунтування об'єкта дослідження, фізико-географічні умови регіону дослідження, лісівничо-таксаційна характеристика вільшняків Західного Полісся.

Вільха клейка (Alnus glutinosa (L.) Gaerth) є лісотвірною деревною породою у сирих і мокрих сугрудках та грудах. Вільшняки на Поліссі становлять близько 7% вкритих лісовою рослинністю земель (Генсірук С.А., 2002; Юхновський І.Р., 2003), у Західному Поліссі вільха клейка поширена на всій території (36,3% за площею та 35,0% за запасом, підсумки державного обліку лісів України станом на 01.01.1996 р.).

У лісовому фонді Західного Полісся домінують високопродуктивні насадження, площа яких становить 90,3 тис. га, або 75,5%, середньовікові 59,3 тис. га, або 52,2% та середньоповнотні деревостани 82,8 тис. га або 74,8%.

Дендрофлора цього району різноманітна й нараховує майже 150 видів, переважно дерев (49) та кущів (66). Вільшняки Західного Полісся зростають, переважно, у відповідних типах лісорослинних умов - 91,7% (С4-С5; D4). Запас збільшується з віком, досягаючи максимуму у перестиглому віці (247 м3•га-1), хоча цілком логічно, що абсолютні величини запасу оптимальних вільхових деревостанів вищі. У складі вільшняків, крім вільхи клейкої, є значна частка берези пухнастої (Betula pubescens Ehrh.), сосни звичайної (Pinus silvestris L.), ясена звичайного (болотяний екотип, Fraxinus excelsior L.) та ялини звичайної (Picea abies (L.) Karsten). Як невелика домішка трапляється осика (Populus tremula L.), дуб звичайний (Quercus robur L.), граб звичайний (Carpinus betulus L.). Дуже часто зустрічаються березово-вільхові та вільхово-березові ліси. Чисті вільшняки ростуть у більш багатих лісорослинних умовах, а мішані ? переважно на бідних, піщаних і супіщаних ґрунтах. Чисті вільшняки поширені значно частіше, ніж мішані (Брадіс Є.М., 1971; Гончар М.Т., 1983; Григора І.М. та ін., 1998).

В результаті цього дослідження ми отримали повну характеристику поширення лісових формацій вільхи клейкої, з'ясували особливості її росту за таксаційними й лісівничими ознаками. Слід зазначити, що вільха клейка в Західному Поліссі є одним із перспективних видів, які сприяють вирішенню екологічних проблем довкілля досліджуваного регіону, а тому заслуговує на всебічне вивчення.

Розділ 2. Біологічна продуктивність лісів та стан її дослідженності. Аналізуються основні складові біологічної продуктивності деревостанів за компонентами фітомаси, висвітлено головні напрями вивчення та дослідження біологічної продуктивності насаджень на основі системного підходу та математичного моделювання лісових фітоценозів та їх ролі у регулюванні вмісту вуглецю в атмосфері.

Аналіз дослідження дозволяє константувати наявність різних підходів пов'язаних з вивченням даної теми. Науковці: І.І. Смольянінов (1968, 1969), Л.І. Половніков (1970), А.І. Уткін (1970-1995), В.М. Горбатенко, В.В. Протопопов (1971), М.В. Диліс, Л.М. Носова (1977), В.К. М'якушко (1978), П.І. Лакида (1997), H.E. Youg et al. (1964), H.A.I. Madgwick (1970) та інші віддавали перевагу вивченню продуктивності цінних твердолистяних і хвойних порід, що мало ресурсознавчу та біогеоценологічну спрямованість та не відображало біологічної продуктивності деревостанів за компонентами фітомаси в умовах України.

Вивчення закономірностей росту й розвитку дерев у лісових фітоценозах як системи, теоретичні основи та рекомендації з практичного застосування системного аналізу в лісівничих дослідженнях вперше розпочали лісівники К.К. Буш, І.К. Ієвінь (1975), І.В. Карманова (1976), К.Є. Нікітін, З. Швиденко (1978), І.Я. Лієпа (1980), О.А. Атрощенко (1984, 1986), В.В. Загрєєв, А.З. Швиденко (1988) та ін.

Методологія системного аналізу ґрунтується на системному вивченні природних явищ. Метод моделювання біологічної продуктивності деревостанів за компонентами фітомаси полягає у розгляді поряд із системою, яку позначають У0 = У0 (V0 , X0 , ?0, F0), її моделі, якою виступає система

У = У (V , X , ?, F),

що являє собою образ (подобу) оригіналу S0 у процесі моделюючого відображення ѓ, яку прийнято позначати записом:

Моделі часто розробляються на логарифмічній основі з використанням рівняння множинної статистичної алометрії:

··· ... ·, (2)

де а0, а1, ап - константи, відомі в економетрії як похідна функція Кобба-Дугласа;

х1, х2, хп - морфометричні показники дерева.

Це рівняння є оптимальним при встановленні залежностей компонентів фітомаси від таксаційних показників дерева (Карманова І.В., 1976; Уткін А.І., 1978, 1979; Усольцев В.А., 1985; Лакида П.І., 1997, 2002). Кінцевою метою моделювання даного дослідження є можливість прогнозування і управління процесами росту й розвитку вільшняків з метою отримання кількісної оцінки взаємозв'язків між окремими елементами системи у різних галузях пізнання Полісся та їхня оптимізація.

Над вивченням продуктивності деревостанів вільхи клейкої працювали В.К. Захаров (1928), М.В. Давідов (1958, 1979), І.К. Ієвінь, В.Є. Гейне (1966), І.Д. Юркевич, В.С. Гельтман (1968), У.І. Галвас, М.Я. Зуковська (1975), М.Г. Гончар (1983), В.А. Усольцев (1985) та ін.

Ретроспективний аналіз біологічної продуктивності лісових фітоценозів за компонентами фітомаси показує, що вони є вагомим внеском у вирішенні багатьох проблем лісівничої науки. Однак через несумісність методичних підходів, обмежену кількість досліджуваних компонентів фітомаси, різницю в географічних зонах та лісорослинних умовах вони не можуть бути використані для оцінки біологічної продуктивності деревостанів вільхи клейкої в Україні.

Розділ 3. Методичні підходи з оцінки компонентів біологічної продуктивності лісів та характеристики дослідних даних.

Розглядається методика збору експериментального матеріалу, камеральна та лабораторна обробка дослідних даних, наведено характеристику та загальну оцінку експериментального матеріалу з поділом на однорідні елементи.

Біологічна продуктивність насаджень вільхи клейкої за компонентами надземної фітомаси вивчалася враховуючи особливості деревостану як об'єкта дослідження. Збір дослідних даних проводився на тимчасових пробних площах (ТПП), які закладалися за лісотаксаційною методикою (Нікітін К.Є., 1966; Швиденко А.З., 1981; Строчинський А.А., 1992). При науковому дослідженні для збору матеріалу за основу була використана методика проф. П.І. Лакиди (1988, 1997, 2002), яка модифікована у відповідності до об'єкта досліджень і відрізняється від існуючих (Родін Є.Л., Ремезов М.П., Базилевич М.І., 1968; Уткін А.І., 1975, 1982) тим, що весь комплекс таблиць (для одного дерева та деревостану) побудований на базі моделей фітомаси дерев і деревостанів.

Результати польових і лабораторних досліджень були опрацьовані на ПК з використанням пакета Excel, спеціальної статистичної програми SPSS, STATISTICA Report. Повну таксаційну характеристику досліджуваних насаджень отримали за результатами перелікової таксації та обміру модельних дерев на ТПП за спеціальною програмою PERTA, розробленою співробітниками кафедри лісової таксації та лісовпорядкування НАУ. Спеціальна біометрична обробка дослідних даних здійснювалась за прикладними програмами ZRIZ, ZRIZ-K, PLOT, KRON, GIL, PAS, FITO, RATIO, які пов'язані з кількісною та якісною оцінкою параметрів фітомаси дерев і насаджень, розроблені проф. П.І. Лакидою (1997, 2002).

Аналіз компонентів фітомаси дерев вільхи клейкої проводився на основі 31 ТПП. Загальна кількість опрацьованих модельних дерев (МД) - 106 штук, у тому числі 96 МД виростали в складі насадження в типі лісорослинних умов - С4, інші - С5. Віковий діапазон МД становить від 10 до 61 року, а стосовно повноти деревостану - більшість дерев (82 шт.) виростали у високоповнотних, інші (24 шт.) - середньоповнотних деревостанах. Масив даних для кожного МД має понад 20 таксаційних показників. Щоб встановити показники щільності деревини та кори стовбурів на пробних площах, було відібрано дослідні зрізи зі 28 МД (усього 160 зрізів стовбура). За розробленою П.І. Лакидою та Я.А. Юдицьким (1993) формулою розрахована середня щільність деревини, кори та стовбура в корі у свіжозрубаному та абсолютно сухому стані досліджуваних МД. Для визначення щільності деревини та кори гілок на МД було зроблено 81 зріз із середньої частини живих гілок різної довжини і товщини (Лакида П.І., 1993). Для дослідження вагових параметрів листяної фракції фітомаси дерев вільхи клейкої проаналізовано 268 модельних гілок та 82 наважки свіжого листя, одержаного з МД, які були зрубані на пробних площах.

У натуральних і логарифмічних величинах аналізувалися статистики вихідних даних за методиками К.Є. Нікітіна, А.З. Швиденка (1978); М.П. Горошка, С.І. Миклуша (1999); С.М. Кашпора, А.А. Строчинського, Л.М. Березівського (2002). Слід відзначити, що для маси гілля та деревної зелені характерна висока мінливість, правостороння асиметрія та висока крутість (крива гостровершинна). Моделі, побудовані на їх основі, з достатньою точністю характеризуватимуть лише дану сукупність. Для достовірного розподілу необхідні подальші експериментальні дослідження.

Розділ 4. Моделювання якісних показників фітомаси дерев вільхи клейкої. Даний розділ містить в собі інформацію про оцінку якісних показників фітомаси дерев вільхи клейкої: локальну природну та базисну щільність деревини, кори й деревини в корі стовбурів; середню природну та середню базисну щільність деревини, кори й деревини в корі стовбурів; природну та базисну щільність деревини, кори й деревини в корі гілок; частка листя у деревній зелені; вміст абсолютно сухої речовини в листі.

З метою оцінки локальної щільності зрізів стовбурів МД отримані результати було згруповано за такими віковими групами: 1 - моделі віком до 20 років (2 дерева); 2 - моделі віком 21-40 років (16 дерев); 3 - моделі віком більше 40 років (10 дерев); 4 ? усі моделі разом (середня щільність, 28 дерев). Встановлено, що природна щільність деревини вільхи (рис. 2, (а)) зростає від окоренка до відносної висоти 0,50h, а далі - зменшується (за винятком віку модельних дерев до 20 років, (2 шт.); необхідні подальші дослідження).

На відносних висотах дерев відбувається варіювання показників базисної щільності деревини, яке поступово зменшується від окоренка до відносної висоти деревостану 0,25h-0,50h і зростає до вершини МД (рис. 2, (б)). Природна і базисна щільність кори менша в окоренкованній частині стовбура дерев усіх вікових груп у порівняні з верхівковою частиною стовбура. Отже, найістотніше на показники щільності кори стовбура впливає вік стовбура дерев. Аналізуючи зміну природної та базисної щільності деревини у корі на відносних висотах стовбурів вільхи клейкої, робимо висновок, що вона змінюється так же само, як і природна та базисна щільність деревини без кори.

За результатами проведених досліджень можна стверджувати, що залежно від віку локальна природна і базисна щільність деревини, кори, деревини в корі зрізів стовбура вільхи клейкої характеризується зростаючим, спадним і v-подібним типами зміни щільності вздовж деревного стовбура.

Природну та базисну щільність деревини, кори та деревини у корі гілок аналізували залежно від основних таксаційних показників МД . Встановлено, що як природна, так і базисна щільність деревини, кори та деревини в корі гілок навіть у дерев однакових за віком, діаметром і висотою, значно відрізняються, змінючись по висхідній. Аналіз статистик розподілу показників базисної щільності показує, що дана сукупність значень характеризується близьким до нормального розподілу з незначною косістю. Як природна, так і базисна щільність має прямий зв'язок. Не виявлено, при ймовірності 0,95, достовірних одно-, дво- та трифакторних регресійних рівнянь залежності базисної щільності деревини, кори та деревини в корі гілок від віку, висоти та діаметра на висоті 1,3 м дерев.

Середню щільність фракцій стовбура вільхи клейкої (деревини, кори і деревини у корі) у свіжозрубаному та абсолютно сухому станах розраховували на основі локальних даних за допомогою прикладної програми PLOT (Лакида П.І. та Юдицький Я.А., 1993; Лакида П.І., 1997, 2002) та аналізували залежно від основних таксаційних ознак МД. Слід зазначити, що середня базисна щільність деревини стовбурів із віком дерев, висоти та діаметра на висоті 1,3 м зростає, а в кори відмічається тенденція до зменшення показників.

За допомогою кореляційного аналізу встановлено тісноту зв'язку. Коефіцієнти кореляції природної та базисної щільності деревини і деревини в корі стовбура додатні (прямий), а кори - відємні (обернений звязок). Найтісніший зв'язок середньої базисної щільності деревини (r =0,68) та деревини в корі (r =0,66) стовбура спостерігається з діаметром на висоті 1,3 м та висотою (відповідно r =0,68; r =0,64). При цьому середня базисна щільність кори стовбура має слабкий (критичне значення коефіцієнта кореляції r =0,25), але значущий кореляційний зв'язок з висотою і дуже слабкий з віком (r =0,17) та з діаметром дерев на висоті 1,3 м (r =0,09).

Задовільними для оцінки середньої базисної щільності деревини і деревини в корі стовбурів вільхи клейкої виявились однофакторні моделі, для яких вік, діаметр на висоті 1,3 м і висоту вводили окремо; двофакторні ? при включенні віку та висоти й віку та діаметра на висоті 1,3 м дерев і трифакторні моделі, при введенні в розрахунок середньої базисної щільності деревини стовбура одночасно цих трьох показників. Не виявлено задовільної моделі зв'язку таксаційних показників дерев із середньою базисною щільністю кори. В процесі розрахунку в довірчий інтервал коефіцієнта регресії потрапляв "нуль”. У кінцевому результаті це означає, що при обчисленні за цими моделями фактичних значень середньої базисної щільності кори, їх окремі значення можуть дорівнювати "нулю”, а це суперечить логічному тлумаченню.

Використовуючи параметри середньої щільності деревини, кори, деревини в корі, щільності цих фракцій на відносних висотах стовбура та значень відповідної щільності фракцій гілок, які ми отримали для кожного модельного дерева, було обчислено загальні середні значення показників природної та базисної щільності компонентів фітомаси (табл.1).

Таблиця 1 Середня щільність деревини, кори та деревини в корі дерев вільхи клейкої, кг•(м3)-1

Показники	Середня
	на відносних висотах	в цілому стовбура	гілок
	0	0,10h	0,25h	0,50h	0,75h
Природна щільність
Деревина	0,811	0,872	0,904	0,934	0,917	0,889	0,868
Кора	0,742	0,672	0,715	0,827	0,946	0,767	0,980
Деревина у корі	0,799	0,840	0,873	0,915	0,923	0,868	0,894
Базисна щільність
Деревина	0,463	0,443	0,442	0,446	0,457	0,449	0,436
Кора	0,403	0,352	0,356	0,407	0,455	0,388	0,468
Деревина у корі	0,450	0,429	0,428	0,440	0,457	0,439	0,441

Природна щільність деревини стовбура поступово зростає від окоренка до вершини і найбільшого значення набуває на висоті 0,75h. Середня величина природної щільності деревини всього стовбура становить 0,889 кг•(м3)-1, що знаходиться на висоті між 0,10h і 0,25h, а гілок ? 0,868 кг•(м3)-1, що менше на 0,021 кг•(м3)-1 і найближча до щільності на висоті 0,10h. Середня базисна щільність деревини стовбура найближча до щільності деревини стовбура на висоті 0,50h, а середня щільність деревини гілок ? до щільності деревини стовбура на висоті 0,25h. Середня природна і базисна щільність кори стовбурів вільхи клейкої найменша на відносній висоті стовбура 0,10h і зростає до вершини. Середня природна щільність кори всього стовбура складає 0,767, базисна - 0,388 кг•(м3)-1 і найбільшою мірою подібна до значень окоренка. Середня природна щільність кори гілок більша за щільність кори стовбурів орієнтовно на 0,213, а базисна - на 0,080 кг•(м3)-1. Зміна середньої природної і базисної щільності деревини у корі майже аналогічна зміні відповідних значень щільності деревини стовбура. Середня природна щільність деревини в корі гілок більша за середню природну щільність деревини в корі стовбура на 0,026, а базисна - 0,002 кг•(м3)-1.

Використовуючи ці висновки, можна спрощено встановити середню базисну щільність деревини, кори та деревини у корі стовбура та гілок при ваговій таксації.

Середнє значення частки листя в деревній зелені знаходиться в межах 54% (42,1-61,3), а розподіл цієї ознаки схильний до лівосторонньої асиметрії та від'ємної крутості. Визначене середнє значення частки абсолютно сухої речовини в свіжому листі становить 0,392 (0,383-0,400), а розподілу цього параметра в натуральних значеннях властива лівостороння асиметрія та від'ємна крутість.

Розділ 5. Біологічна продуктивність та депонований вуглець вільхових деревостанів. Розглядається методика та особливості моделювання біологічної продуктивності дерев і деревостанів, розроблено таблиці оцінки компонентів надземної фітомаси дерев і деревостанів.

Моделювання параметрів оцінки компонентів фітомаси дерев і деревостанів вільхи клейкої, статистична обробка даних та пошук регресійних залежностей виконувалися за допомогою прикладного пакета статистичних програм SPSS (Бююль А., Цефель П., 2002). При моделюванні за основу використали алометричну функцію (Усольцев В.А., 1976, 1984, 1985; Ісаєва Л.М., 1978; Лакида П.І., 2002; Madgwick H.A.I., 1970; Satto T., Madgwick H.A.I., 1982; Botkin D.B., Simpson L.G., 1990). Рівняння об'єму стовбура у корі (V) та об'єму кори (Vк) дерев вільхи клейкої розроблялося за прямою залежністю, до складу якої входить діаметр та висота дерев. Кращими моделями, які найбільш адекватно описують залежну змінну, визнані наступні:

V =5,8•10-5• d2,011• h0,853; (3)

Vк =0,7•10-5• d1,790• h1,549; (4)

де V ? об'єм стовбура у корі, м3;

Vк ? об'єм кори, м3;

d ? діаметр на висоті 1,3 м, см;

h ? висота, м.

Коефіцієнти детермінації цих рівнянь становлять відповідно 0,99 та 0,96.

Множинні регресійні рівняння для оцінки компонентів фітомаси стовбура дерев вільхи клейкої в Західному Поліссі та їхні коефіцієнти детермінації наведено в табл. 2.

Таблиця 2 Характеристика рівнянь оцінки компонентів фітомаси дерев вільхи клейкої

Номер рівняння	Вид рівняння	Коефіцієнт детермінації
Для фітомаси деревної зелені
5	qдз = 0,319• d2,437• h-1,166	0,73
Для фітомаси гілок в корі
6	qгіл = 0,0452• d4,121• h-2,130	0,84

Аналізуючи коефіцієнти рівнянь, можна стверджувати, що найбільш інформативними є морфометричні показники дерев.

Багатоваріантний пошук регресійних залежностей показав, що найсприйнятнішими можна вважати моделі оцінки компонентів надземної фітомаси деревостанів вільхи клейкої в абсолютно сухому стані, до складу яких входять діаметр (D) і висота (H) та діаметр (D), висота (H) й повнота (Р) насаджень, що мають вигляд:

mi = a0 • D a1 • H a2; (7)

mi = a0 • D a1 • H a2 • Рa3 (8)

де mi ? відповідні компоненти фітомаси вільхи клейкої в абсолютно сухому стані, т•га-1;

a0 ... a3 - коефіцієнти регресії.

Множинні регресійні рівняння для оцінки компонентів фітомаси насадження вільшняків в Західному Поліссі та їхні коефіцієнти детермінації наведено в табл. 3.

Таблиця 3 Характеристика рівнянь оцінки компонентів фітомаси насаджень

Компоненти фітомаси	Коефіцієнти регресії	Коефіцієнт детермінації
	а0	а1	а2	а3
Абсолютно сухий стан
Деревина стовбурів	5,388	-0,010	1,305	-	0,74
Кора стовбурів	0,752	-0,203	1,622	-	0,75
Стовбур у корі	5,567	-0,121	1,466	-	0,87
Деревина стовбурів	6,786	0,415	0,845	0,898	0,93
Кора стовбурів	0,831	0,146	1,278	0,815	0,86
Стовбур у корі	7,532	0,370	0,916	0,883	0,93
Гілки у корі	5,079	1,248	-0,856	0,741	0,49
Свіжозрубаний стан
Деревна зелень	42,736	0,520	-0,892	1,163	0,43

Аналізуючи коефіцієнти рівнянь можна стверджувати, що всі досліджувані компоненти надземної фітомаси вільхи клейкої адекватно описують дослідні дані з високим рівнем апроксимації. Нижчими, але значущими на 5%-му рівні множинними кореляційними відношеннями характеризуються рівняння для гілок у корі та деревної зелені, що пояснюється високими варіабельними властивостями компонентів крони (Усольцев В.А., 1988).

У результаті отримали наступний перелік таблиць для насаджень вільхи клейкої Західного Полісся в абсолютно сухому стані: фітомаса стовбурної деревини, кори стовбурів, стовбурів у корі, листя, гілок у корі, надземна фітомаса деревостану, відношення надземної фітомаси деревостану до його запасу у корі. З урахуванням зручності практичного використання вищеперераховані таблиці всіх компонентів надземної фітомаси вільшняків представлено залежно від середнього діаметра та середньої висоти деревостанів.

Таблиця 4 Фітомаса компонентів деревостану вільхи клейкої в абсолютно сухому стані, т·га-1

Середній діаметр, см	Середня висота, м
	4	8	12	16	20
Фітомаса стовбурів у корі
4	16	43
8		41	73
12		38	69	105
16			66	102	140
20				99	137
Фітомаса гілок у корі
4	3,5	1,9
8		4,5	3,2
12		7,5	5,3	4,2
16			7,6	6,0	4,9
20				7,9	6,5
Надземна фітомаса деревостану
4	24	47
8		49	79
12		50	77	111
16			77	110	147
20				110	146

Розглядаючи та аналізуючи наведені таблиці, слід відзначити характер їх мінливості за вирівняними даними для послідовного ряду ступенів товщини та висоти дерев. Простежується закономірність зростання зі збільшенням середнього діаметра та середньої висоти дерев фітомаси стовбурної деревини, кори стовбурів, стовбурів у корі, листя, гілок у корі, надземної фітомаси деревостанів. При цьому зберігається їх відповідність з поточним об'ємним приростом та ходом росту вільшняків Полісся.

Відношення надземної фітомаси деревостану до його запасу в корі не належить до компонентів фітомаси насаджень, але його можна використати для оперативної експертної оцінки бюджету вуглецю у надземній фітомасі лісів (Ісаєв А.С. та ін., Лакида П.І., 2002).

Використовуючи розроблені таблиці біологічної продуктивності компонентів фітомаси насаджень в абсолютно сухому стані в одиницях маси встановлюємо вміст депонованого в них вуглецю. Розрахунок здійснювався через перевідні коефіцієнти, які запропонував G. Matthews (1993). Для всіх компонентів фітомаси вільхи клейкої (за винятком листя), він становить 0,5, для фітомаси листя - 0,45. Фрагмент наведено в табл. 5.

Таблиця 5 Вміст вуглецю у надземній фітомасі деревостану вільхи клейкої, т·га-1

Середній діаметр, см	Середня висота, м
	4	8	12	16	20
4	11,6	23,4
8		24,2	39,1
12		24,6	38,4	55,6
16			38,2	55,2	73,4
20				54,7	72,8

Для порівняння розроблених таблиць оцінки компонентів фітомаси вільхи клейкої було використано таблиці Т.К. Капустінскайте (1978), розроблені для умов колишньої Литовської РСР. Вони подібні, але мають інші входи, оскільки аналогічні дослідження для вільхи клейкої не проводилися.

За Т.К. Капустінскайте (1978), при діаметрі 8-20 см стовбурна деревина досліджуваної породи становить 88-90%, а гілок - 7-8% усієї надземної маси деревного ярусу в абсолютно сухому стані. Порівнюючи масу компонентів у відсотках, ми одержали такі дані (табл. 6).

Таблиця 6 Маса компонентів вільшняків, залежно від середнього діаметра та середньої висоти, %

Середні	Фітомаса
діаметр, см	висота, м	стовбур в корі	гілки в корі
8	6-12	73,0-92,4	15,7-4,1
10	8-16	79,6-95,5	12,2-3,0
12	8-18	76,0-95,4	15,0-2,9
14	10-20	82,2-96,0	12,1-2,8
16	12-22	85,7-96,4	9,9-2,7
18	12-22	84,4-95,8	11,4-3,2

За табл. 6, наведені співвідношення для насаджень вільхи клейкої Західного Полісся України відповідають лише крайнім, найбільшим значенням середніх висот деревостанів для стовбура в корі, а для гілок - їх середнім значенням. Аналогічна закономірність спостерігається, якщо використовувати для аналізу розроблені нами таблиці оцінки компонентів фітомаси окремого дерева.

Капустінскайте Т.К. (1978) вказує, що фітомаса листя в свіжозрубаному стані для діаметрів від 20 до 30 см складає 5-15 кг для одного дерева. Як звзначалося раніше, для фітомаси листя важливе значення має висота дерев. За нашими розрахунками, фітомаса листя для одного дерева коливається в межах від 5,9 до 22,1 кг.

Слід наголосити, що одержані нами результати подібні до даних Т.К. Капустінскайте (1978), яка для побудови таблиць використовувала відмінну від нашої методику проведення наукових досліджень.

Розроблені таблиці компонентів насадження вільхи клейкої для умов Західного Полісся України порівнювалися з даними наведеними В.А. Усольцевим ( 2007) для інших лісорослинних зон (табл. 7).

Таблиця 7 Фітомаса компонентів вільшняків залежно від середнього діаметра та середньої висоти (верхній рядок - дані В.А. Усольцева (2007), нижній - дані автора)

Варіант порівняння	Середні	Фітомаса, т•га-1	Надземна фітомаса, т•га-1
	діаметр, см	висота, м	стовбур у корі	гілки у корі	листя
1	Середньоєвропейська провінція, широколистяні ліси, Бельгія
	8,4	9,0	54,9	4,4	2,8	62,1
	8,0	9,0	48,0	4,2	2,9	55,1
2	Скандинавсько-російська провінція, хвойно-широколистяні ліси, Литва
	12,0	12,0	66,3	5,1	1,0	72,4
	12,0	12,0	69,0	5,3	2,8	77,1
3	Скандинавсько-російська провінція, широколистяні ліси, Мінськ
	23,0	19,4	136,0	17,3	3,2	156,5
	23,0	20,0	134,5	7,8	2,5	144,8
4	Схід російської рівнини, лісотундра, Хібіни
	5,0	5,4	14,9	18,2	2,0	35,1
	5,0	6,0	28,5	3,3	3,3	35,1

Зважаючи на дані табл. 7, слід зазначити, що для широколистяних лісів Бельгії одержані нами результати менші на 11,3% за надземною фітомасою. Різниця в кількості фітомаси гілок і листя незначна, лише за фітомасою стовбура у корі відмінність складає 12,5%. Подібна закономірність за надземною фітомасою деревостану властива лісам республіки Білорусь (7,5%). За проведеними нами розрахунками, надземна фітомаса деревостану більша на 4,7 т•га-1 (у межах 6,1%) порівнянно з вільшняками Литовської республіки. Подібні результати одержали для надземної фітомаси деревостану в умовах лісотундри (Хібіни). Лише слід відмітити, що в цьому випадку фітомаса стовбура у корі й листя більша на 47,7 та 39,4% відповідно, гілок ? менша на 81,9%.

Отже, як показано в табл. 7, отримані результати подібні за показниками у порівнюваних лісорослинних умовах, що дає підстави стверджувати про можливість використання розроблених таблиць у практичних умовах для регіону досліджень.

Враховуючи обмежену кількість досліджень фітомаси вільхи клейкої, як наслідок, відсутні обсяги наукових даних для порівняння розроблених нами таблиць оцінки фітомаси компонентів дерев і деревостанів вільхи клейкої, необхідні подальші дослідження.

Висновки

Проведення досліджень з оцінки фітомаси лісів в Україні є актуальними, їх практична реалізація дозволить певною мірою оптимізувати розвиток галузі з максимальним забезпеченням екологічних, економічних, естетичних та інших потреб суспільства. За методологічну основу досліджень лісових екосистем слугує системний підхід. Методологія системного аналізу ґрунтується на вивченні природних явищ, спираючись на основні теоретичні та методичні положення лісівництва, лісової таксації, екології тощо, спрямовує дослідження у найраціональніший напрям

Дослідні дані, необхідні для достовірної інтерпретації результатів дослідження надземної фітомаси вільхи клейкої в деревостанах Західного Полісся, було одержано в результаті обробки біометричних вимірів за сучасними методиками і програмами з використанням ПК останніх поколінь.

Дослідження компонентів надземної фітомаси лісотвірних порід України, до яких відноситься і вільха клейка, потрібні для оцінки та прогнозу динаміки лісів у цілому і за окремими її компонентами та для визначення обсягів депонування вуглецю з атмосфери. Таким чином можна стверджувати, що:

1. Особливості будови і форма крони дерев відіграють суттєву роль в оцінці фітомаси крони в натуральних величинах. Формування крони дерев вільхи клейкої відбувається під впливом численної кількості факторів зовнішнього та внутрішнього середовища, що й зумовлює значне варіювання показників компонентів фітомаси крони. Дерева одного виду та віку мають різні діаметри і висоти, а тому й різні параметри крон, внаслідок індивідуальної мінливості та впливу лісорослинних умов. Тип змішування деревних порід через взаємовплив при сумісному зростанні відіграє особливу роль при формуванні параметрів крони деревостанів.

2. Слід зазначити, що підібрати вільшняки з метою отримання динамічних рядів за кожною таксаційною ознакою так, щоб інші ознаки знаходилися на постійному фіксованому рівні, в реальних умовах практично неможливо. Маса деревної зелені та маса гілок крони дерева належать до параметрів, які постійно змінюються не тільки протягом вегетаційного періоду, а й з віком.

3. Статистично стійкіші моделі залежності маси деревної зелені та гілок від основних таксаційних ознак дерева можна отримати в логарифмічній системі координат.

4. Характер зміни природної і базисної щільності деревини, кори та деревини в корі вздовж деревного стовбура вільхи клейкої зумовлений біологічними особливостями деревної породи і меншою мірою залежить від зовнішніх та внутрішніх факторів довкілля. Суттєвий вплив на цю зміну, разом з іншими ознаками, проявляє і вік дерева.

5. Природна і базисна щільність деревини, кори та деревини в корі гілок має помірний, прямий зв'язок з віком, висотою і діаметром дерев. Не знайдено, за ймовірності 0,95, достовірних регресійних рівнянь залежності базисної щільності від віку, висоти та діаметра на висоті 1,3 м дерев вільхи клейкої. Природна щільність кори більш залежна від віку дерева.

6. Середня природна і базисна щільність деревини, кори та деревини в корі стовбура поступово зростає від окоренка до вершини. Необхідно відмітити, що спостерігається значна мінливість цих показників між окремими деревами, які ростуть навіть в одному насадженні або в різних частинах ареалу вільхи клейкої.

7. Задовільними для оцінки середньої базисної щільності деревини стовбурів вільхи клейкої виявились однофакторні моделі, для яких вік, висоту та діаметр на висоті 1,3 м вводили окремо; двофакторні, за включення віку та висоти і віку та діаметра на висоті 1,3 м дерев і трифакторні моделі, при введенні в розрахунок середньої базисної щільності деревини стовбура одночасно віку, висоти та діаметра стовбурів дерев на висоті 1,3 м.

8. Тісної залежності частки листя у деревній зелені та вмісту абсолютно сухої речовини у листі від віку, висоти та діаметра стовбура на висоті 1,3 м дерев вільхи клейкої не виявлено. Встановлено, що зі збільшенням таксаційних параметрів дерева простежується тенденція до збільшення маси абсолютно сухої речовини в листі вільхи клейкої, а частка листя у деревній зелені зменшується.

9. Реалізована методика розробки біопродукційних лісотаксаційних таблиць компонентів фітомаси дерев вільхи клейкої ґрунтується на закономірностях будови деревостанів за діаметром та накопичення компонентів фітомаси деревами в межах теоретичного розподілу. Встановлено, що існує тісний зв'язок між показниками фітомаси крони дерев вільхи клейкої та їх розмірами. Зі збільшенням висоти і діаметра дерев фітомаса деревини, кори та деревини в корі стовбурів, а також листя, гілок крони, деревної зелені та надземна фітомаса крони зростає. В межах одного ступеня товщини зі зростанням висоти дерев фітомаса компонентів крони вільхи клейкої зменшується. Досліджено, що подібна закономірність спостерігається і в розроблених моделях оцінки компонентів фітомаси деревостанів вільхи клейкої.

10. Розраховано коефіцієнти відношення надземної фітомаси деревостану до його запасу в корі. Цей показник досить стабільна величина. Найзначніше на показники даного коефіцієнта впливає середня висота насаджень, зі збільшенням якої, в межах однієї ступені товщини (середнього діаметра), він зменшується.

11. Розроблено таблиці вмісту депонованого вуглецю в надземній фітомасі деревостанів вільхи клейкої.

Пропозиції виробництву

Для практичного використання запропоновано комплекс математичних моделей і таблиць, які можуть розглядатися як лісотаксаційні нормативи для оцінки надземної фітомаси дерев і деревостанів вільхи клейкої, а саме:

- якісних показників основних компонентів фітомаси дерев;

- компонентів надземної фітомаси дерев у свіжозрубаному та абсолютно сухому станах;

компонентів надземної фітомаси насаджень в абсолютно сухому стані;

відношень надземної фітомаси насаджень до запасу насаджень у корі;

вмісту вуглецю в абсолютно сухій надземній фітомасі насаджень.

фітомаса дерево вільха природний

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Блищик І.В., Лакида П.І. Експериментальні дослідження біопродуктивності вільхи клейкої у Західному Поліссі // Наук. вісн. НАУ: Зб. наук. пр. - К., 2006. - Вип. 100. - С. 266-270. (Проведено обробку дослідних матеріалів, аналіз результатів, літературний огляд).

2. Лакида П.І., Блищик І.В. Моделювання фотосинтезуючих параметрів фітомаси дерев вільхи клейкої // Наук. вісн. НАУ: Зб. наук. пр. - К., 2006. - Вип. 103. - С. 144-151. (Проведено дослідження, узагальнено дані, встановлено залежності, сформульовано висновки).

3. Блищик І.В. Щільність компонентів фітомаси стовбура дерев вільхи // Наук. вісн. НАУ: Зб. наук. пр. - К., 2007. - Вип. 105. - С. 207-212.

4. Блищик І.В. Якісна оцінка деревини та кори дерев вільхи клейкої // Наук. вісн. НАУ: Зб. наук. пр. - К., 2007. - Вип. 106. - С. 152-158.

5. Лакида П.І., Блищик І.В. Особливості моделювання показників крони дерев вільхи клейкої // Наук. вісн. НЛТУ: Зб. наук.-тех. пр. - Львів, 2007. - Вип. 17.2. - С. 27?32. (Збір і аналіз експериментальних даних, проведення лабораторних досліджень та узагальнення одержаних результатів).

6. Блищик І.В. Продуктивність вільшняків Західного Полісся // Тези доп. учасн. конф. наук.-педагог. працівників, наук. співроб. і асп. 60-ї ювіл. студент. наук.-вироб. конф. - К., 11-12 квіт. 2006 р. - К.: НАУ, 2006, - С. 68?69.

7. Блищик І.В. Моделі оцінки компонентів фітомаси дерев вільхи клейкої // Тези доп. учасн. конф. наук.-педагог. працівників, наук. співроб. і асп. 61-ї студент. наук.-вироб. конф. - К., 4-5 квіт. 2007 р. - К.: НАУ, 2007, - С. 83?84.

Размещено на Allbest.ru

...