Формирование надземной фитомассы культур сосны в суборевых лесорастительных условиях района хвойно-широколиственных (смешанных) лесов (на примере Брянского лесного массива)

Влияние способа подготовки лесокультурной площади на рост деревьев и накопление фитомассы в лесных культурах сосны. Разработка нормативов по учёту фитомассы деревьев в насаждениях сосны. Рост и биологическая продуктивность культур сосны в фазе смыкания.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 19.07.2018
Размер файла 1,5 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Формирование надземной фитомассы культур сосны в суборевых лесорастительных условиях района хвойно-широколиственных (смешанных) лесов (на примере Брянского лесного массива)

06.03.01 - Лесные культуры, селекция, семеноводство

Биржов А.В.

Брянск - 2009

Работа выполнена на кафедре лесоводства, лесных культур и почвоведения ГОУ ВПО «Брянская государственная инженерно-технологическая академия» фитомасса сосна насаждение

Научный руководитель: кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Шошин Владимир Иванович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Дроздов Игорь Иванович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Ткаченко Анатолий Николаевич

Ведущая организация: Воронежская государственная лесотехническая академия

Актуальность темы. В настоящее время биологическая продуктивность лесов рассматривается как их основная характеристика, определяющая ход процессов в лесных экосистемах. Она используется в целях экологического мониторинга, устойчивого ведения лесного хозяйства, моделирования продуктивности лесов с учётом глобальных изменений климата, изучения структуры и биоразнообразия лесного покрова, оценки углерододепонирующей ёмкости лесов (Усольцев, Залесов, 2005). Составной частью исследований биологической продуктивности является изучение количественных и качественных характеристик фитомассы древостоев. Количество и характер накопления фитомассы определяют ход физиологических процессов и состояние растительных сообществ и отдельных особей (Протопопов, 1980).

Продуктивность лесов включена в национальный список критериев устойчивого управления лесным хозяйством России, а также во все существующие списки критериев и индикаторов, разработанные после конференции ООН по окружающей среде и развитию (КОСР) в Рио-де-Жанейро в 1992 году (Страхов, 1997; Швиденко, Страхов, Нилльсон, 2000).

Значительная доля сосновых насаждений искусственного происхождения в регионе и слабая изученность их биологической продуктивности, фракционного состава и вертикальной структуры фитомассы обуславливают актуальность темы исследований.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы явилось изучение формирования надземной фитомассы лесных культур сосны обыкновенной в суборевых лесорастительных условиях района хвойно-широколиственных (смешанных) лесов на примере Брянского лесного массива (БЛМ), разработка нормативов по учёту фитомассы лесных культур. В соответствии с поставленной целью были сформулированы задачи исследований:

1 Изучить влияние способа подготовки лесокультурной площади на рост деревьев и накопление фитомассы в лесных культурах сосны.

2 Проанализировать влияние первоначальной густоты посадки на запас фитомассы лесных культур сосны к возрасту спелости, её структуру, распределение по профилю полога.

3 Исследовать влияние возраста на запас и структуру фитомассы лесных культур.

4 Разработать нормативы по учёту фитомассы деревьев в насаждениях сосны обыкновенной I и V классов возраста.

Объектами исследований являлись чистые лесные культуры сосны обыкновенной в возрасте 12…16 и 83 лет, созданные с использованием различных технологий в суборевых лесорастительных условиях Учебно-опытного и Карачевского лесничеств Брянской области.

Научная новизна. Впервые в регионе получены данные по запасам фитомассы лесных культур в зависимости от способа подготовки лесокультурной площади, первоначальной густоты посадки. Выявлены закономерности распределения общей фитомассы и её основных фракций по вертикальному профилю древостоев, разработаны регрессионные модели оценки влияния различных факторов на формирование фитомассы в искусственных насаждениях сосны I и V классов возраста. Составлены таблицы учёта фитомассы отдельных деревьев в лесных культурах сосны для суборевых условий БЛМ.

Практическая значимость работы заключается в разработанных нормативных материалах учёта фитомассы, необходимых для планирования и реализации систем лесохозяйственных мероприятий, направленных на повышение продуктивности, а также для оценки запасов фитомассы и углерода на лесопокрытых площадях и комплексного промышленного использования сосновых лесов Брянской области.

Обоснованность выводов и достоверность результатов исследований подтверждается достаточным количеством экспериментального материала, собранного и обработанного с использованием современных методов исследований и средств программного обеспечения для ПЭВМ.

Основные положения, выносимые на защиту.

1 Запасы фитомассы лесных культур сосны в фазах смыкания, чащи и спелости.

2 Рост и формирование фитомассы лесных культур в зависимости от способа подготовки лесокультурной площади, первоначальной густоты посадки.

3 Фракционный состав и вертикальная структура фитомассы в молодняках и спелых насаждениях сосны.

4 Регрессионные модели и нормативные таблицы выхода фитомассы для сосновых культур в суборевых условиях района хвойно-широколиственных (смешанных) лесов.

Личный вклад автора. Разработка программы и методики исследований, подбор опытных объектов, сбор, обработка, анализ и обобщение экспериментального материала, формулирование выводов по результатам выполненной НИР, разработка предложений для производства, подготовка докладов и статей.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на международных научно-практических конференциях: «К 165-летию со дня рождения известного лесовода-классика Александра Ефимовича Теплоухова» (Брянск, 2008); «Лесной комплекс: состояние и перспективы развития» (Брянск, 2008); «Проблемы лесного хозяйства в современных условиях» (Брянск, 2009); на академическом конкурсе научных работ аспирантов, докторантов и молодых ученых БГИТА по естественным, техническим и гуманитарным наукам; на межкафедральных заседаниях лесохозяйственного факультета БГИТА.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных статей, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 166 страницах, состоит из общей характеристики работы, семи глав, выводов, предложений производству, списка использованных источников и приложений; иллюстрирована 41 таблицей, 15 рисунками. Список использованных источников включает 216 наименований, в том числе 6 на иностранном языке.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

В XIX веке были получены первые результаты по фитомассе стволов деревьев, но учету отдельных фракций (хвои, ветвей, корней) стали уделять внимание лишь в прошлом столетии (Усольцев, 1997). В связи с возрастающей экологической и биосферной ролью леса как элемента ландшафта и увеличивающейся потребностью в использовании его «весомых» и «невесомых» полезностей исследования по биологической продуктивности, начавшись в 30…40 годы прошлого столетия, в последующем приобрели особенно широкий размах (Молчанов, Смирнов, 1967; Семечкина, 1978; Усольцев, 2007).

Фитомассе сосняков посвящено значительное количество работ, характеризующих общую и текущую производительность древостоев в различных условиях РФ и СНГ (Ватковский, 1974; Семечкина, 1978; Митруков, 1978; Уткин, Каплина, Арутюнян, 1986; Нагимов, 1987; Юруков, Рафаилов, 1989; Коковин, Нагимов, 1990; Мамонов, 1991; Онучин, Спицына, 1995; Курбанов, 1995; Казимиров, Усольцев, Усольцев, 1997; Бабич, Мерзленко, 1998; Аткин, Аткина, 1999 и др.). Наиболее изучены в отношении биологической продуктивности культуры сосны (Комаров, 1974; Рубцов, 1976; Уткин, Ермолова, 1979; Тябера, 1981; Кожевников, Ефименко, Решетников, 1985; Бугаев, Папеж, Успенский, 1989; Аскаров, Прохоров, 1990; Бабич, 1990; Усольцев, Кириллова, Усольцев, 1997; Пшеничникова, 2001; Нагимов, Суставова, 2006 и др.).

Анализ литературы позволил заключить, что биологическая продуктивность формаций сосны, в частности культурных фитоценозов Брянского лесного массива практически не изучена. Имеются только единичные данные по запасам надземной фитомассы сосновых культур в возрасте 41-55 лет (Стефуришин, 2000), запасам хвои в сосняках разного возраста (Оскретков, 1956) и фитомассе подроста сосны (Сафронова, 2004). Влияние технологии создания, первоначальной густоты посадки лесных культур на формирование фитомассы, её фракционный состав изучено недостаточно, а в данном регионе не изучалось совсем.

ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ

Район исследований по классификации С.Ф. Курнаева (1973, 1982) расположен в Скандинаво-Русской провинции Евроазиатской области лесов умеренного пояса в пределах двух зональных полос - в подзоне смешанных и широколиственных лесов, а в соответствии с приказом Министерства сельского хозяйства РФ №37 от 04.02.2009 г. «Об утверждении перечня лесорастительных зон…» входит в район хвойно-широколиственных (смешанных) лесов европейской части РФ.

В главе приводятся данные о природно-географическом расположении Брянского лесного массива, характере рельефа, почвах, климате, ландшафтах региона (Антыков, Чесноков, 1959; Антыков, 1960; Сванидзе, Орловский, Остроумов, 1989; Волкова, Жучкова, 1994; Тихонов, 2001; Егорушкин, 2003). Описаны современные границы БЛМ, приведена его общая площадь, площадь лесного фонда и покрытых лесом земель (Тихонов, 2001). Выявлено, что лесорастительные условия в пределах Брянской области и БЛМ неоднородны. На долю суборевых лесорастительных условий приходится преобладающая часть лесопокрытой площади.

ПРОГРАММА И МЕТОДИКА РАБОТ

Программа исследований предусматривала следующие вопросы:

1 Влияние способа подготовки лесокультурной площади на рост деревьев и накопление фитомассы в лесных культурах сосны, находящихся в фазах смыкания и чащи.

2 Влияние первоначальной густоты посадки на запас фитомассы лесных культур сосны к возрасту спелости, её структуру, распределение по профилю полога.

3 Влияние возраста на запас и структуру фитомассы лесных культур.

4 Разработка нормативных таблиц выхода фитомассы отдельных деревьев в насаждениях сосны обыкновенной I и V классов возраста.

Для решения задач исследования в молодняках и спелых насаждениях сосны БЛМ было заложено 15 пробных площадей (ПП) с отбором 135 модельных деревьев, закладкой 14 почвенных разрезов и 61 почвенной прикопки. Собрано и обработано около 3500 образцов фракций фитомассы, 80 почвенных образцов.

Исследования проведены на временных пробных площадях, заложенных по ОСТ 56-69-83 «Пробные площади лесоустроительные». Почвенные разрезы закладывали по ОСТ 56-81-84 «Полевые исследования почвы». Образцы почв подвергались физико-химическому анализу. Модельные деревья отбирали по ступеням (молодняки) и классам (спелые) толщины. Надземная фитомасса делилась на фракции: древесина ствола, кора ствола, скелет кроны, хвоя 1 года, хвоя 2 года, хвоя 3 года. Ствол и крону дерева учитывали в молодняках по 1-метровым, в спелых насаждениях по 2-метровым секциям. Образцы древесины и коры ствола (спилы) отбирали с середины каждой секции. Брали навески от фракций кроны. Отобранные в поле образцы герметично упаковывались в полиэтиленовые пакеты и отправлялись в лабораторию. Для перевода фитомассы в абсолютно-сухое состояние в лабораторных условиях её образцы подвергались сушке при температуре до 102 оС. В основу работы были положены методики Усольцева В.А. (1985, 1991, 2005), Уткина А.И. (1975; 1979), Семечкиной М.Г. (1978), Молчанова А.А. (1967).

При учёте запасов надземной фитомассы древостоев использовался регрессионный метод и метод отношения площадей сечения модельных деревьев и древостоя (Усольцев, Залесов, 2005).

Фитомассу живого напочвенного покрова (ЖНП) учитывали в период его максимального развития на 20-25 пробных площадках размером 1Ч1м на каждой пробной площади по методике М.Г. Семечкиной (1978) с переводом в абсолютно-сухое состояние.

При обработке экспериментального материала были использованы программы «Статистика», «Корреляция» (разработчик - к.с.-х.н., доц. С.И. Марченко (БГИТА, Брянск)), средства электронной таблицы Excel (программная настройка «Пакет анализа»).

РОСТ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ КУЛЬТУР СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В ФАЗЕ СМЫКАНИЯ

Объектами исследований являлись три варианта культур сосны обыкновенной, заложенных весной 1995 г. в Карачевском районе Брянской области на сильноподзолистой песчаной на двучленных отложениях флювиогляциальных (ФГП) и кварцево-глауконитовых (КГП) песков с фосфоритами (ПП №1), среднеподзолистой супесчаной на двучленных отложениях ФГП и КГП с фосфоритами (ПП №2), слабоподзолистой супесчаной на двучленных отложениях ФГП и КГП с фосфоритами (ПП №9) почвах. Общее содержание основных элементов минерального питания в 50-см слое почвы по вариантам опыта варьировало для азота (N) от 625 до 3950 кг/га, для фосфора (Р) от 276 до 1162 кг/га, для калия (К) от 51 до 140 кг/га. Среднее содержание гумуса в этом же слое почвы было от 0,21 до 1,46%. На двух участках (ПП №1 и №2) подготовка лесокультурной площади включала сплошную корчёвку пней трактором Т-130 в агрегате с МП-5А и складирование их в валы. ПП №1 была заложена в насаждении с шириной раскорчёванных полос 50м, ПП №2 - 60м. На третьем участке (ПП №9) подготовка лесокультурной площади состояла только из уборки порубочных остатков и провешивания линий для обработки почвы.

По сложению почвенно-геологических тел изучаемые объекты относились к сложной субори (Егорушкин, 2003) или занимали промежуточное положение между простой и сложной суборью (Шошин, Маркина, 2006).

В лесных культурах, созданных с применением раскорчёвки, по сравнению с обычной технологией создания, до 12-летнего возраста наблюдался лучший рост по диаметру и высоте соответственно в 1,2…1,4 и 1,3…1,6 раза, аналогичная картина наблюдалась и в запасах фитомассы древостоев - масса древесного яруса культур на раскорчёванной лесосеке превышала фитомассу насаждений на контроле в 1,5…1,6 раз.

Вариабельность (Сх, %) общей фитомассы отдельного дерева и его основных фракций в фазе смыкания оказалась в 1,5…2,4 раза выше, чем Сх по диаметру ствола. Наибольшие Сх характерны для фитомассы коры ствола (122%) и фитомассы хвои (113%). Стволовая часть имела вариабельность на уровне 95%.

Древесина ствола от общей массы дерева составляла 38%, кора ствола - 8%, скелет кроны - 33%, хвоя - 21%. Из общей фитомассы ассимиляционного аппарата на долю хвои 1 года приходилось 42%, хвои 2 года - 49%, хвои 3 года - 9%.

Анализ распределения фитомассы фракций в зависимости от толщины дерева выявил, что с увеличением диаметра долевое участие фракций ствола в общей массе преимущественно уменьшается, скелета кроны - увеличивается.

На 1м от поверхности почвы приходилось 40…50% фитомассы стволовой части дерева, на 2м - 40…50% от общей массы дерева. В 3-х метровом приземном слое было сосредоточено от 40 до 70% фитомассы фракций кроны. Наиболее развитая крона в 12 лет расположена на высоте 2-4м.

Учитывая, что при полосной раскорчёвке часть площади приходилась на валы складирования пней, была рассчитана общая фитомасса исследуемых культур отдельно по продуцирующей и общей площади насаждений. По продуцирующей площади наибольший запас фитомассы достигал 21,7 т/га (ПП №1), а по общей площади насаждения - 18,0 т/га (ПП №1). С учётом всей занимаемой площади на фитомассу стволов приходилось 4,43…10,11 т/га, на скелет кроны - 4,41…6,76 т/га, на хвою - 2,40…3,97 т/га (таблица 1).

Таблица 1 - Надземная фитомасса 12-летних лесных культур (числитель - т/га, знаменатель - % от общей массы)

№ ПП

Живой напочвенный покров

Фракции древесного полога

Итого

Под пологом

На валу

Всего

Древесина ствола

Кора ствола

Скелет кроны

Хвоя

Всего

1

15,30

3,96

13,41

6,39

0,92

6,76

3,97

18,04

31,45

-

-

42,6

20,4

2,9

21,5

12,6

57,4

100,0

2

20,60

3,58

18,17

8,12

1,99

4,77

2,40

17,28

35,45

-

-

51,3

22,9

5,6

13,4

6,8

48,7

100,0

9

11,60

-

11,60

3,86

0,57

4,41

2,81

11,65

23,25

49,9

-

49,9

16,6

2,4

20,0

12,1

50,1

100,0

Известно, что видовой состав ЖНП и его масса зависят от возраста фитоценоза. В фазе смыкания лесных культур ЖНП был хорошо развит, в общей фитомассе культур сосны на его долю приходилось от 43 до 51%.

Исследования показали, что в богатых лесорастительных условиях корчёвка пней полосами 50…60м не только не вызывает снижения общей фитомассы культур к фазе смыкания, но и положительно влияет на их рост и продуктивность.

РОСТ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ КУЛЬТУР СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В ФАЗЕ ЧАЩИ

Объектами исследований являлись культуры сосны, заложенные весной 1992 г. в Карачевском районе на слабоподзолистой песчаной на двучленных отложениях ФГП и КГП с фосфоритами (ПП №5), слабоподзолистой песчаной на двучленных отложениях ФГП и КГП с гнёздами опоки (ПП №6), среднедерново-среднеподзолистой песчаной на двучленных отложениях ФГП и смеси КГП с меловым рухляком (ПП №10) почвах. Общее содержание N в 50-см слое почвы варьировало от 1007 до 2171 кг/га, Р от 476 до 1023 кг/га, К от 178 до 282 кг/га. Содержание гумуса в этом же слое было от 0,30 до 0,68%. На двух участках подготовка лесокультурной площади включала сплошную корчёвку пней полосами шириной 15м (ПП №6) и 20м (ПП №5), на третьем участке (ПП №10) - только уборку порубочных остатков и провешивание линий для обработки почвы.

Корчёвка пней полосами 15...20м приводит к обеднению гумусом верхнего 50-см слоя почвы в 1,7…2,3 раза, на содержание Р и К из-за близкого залегания КГП с фосфоритами влияет незначительно. Различия в сохранности и росте лесных культур сосны под влиянием раскорчёвки лесокультурной площади не превышали 10%.

Вариабельность общей фитомассы отдельного дерева и его основных фракций оказалась в 1,9…3,0 раза выше, чем Сх по диаметру ствола. Наибольшие Сх характерны для фитомассы скелета кроны (114%) и фитомассы хвои (96%).

Древесина ствола от общей массы дерева в фазе чащи составляла 59%, кора ствола - 6%, скелет кроны - 22%, хвоя - 13%. Из общей фитомассы ассимиляционного аппарата на хвою 1 года приходилось 59%, хвою 2 года - 33%, хвою 3 года - 8%.

Анализ распределения фитомассы фракций по толщине дерева выявил, что также как и в фазе смыкания, наблюдается тенденция увеличения доли фракций кроны в общей фитомассе дерева по мере возрастания его диаметра.

Интегральные кривые накопления массы фракций среднего дерева в вертикальной плоскости описывались полиномом второй степени. На первый метр от поверхности почвы приходилось около 30% фитомассы стволовой части дерева, на первые 2м - около 30% от общей массы дерева. Более половины фитомассы скелета кроны было сосредоточено на отрезке 4…7м, доля хвои в этом слое составляла 41…67%.

Наибольший запас фитомассы (таблица 2) на продуцирующей площади составил 51,5 т/га (ПП №6), а по общей площади насаждения - 39,6 т/га (ПП №10). В запасе общей фитомассы на ствол приходилось 13,5…26,5 т/га, скелет кроны 5,3…6,0 т/га, хвою 1,9…7,1 т/га.

Таблица 2 - Запас фитомассы древесного яруса сосновых культур на вариантах опыта, т/га

Фракции

Продуцирующая площадь

Вся занимаемая площадь

ПП №5

ПП №6

ПП №10

ПП №5

ПП №6

ПП №10

Древесина ствола

18,04

32,86

24,05

12,03

19,72

24,05

Кора ствола

2,19

2,09

2,46

1,46

1,26

2,46

Скелет кроны

7,94

9,63

5,96

5,30

5,77

5,96

Хвоя 1 года

1,57

3,89

5,07

1,05

2,33

5,07

Хвоя 2 года

0,97

2,50

1,96

0,64

1,50

1,96

Хвоя 3 года

0,26

0,50

0,11

0,17

0,30

0,11

Всего хвои

2,80

6,89

7,14

1,86

4,13

7,14

Итого

30,97

51,47

39,61

20,65

30,88

39,61

В фазе чащи доля фитомассы живого напочвенного покрова в общей фитомассе насаждений оказалась невелика (от 3,4 до 5,1%). По валам наибольшая фитомасса (2,2 т/га) отмечена в насаждении, имеющем самое низкое содержание органического азота в почве под пологом - ПП №5 (1007 кг/га). Связь надземной фитомассы ЖНП под пологом с содержанием азота в 50-см слое почвы характеризовалась коэффициентом линейной корреляции (r) 0,99.

Результаты исследований позволили установить, что раскорчёвка лесокультурной площади полосами 15…20м на почвах двучленных отложений ФГП и КГП на запас надземной фитомассы сосновых культур в фазе чащи влияет незначительно. С учётом всей занимаемой площади преимущество по запасу фитомассы принадлежит участку, созданному по наиболее широко применяемой технологии.

РОСТ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ КУЛЬТУР СОСНЫ К ВОЗРАСТУ СПЕЛОСТИ

Объектами исследований были культуры сосны, заложенные в Брянском Опытном лесничестве в 1924 году профессором В.П. Тимофеевым. Посадка производилась весной однолетними и двухлетними сеянцами в борозды под клиновидную лопату. Культуры создавались по схемам: ПП №11 - 1,4 х 0,36 (19,8 тыс. шт./га), ПП №12 - 1,4 х 0,5 (14,3 тыс. шт./га), ПП №13 - 1,1 х 0,36 (25,3 тыс. шт./га), ПП №14 - 1,1 х 0,5 (18,2 тыс. шт./га). К моменту проведения исследований на всех участках лесных культур сформировались чистые сосновые насаждения (10С) с примесью берёзы и ели на слабодерново-сильноподзолистой песчаной на двучленных отложениях ФГП и КГП с фосфоритами (ПП №11 и №14), среднедерново-среднеподзолистой песчаной на двучленных отложениях ФГП и КГП с фосфоритами (ПП №12), среднедерново-сильноподзолистой песчаной на двучленных отложениях ФГП и КГП с фосфоритами (ПП №13) почвах. В 50-см слое почвы по вариантам опыта содержание минеральных элементов варьировало: N от 1493 до 2007 кг/га, Р от 222 до 478 кг/га, К от 82 до 105 кг/га. Среднее содержание гумуса в этом же слое было от 0,45 до 0,64%. ТЛУ исследуемых участков - свежая суборь.

Сохранность лесных культур к 2007 году была на уровне 2,5…3,6%, средний диаметр варьировал от 29,0 (ПП №13) до 32,5см (ПП №12), средняя высота - от 27,2 (ПП №13) до 30,9м (ПП №12). Росли культуры по I (ПП №13) и Iа (ПП №11, 12, 14) классам бонитета, а их запас составлял от 519 (ПП №14) до 634м3/га (ПП №11).

На 77% и 73% уровнях значимости установлено влияние первоначальной густоты посадки соответственно на диаметр (r = (-0,94)) и высоту (r = (-0,91)) лесных культур.

Вариабельность общей фитомассы отдельного дерева и его основных фракций была в 1,6…3,5 раз выше, чем Сх по диаметру ствола. Наибольшие Сх характерны для фитомассы скелета кроны (103 %) и фитомассы хвои (95%), что близко к вариабельности фитомассы аналогичных фракций в молодняках. Вариабельность фитомассы ствола составляла около 55% и была в 1,5…1,7 раз ниже, чем Сх этой фракции в лесных культурах I класса возраста.

К 83-летнему возрасту древесина ствола в общей массе дерева составляла 92%, кора ствола - 4%, скелет кроны - 3%, хвоя - 1%. Из общей массы хвои на хвою 1 года приходилось 50%, хвою 2 года - 37%, хвою 3 года - 13%. Следует отметить, что с увеличением толщины дерева долевое участие фитомассы коры в стволе на вариантах опыта уменьшалось (за исключением участка с наибольшей густотой посадки), что соответствует выводам других исследователей (Уварова, 2006).

К возрасту спелости наиболее развитая крона дерева располагалась преимущественно на высоте 24…28м. По результатам наших исследований была установлена связь между первоначальной густотой посадки и протяжённостью кроны среднего дерева, которая характеризовалась коэффициентом корреляции (-0,95), значимым на 78% уровне.

На вариантах опыта (рисунок 1) около 70% фитомассы ствола дерева (в) приходится на отрезок длиной в 2 сортимента (принимая длину сортимента за 6,5м). На пробных площадях с первоначальной густотой 14,3 и 19,8 тыс. шт./га ствол очищен от сучьев на длину 3-х сортиментов (19,5м), на остальных участках - на длину около 18м, где аккумулировано соответственно 90 и 85% всей массы ствола. На высоту 19,5…26м (положение 4-го сортимента) приходилось от 40 (густота посадки 14,3 тыс. шт./га) до 70% (густота посадки 25,3 тыс. шт./га) фитомассы хвои (а) и скелета кроны (б) среднего дерева.

Запас фитомассы древесного полога лесных культур (таблица 3) достигал 255,1…309,3 т/га, из них на стволовую часть приходилось 247,0…301,5 т/га, на скелет кроны 5,9…21,9 т/га, на хвою 1,3…5,5 т/га.

Таблица 3 - Запас фитомассы древесного яруса при первоначальной густоте посадки, т/га

Фракции

14,3 тыс.шт./га (ПП №12)

18,2 тыс.шт./га (ПП №14)

19,8 тыс. шт./га (ПП №11)

25,3 тыс.шт./га (ПП №13)

Древесина ствола

263,79

267,62

290,84

233,40

Кора ствола

7,38

8,58

10,69

13,63

Скелет кроны

6,08

21,90

6,15

5,94

Хвоя 1 года

0,83

2,54

1,08

1,22

Хвоя 2 года

0,38

2,31

0,46

0,73

Хвоя 3 года

0,11

0,62

0,10

0,15

Всего хвои

1,33

5,46

1,64

2,10

Итого

278,58

303,56

309,31

255,07

Корреляционный линейный анализ запасов фитомассы древесного полога позволил установить, что к возрасту 83 года связь между фракциями фитомассы и первоначальной густотой посадки не сохраняется, за исключением фракции кора ствола, где r достигал 0,98 и был значим на 85% уровне.

а)

б)

в)

г)

Рисунок 1 - Формирование фитомассы фракций среднего дерева в вертикальной плоскости (а - хвоя; б - скелет кроны; в - ствол; г - всё дерево)

На ЖНП в лесных культурах к возрасту спелости приходилось всего от 0,2 до 1,3% (0,64…3,42 т/га) от общей фитомассы насаждения. Связи между первоначальной густотой посадки и фитомассой ЖНП мы не обнаружили, в то же время было установлено, что масса ЖНП на 63% уровне значимости зависит от содержания органического азота в 50-см слое почвы (r = 0,82).

Основываясь на проведённых исследованиях можно говорить о том, что в возрасте спелости не прослеживается тесной прямой связи между общей фитомассой лесных культур, её основными компонентами и первоначальной густотой посадки в диапазоне 14,3…25,3 тыс. шт./га.

ПОСТРОЕНИЕ РЕГРЕССИОННЫХ МОДЕЛЕЙ И МНОГОМЕРНАЯ ОЦЕНКА ФРАКЦИЙ НАДЗЕМНОЙ ФИТОМАССЫ ДЕРЕВЬЕВ В СОСНОВЫХ КУЛЬТУРАХ

При построении регрессионных моделей нами были использованы следующие показатели: диаметр дерева на высоте груди (D, см), высота дерева (Н, м), текущая густота насаждения (N, шт./га), сумма площадей сечения стволов (УG, м2/га), расстояние между рядами (l, м). Высота и диаметр являются основными объёмообразующими признаками дерева (Усольцев, 1985), густота (учитывает и расстояние между рядами) и сумма площадей сечения - одними из главных факторов, определяющих развитие кроны дерева (Рубцов и др., 1976; Усольцев, 1985; Уварова, 2006 и др.). Фитомасса дерева и его фракций обозначалась как Р (кг), коэффициенты уравнений: а0…аn.

Анализ экспериментальных данных позволил выявить, что первоначальная густота посадки лесных культур не влияет на вариабельность фитомассы фракций отдельных деревьев, как в молодом, так и в зрелом возрасте, поэтому этот показатель был исключён из регрессионных моделей.

В лесных культурах сосны I класса возраста диаметр и высота модельных деревьев варьировали соответственно от 1,2 до 16,5 см и от 1,7 до 11,2 м, текущая густота насаждения - от 1775 до 3760 шт./га, сумма площадей сечения стволов - от 5,72 до 24,98 м2/га, расстояние между рядами - от 2,5 до 3,0м. В культурах сосны V класса возраста диаметр модельного дерева и его высота варьировали соответственно в диапазонах от 18,4 до 43,9см и от 23,0 до 35,8м, текущая густота насаждения - от 508 до 675 шт./га, сумма площадей сечения стволов - от 40,24 до 47,50 м2/га.

Регрессионные уравнения рассчитывались с использованием аллометрических (степенных) функций, приведённых к линейному виду через логарифмирование. О достоверности констант (принимаемый б=0,05) судили главным образом по попаданию t-критериев Стьюдента в критическую область.

РЕГРЕССИОННЫЕ МОДЕЛИ ДЛЯ КУЛЬТУР СОСНЫ I КЛАССА ВОЗРАСТА

Уравнения, учитывающие основные признаки деревьев (диаметр и высота), а также биометрические характеристики насаждений (сумма площадей сечения стволов, расстояние между рядами) имели следующий вид:

lgP = a0 + a1lgD + a2lgH (1)

lgP = a0 + a1lgD + a2lgH + a3lg(УG) (2)

lgP = a0 + a1lgD + a2lgH + a3lgl (3)

Коэффициенты корреляции по всем моделям близки к 1 (0,992…0,940), коэффициенты детерминации получены в пределах от 0,884 до 0,985. Однако, определяющие факторы значимы не для каждой фракции фитомассы. На фитомассу всего дерева на значимом уровне не оказывали влияния высота и сумма площадей сечения, на фитомассу хвои - сумма площадей сечения и расстояние между рядами, на фитомассу ствола - расстояние между рядами.

При включении в уравнение (1) дополнительно текущей густоты насаждения (N), оказалось, что этот фактор значим на заданном уровне (б=0,05) лишь для фракции хвоя, а при построении обобщённой модели уравнений (2) и (3) вида lgP = a0 + a1lgD + a2lgH + a3lg(УG) + a4lgl прослеживались те же тенденции, что и в отдельных моделях.

Анализ построенных зависимостей показал, что диаметр и высота влияют на фитомассу всех основных фракций, сумма площадей сечения на фитомассу ствола и скелета кроны, текущая густота на фитомассу хвои. На основании вышеизложенного было рассчитано уравнение, включающее в себя как основные объёмообразующие признаки дерева (D и H), так и факторы, характеризующие полноту насаждения (N и УG):

lgP = a0 + a1lgD + a2lgH + a3lgN+ a4lg(УG) (4)

Предложенная модель характеризуется высокими коэффициентами корреляции и детерминации. Около 89…99 % общей вариации фракций фитомассы объясняется вариацией факторных признаков. Для фракции ствол значимы все определяющие факторы, вариабельность скелета кроны не определяется текущей густотой насаждения, хвои - высотой дерева. Как и в предыдущих моделях, вариабельность общей фитомассы дерева зависит только от диаметра ствола.

Стандартные ошибки всех предложенных уравнений находились в пределах от 0,074 до 0,223 (для линейных функций (lg P)), в переводе в весовые меры (для кривых (Р)) они составляли от 1,0 до 3,1 кг. Преимущественно основные ошибки уравнений (для кривой) возрастали в следующем порядке: хвоя, ствол, ветви, всего дерева.

Для практических целей необходимы упрощённые регрессионные уравнения и составленные на их основе таблицы выхода фитомассы с двумя входами - диаметром и высотой (Усольцев, 1985). Используя экспериментальные данные 111 модельных деревьев нами по уравнению (1) была составлена нормативная таблица выхода фитомассы (в абсолютно-сухом состоянии) для сосняков искусственного происхождения I класса возраста в Брянском лесном массиве (таблица 4).

Анализ норматива (таблица 5) показал, что различия по фракции ствол составляли от 2 до 19%, по фракции скелет кроны - от 6 до 104%, по хвое - от 0,4 до 61%, что близко к данным Г.Г. Терехова и В.А. Усольцева (2008) для молодняков ели сибирской. Таким образом, наш норматив может быть использован для практических работ.

Таблица 4 - Фрагмент таблицы для определения фитомассы деревьев в абсолютно сухом состоянии в культурах сосны I класса возраста по высоте и диаметру ствола, кг

Диаметр, см

Фракция фитомассы

Высота дерева, м

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

1

ствол в коре

0,03

0,05

0,07

0,10

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

скелет кроны

0,06

0,03

0,02

0,01

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

хвоя

0,06

0,03

0,02

0,01

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Всего дерева

0,15

0,12

0,11

0,12

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

1,5

ствол в коре

-

0,10

0,13

0,17

0,21

-

-

-

-

-

-

-

-

-

скелет кроны

-

0,11

0,07

0,05

0,04

-

-

-

-

-

-

-

-

-

хвоя

-

0,11

0,07

0,05

0,04

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Всего дерева

-

0,32

0,27

0,27

0,28

-

-

-

-

-

-

-

-

-

2

ствол в коре

-

-

0,20

0,26

0,32

0,43

0,55

-

-

-

-

-

-

-

скелет кроны

-

-

0,18

0,13

0,09

0,06

0,04

-

-

-

-

-

-

-

хвоя

-

-

0,16

0,11

0,09

0,05

0,04

-

-

-

-

-

-

-

Всего дерева

-

-

0,54

0,50

0,49

0,54

0,63

-

-

-

-

-

-

-

3

ствол в коре

-

-

-

0,46

0,56

0,77

0,99

1,21

-

-

-

-

-

-

скелет кроны

-

-

-

0,49

0,36

0,22

0,15

0,11

-

-

-

-

-

-

хвоя

-

-

-

0,38

0,28

0,18

0,13

0,10

-

-

-

-

-

-

Всего дерева

-

-

-

1,33

1,21

1,18

1,27

1,42

-

-

-

-

-

-

4

ствол в коре

-

-

-

-

0,85

1,17

1,50

1,83

2,17

-

-

-

-

-

скелет кроны

-

-

-

-

0,94

0,58

0,40

0,30

0,23

-

-

-

-

-

хвоя

-

-

-

-

0,67

0,43

0,30

0,23

0,18

-

-

-

-

-

Всего дерева

-

-

-

-

2,46

2,18

2,20

2,35

2,57

-

-

-

-

-

5

ствол в коре

-

-

-

-

-

1,61

2,06

2,52

2,99

3,46

-

-

-

-

скелет кроны

-

-

-

-

-

1,22

0,84

0,62

0,48

0,38

-

-

-

-

хвоя

-

-

-

-

-

0,83

0,59

0,44

0,35

0,28

-

-

-

-

Всего дерева

-

-

-

-

-

3,67

3,49

3,58

3,82

4,13

-

-

-

-

6

ствол в коре

-

-

-

-

-

2,10

2,68

3,28

3,88

4,49

5,11

-

-

-

скелет кроны

-

-

-

-

-

2,24

1,55

1,14

0,88

0,71

0,58

-

-

-

хвоя

-

-

-

-

-

1,43

1,01

0,76

0,60

0,49

0,41

-

-

-

Всего дерева

-

-

-

-

-

5,77

5,24

5,18

5,36

5,69

6,10

-

-

-

Таблица 5 - Результаты сравнительной оценки массы фракций модельных деревьев, взятых в 12-летних культурах сосны (ПП №2)

Характеристика модельных деревьев

Фитомасса по нормативу, кг

Различия в % к массе модельного дерева

Диаметр, см

Высота, м

Фитомасса, кг

Ствол

Скелет кроны

Хвоя

Ствол

Скелет кроны

Хвоя

Ствол

Скелет кроны

Хвоя

2,3

3,4

0,54

0,34

0,11

0,44

0,12

0,11

-18,5

-64,9

-3,7

3,4

4,2

0,95

0,42

0,17

0,97

0,31

0,25

2,3

-25,5

42,3

4,1

4,2

1,44

0,29

0,34

1,28

0,58

0,43

-11,3

103,6

25,6

4,9

4,7

1,90

0,72

0,57

1,86

0,88

0,62

-2,0

23,2

7,3

6,3

5,6

3,37

1,03

1,52

3,22

1,53

0,99

-4,2

48,5

-34,5

6,9

5,9

4,47

1,61

0,95

3,95

1,85

1,17

-11,5

15,2

23,3

8,4

6,9

5,98

3,43

1,05

6,14

2,81

1,68

2,7

-18,1

60,9

9,4

6,5

7,56

4,78

2,12

6,79

4,48

2,56

-10,1

-6,3

20,8

10,4

7,8

10,13

5,40

2,63

9,57

4,66

2,62

-5,5

-13,7

-0,4

12,8

6,8

11,46

6,13

3,63

11,22

11,50

5,90

-2,1

87,5

62,7

РЕГРЕССИОННЫЕ МОДЕЛИ ДЛЯ КУЛЬТУР СОСНЫ К ВОЗРАСТУ СПЕЛОСТИ

Анализ уравнения вида lgP = a0 + a1lgD + a2lgH (1) показал, что если диаметр значим на заданном уровне для всех фракций фитомассы, то высота к 83-летнему возрасту определяет вариабельность только стволовой части дерева (б=0,05) и фитомассы всего дерева в целом (б=0,06) (таблица 6). Для фракций ствол и всего дерева уравнение характеризуется высокими коэффициентами корреляции и детерминации, стандартные ошибки составляли соответственно 0,049 (51 кг) и 0,052 (61 кг) или 11% и 13% от среднего, критическое значение критериев Стьюдента - |2,08| при б=0,05 и |1,99| при б=0,06. Вариацией диаметра и высоты дерева объясняется 97% вариации фитомассы ствола и всего дерева в целом.

Таблица 6 - Статистическая характеристика уравнения (1) для фитомассы ствола и общей фитомассы дерева в возрасте спелости

Фракция фитомассы

Значение коэффициентов уравнений (числитель) и критериев Стьюдента (знаменатель)

Значение коэфф. детерминации

(числитель) и корреляции

(знаменатель)

Значение ошибок уравнений (стандартных ошибок)

а0

а1

а2

R2

SE

t0

t1

t2

R

Ствол

в коре

-1,567

2,068

0,777

0,969

0,049

-4,39

13,48

2,25

0,984

Всего

дерева

-1,545

2,089

0,753

0,965

0,052

-4,05

12,72

2,04

0,982

При включении в уравнение (1) дополнительных факторов, характеризующих полноту насаждения (сумма площадей сечения стволов и текущая густота), было установлено их влияние на фитомассу фракций кроны, высота, как и прежде, оказалась значима (на 95% уровне) лишь для фитомассы ствола. Исходя из этого, были предложены модели подеревной оценки фитомассы фракций скелет кроны и хвоя с использованием показателей D, N, УG (уравнения 5, 6). Высоту дерева из этих уравнений исключили.

lgP = a0 + a1lgD + a2lgN (5)

lgP = a0 + a1lgD + a2lg(УG) (6)

Вариацией факторных признаков (диаметр дерева, текущая густота насаждения, сумма площадей сечения стволов) объясняется от 56 до 68% вариации фитомассы фракций кроны. Уравнение (6) имеет более высокие коэффициенты детерминации, различия составляли по фракции скелет кроны 1,2 %, по фракции хвоя 16,6 %. Эти данные свидетельствуют о лучшей аппроксимации фитомассы хвои от абсолютной полноты по сравнению с текущей густотой насаждения. Коэффициенты корреляции составляли от 0,75 до 0,82. Стандартные ошибки предложенных уравнений находились в пределах от 0,214 до 0,278 (для линейных функций), в переводе в весовые меры (для кривых), они составляли 3,0…3,5кг (хвоя) и 13,3…13,9 кг (скелет кроны).

На основании экспериментальных данных 24 модельных деревьев и рассчитанного по ним уравнения вида lgP = a0 + a1lgD + a2lgH были составлены таблицы выхода фитомассы стволовой части отдельного дерева и общей фитомассы дерева (таблица 7) в абсолютно-сухом состоянии для сосняков искусственного происхождения V класса возраста в Брянском лесном массиве.

Различия между эмпирическими данными фитомассы и данными нормативов при оценке массы стволовой части и общей фитомассы отдельных деревьев в культурах сосны к возрасту спелости составляли 3…18%.

При помощи однофакторного уравнения регрессии вида lgP = lg(a0) + a1lgD была составлена таблица для учёта фитомассы скелета кроны, хвои, коры ствола в спелых насаждениях сосны.

Таблица 8 - Выход фитомассы отдельных фракций средних деревьев по ступеням толщины в абсолютно сухом состоянии в культурах сосны V класса возраста, кг

Фракция

фитомассы

Ступени толщины, см

20

24

28

32

36

40

44

Скелет кроны

3,92

6,42

9,74

13,98

19,21

25,54

33,05

Хвоя

1,44

2,12

2,93

3,88

4,98

6,22

7,60

Кора ствола

8,75

11,57

14,65

17,97

21,52

25,28

29,25

При сравнении запасов надземной фитомассы фракций скелет кроны, хвоя, кора ствола полученных для отдельного насаждения эмпирическим путём и с использованием норматива (таблица 8), было установлено, что различия по массе составляют от 23 (кора ствола) до 51% (хвоя).

Таблица 7 - Выход фитомассы отдельных деревьев в абсолютно сухом состоянии в культурах сосны V класса возраста в зависимости от высоты и диаметра ствола, кг

Диаметр, см

Высота дерева, м

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

18

122,76

126,93

131,07

135,16

139,21

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

20

152,98

158,19

163,34

168,44

173,49

178,50

183,45

-

-

-

-

-

-

-

-

22

186,69

193,05

199,34

205,56

211,72

217,83

223,88

229,87

235,82

-

-

-

-

-

-

24

223,91

231,54

239,08

246,54

253,93

261,26

268,51

275,70

282,83

289,90

-

-

-

-

-

26

264,67

273,68

282,60

291,42

300,16

308,81

317,39

325,89

334,32

342,67

-

-

-

-

-

28

-

319,52

329,93

340,23

350,43

360,53

370,54

380,46

390,30

400,06

409,74

419,35

-

-

-

30

-

-

-

392,98

40...


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.