УДК 630*531

ФИТОМАССА ХВОИ С УЧЕТОМ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕРЕВЬЕВ В СОСНОВЫХ ДРЕВОСТОЯХ

Вайс Андрей Андреевич
ФГБОУ ВО Сибирский государственный технологический университет
доктор сельскохозяйственных наук, доцент кафедры лесной таксации, лесоустройства и геодезии

Аннотация
Применение общих нормативов с использованием стандартных распределений деревьев приводит к значительному различию в данных о фитомассе хвои. При этом следует отметить, что максимальная разница не превышает 70% для максимально полных древостоев, а для модальных насаждений отличие в среднем составляет 15%. Влияние строения в определении фитомассы хвои составляет в среднем 15-20%. Результаты показывают, что для достоверных оценок фитомассы необходимо использовать местные нормативы, которые в большей степени учитывают закономерности распределения деревьев и величину веса хвои отдельного дерева.

Ключевые слова: норматив, ряд распределения, сосна обыкновенная, строение, фитомасса, хвоя


THE PHYTOMASS OF NEEDLES TAKING INTO ACCOUNT DISTRIBUTION OF TREES IN PINE FOREST STANDS

Weis Andrey Andreevich
FGBOU VO Sibirsky state technological university
doctor of agricultural sciences, associate professor of forest valuation, forest management and geodesy

Abstract
Application of the general standards with use of standard distributions of trees results in considerable distinction in data on the phytomass of needles. Thus it should be noted that the maximum difference doesn't exceed 70% for the fullest forest stands, and for modal plantings difference averages 15%. Influence of a structure in determination of phytomass of needles averages 15-20%. Results show that for reliable estimates of phytoweight it is necessary to use local standards which more consider regularities of distribution of trees and the size of weight of needles of a separate tree.
Keywords: phytoweight, needles, standard, number of distribution, structure, pine ordinary

Рубрика: Лесное хозяйство

Библиографическая ссылка на статью:
Вайс А.А. Фитомасса хвои с учетом распределения деревьев в сосновых древостоях // Сельское, лесное и водное хозяйство. 2015. № 6 [Электронный ресурс]. URL: http://agro.snauka.ru/2015/06/2454 (дата обращения: 19.11.2016).

Введение. В последние годы планомерно растет объем исследований, связанных с изучением биологической продуктивности (фитомассы) насаждений. Интерес к этому вопросу связан с изучением бюджета углерода территории лесного фонда. Но при этом проблема точности оценки остается открытой. Эмпирический материал, используемый для расчетов различен по объему, качеству и структуре (фракционный анализ, модельные деревья, пробные площади, пробные площадки, строение древостоя, конверсионные коэффициенты и т.д.). Всё это, безусловно, сказывается на величине оцениваемой фитомассы.
Нормативно-справочной базой для проведения прикладных исследований являются модели и таблицы биопродуктивности для основных лесообразующих пород Северной Евразии, составленные профессором А.З. Швиденко и другими [1]. Большой вклад в изучение фитомассы насаждений внёс профессор В.А. Усольцев [2]. Концепция устойчивого лесоуправления требует от исследователей многоцелевого подхода. Р.Д. Василишин для территории Украины составил таблицы биологической и энергетической продуктивности чистых и смешанных модальных еловых насаждений Карпат. Автор указывает, что нормативы отражают динамические процессы аккумулирования энергии в компонентах фитомассы исследуемых насаждений и могут использоваться в лесоустройстве для прогнозирования объемов энергетического древесного сырья [3].
В.А. Усольцев и другие [4] изучили особенности применения унифицированных аллометрических уравнений на примере сосны и березы. Исследователи отмечают, что при моделировании фитомассы дерева наибольшее значение в формирование ошибки оказывают структура модели и ошибка верификации уравнений. В этой же публикации авторы говорят о выраженной вариабельности фитомассы крон, что не позволило использовать обобщенные аллометрические уравнения для определения фитомассы.
Ю.В. Карпечко, Н.А. Мясникова [5] выявили, что с улучшением качества условий местопроизрастания (бонитета) увеличивается концентрация азота в потребляемой древостоем воде и снижается удельная масса хвои (отношение всей массы хвои к приросту фитомассы). При этом изменение количества всей массы хвои древостоя зависит в значительной степени от его возраста. Для молодого и средневозрастного древостоя характерно увеличение массы хвои. В спелом и перестойном древостое эта тенденция может нарушиться. Е.В. Кох [6] под руководством профессора В.А. Усольцева изучила вертикальную структуру фитомассы в сосняках искусственного происхождения. Установлено, что содержание сухого вещества в хвое с увеличением возраста дерева от 20 до 50 лет повышается на 14-15 %. Кроме возраста дерева на изменчивость содержания сухого вещества влияют высота и средний диаметр насаждения. Средние значения сухого вещества в хвое 47,0±0,25%.
А.И.Старцев [7] изучил взаимосвязь фитомассы хвои с таксационными показателями древостоев сосны в зоне хвойно-широколиственных лесов. Масса хвои деревьев сосны тесно связана с диаметром и протяженностью крон деревьев. В логарифмическом масштабе такая зависимость имеет линейный характер. В другой своей статье ученый [8] отмечает значительное завышение фитомассы компонентов крон деревьев сосны применительно к лесам Нижегородской области, что обуславливает разработку региональных таблиц. Автор разработал таблицы на основе статистической модели, которая может использоваться при таксации лесосек методами сплошного и ленточного перечётов для определения массы компонентов крон. З.Я. Нагимов [9] отмечает высокую корреляцию фракций фитомассы и таксационных показателей деревьев и древостоев. В частности массы крон и хвои с относительной площадью сечения (G1.3/H) и диаметром кроны. Выявлено, что масса кроны у деревьев одинакового возраста и диаметра понижается с увеличением их высоты. Это объясняется тем, что при прочих равных условиях деревья одинаковой толщины в густых древостоях выше, чем в редких. У деревьев одинаковых размеров масса всех фракций кроны закономерно уменьшается с возрастом, что можно объяснить возрастным изменением рангового положения дерева. Н.Ф. Каплина [10] провела оценку фитомассы сосновых и дубовых древостоев по литературным, полевым и нормативным данным, используя деструктивный метод. Автор указывает на важность фитомассы хвои (листвы) с точки зрения устойчивости этого показателя и развития методов дистанционного зондирования. Однако в оценках фитомассы хвои (листвы) наблюдались значительные различия. Анализ научных публикаций позволяет констатировать следующие предварительные выводы: нормативы биологической продуктивности постоянно видоизменяются, исходя из задач стоящих перед лесным хозяйством (фитомасса – углерод – биоэнергетика); фитомасса крон по одним данным является выраженным вариабельным параметром [4,5,9], с другой точки зрения масса хвои – это один из самых устойчивых показателей [8,10]; на массу хвои оказывают влияние следующие таксационные характеристики древостоя: возраст, средний диаметр и средняя высота; на уровне отдельного дерева фитомасса кроны тесно связана с диаметром ствола, диаметром кроны, протяженностью кроны, высотой и возрастом.
Экспериментальные исследования. Целью исследования является изучение влияния строения сосновых древостоев на фитомассу крон с позиций региональных нормативов, и сравнение полученных результатов с наиболее распространенными всеобщими таблицами биологической продуктивности.
За основу были взяты нормативы, составленные профессором В.В. Голиковым и С.Н. Стародубцевой [11]. Исследования проводились в двух лесхозах (лесничествах): Манзенском Красноярского края и в Костинском Иркутской области. Модели общим числом 300 штук были взяты в сосняках бруснично-разнотравных и сосняках брусничниковых. Авторы выявили следующую закономерность: протяженность охвоённой части кроны находится в прямой зависимости от толщины дерева и в обратной – от полноты насаждения. Вес хвои одного дерева возрастает с увеличением его толщины. С изменением полноты древостоя масса хвои одного дерева уменьшается (таблица 1).
С целью оценки роли строения фитомассы крон были использованы стандартные (нормативные) ряды распределения по диаметру без учета фактора полноты, поскольку оптимальными входными переменными при анализе строения следует брать возраст древостоя или средний диаметр.
Исходными рядами распределения являлись ряды распределения по диаметру, составленные для нормальных однородных сосновых насаждений М.М. Орловым [12]; таблицы распределения количества стволов по ступеням толщины в разновозрастных сосновых насаждениях, составленные С.С. Шаниным [13]; стандартные нормативы рядов распределения одновозрастных насаждений, разработанные А.В. Тюриным [14]. Обобщенная информация представлена в таблице 2.
В качестве сравниваемых данных были взяты таблицы хода роста сосновых насаждений [1]: полные сосновые насаждения (возраст – 130 лет, бонитет – 3, средний диаметр – 30,1 см, фитомасса хвои -5,7 т/га, число деревьев -547 шт/га); полные сосновые древостои лесостепных, подтаежных горных экорегионов юга Западной Сибири (возраст – 80 лет, бонитет – 2, фитомасса хвои -7,0 т/га, число деревьев -705 шт/га); модальные сосновые древостои автоморфных типов леса таежных экорегионов Сибири (возраст – 130 лет, бонитет – 3, средний диаметр – 29,9 см, фитомасса хвои -7,3 т/га, число деревьев -320 шт/га).
Перевод веса хвои из свежесрубленного состояния в сухое выполнен с помощью коэффициента 0,455 [15]. Результаты сравнения итоговой фитомассы, вычисленной с учетом различных стандартных рядов распределения и данными всеобщих таблиц, приведены в таблице 3.

Таблица 1- Средний вес свежесобранной хвои в кг у деревьев различной толщины в зависимости от сомкнутости насаждений (по В.В. Голикову и С.Н. Стародубцевой [11])

Диаметр на высоте груди, см

Сомкнутость древесного полога

0,8 и выше

0,6-0,7

до 0,5

вес хвои в кг

4

0,9

3,5

6,7

8

3,9

7,3

12,9

12

7,0

12,2

19,5

16

11,3

17,7

27,9

20

16,3

24,4

36,6

24

22,1

32,6

45,1

28

28,6

41,4

54,5

32

36,3

49,4

64,0

36

44,4

58,8

74,1

40

54,3

69,8

85,4

44

64,6

80,8

94,6

46

76,3

92,2

105,8

52

87,0

103,7

114,9

56

100,6

114,4

125,0

60

114,4

126,6

137,3

Таблица 2 – Стандартные ряды распределения числа деревьев по диаметру (%) (фрагмент)

Средний диаметр, см

Ступень толщины, см

12

16

20

24

28

32

36

40

44

48

52

56

60

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Распределение % деревьев в зависимости от среднего диаметра по А.В. Тюрину

26

0,2

2,9

12,8

23,6

24,8

19,0

11,0

5,7

-

-

-

-

-

28

0,1

1,5

7,8

17,9

24,4

20,8

15,7

8,6

2,9

0,3

-

-

-

30

-

0,8

4,7

12,6

21,4

21,8

18,1

11,7

6,9

2,0

-

-

-

32

-

0,3

2,7

8,6

17,3

21,4

19,8

14,5

9,8

4,0

1,3

0,3

-

36

-

-

0,9

2,9

9,8

15,4

19,1

17,0

13,8

10,2

5,8

2,7

1,4

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Распределение % деревьев в сосновых насаждениях, составленные доцентом Тарашкевичем

26

6

12

17

20

18

12

7

5

2

-

-

-

-

28

1

10

15

18

20

15

10

5

2

1

-

-

-

30

2

7

12

17

19

17

13

8

4

1

-

-

-

32

-

3

8

15

18

19

17

12

5

2

1

-

-

36

-

-

4

9

14

18

19

15

11

6

3

1

-

Распределение % деревьев в разновозрастных сосновых насаждениях по С.С. Шанину

26

7

12

17

21

19

13

7

3

1

-

-

-

-

28

5

8

18

18

18

17

10

5

2

1

-

-

-

30

3

7

12

17

18

16

13

8

3

2

1

-

-

32

2

6

10

13

17

16

15

10

6

3

1

1

-

36

1

4

6

10

13

14

16

13

10

6

4

2

1

Сравнительный анализ показал следующее (таблица 3). Величина варьирования разницы в фитомассе хвои меняется от -17,8 до +66,7%. При этом минимальное отличие наблюдалось для полных сосновых древостоев по всеобщей таблице хода роста. Объяснить это можно как усредненностью данных норматива, так и стандартностью рядов распределений. Затем идут модальные сосновые древостои, что связано со структурными особенностями таких насаждений. Далее, полные сосновые древостои подтаежных экорегионов юга Западной Сибири. Максимальная разница выражена у полных сосновых древостоев Центральной и Восточной Сибири. По рядам распределения определенной и ясной картины о разнице в оценках фитомассы не наблюдалось.
Таким образом применение общих нормативов с использованием стандартных распределений деревьев приводит к значительному различию в данных о фитомассе хвои. При этом следует отметить, что максимальная разница не превышает 70% для максимально полных древостоев, а для модальных насаждений отличие в среднем составляет 15%. Влияние строения в определении фитомассы меняется в пределах 16,8-21,3%, то есть составляет в среднем 15-20%. Результаты показывают, что для достоверных оценок фитомассы необходимо использовать местные нормативы, которые в большей степени учитывают закономерности распределения деревьев в древостоях по диаметру и величину веса хвои отдельного дерева.

Таблица 3 – Сравнение данных фитомассы хвои, рассчитанных по весу хвои отдельного дерева и стандартному распределению деревьев в сосновых насаждениях различной структуры и строения

 

Категория

насаждений

Ряды

Ряды

Ряды

по М.М Орлову

по А.З. Шви-денко

разни-ца,

%

по А.В. Тюрину

по А.З. Шви-денко

разни-ца,

%

по С.С. Шанину

по А.З. Шви-денко

разни-ца,

%

Полные сосновые древостои (N=517 шт/га)

7,8

7,9

-1,3

8,9

7,9

+12,7

7,0

7,9

-11,4

Полные сосновые древостои Центральной и Восточной Сибири (N=547

шт/га

7,8

5,7

+36,8

9,5

5,7

+66,7

8,0

5,7

+40,4

Полные сосновые древостои лесостепных, подтаежных экорегионов юга Западной Сибири (N=705

шт/га

8,2

7,0

+17,1

9,5

7,0

+35,7

7,9

7,0

+12,9

Модальные сосновые древостои автоморфных типов леса таежных экорегионов Сибири (N=320

шт/га

6,4

7,3

-12,3

7,4

7,3

+1,4

6,0

7,3

-17,8


Библиографический список
  1. Швиденко А.З., Щепащенко Д.Г., Нильсон С., Булуй Ю.И. Таблицы и модели ходароста и продуктивности насаждений основных лесообразующих пород Северной Евразии (нормативно-справочные материалы). М.: Московская типография №6. 2008. 887с.
  2. Усольцев В.А. Биологическая продуктивность лесов Северной Евразии. Екатеринбург: УРО РАН. 2007. 636 с.
  3. Василишин Р.Д. Биологическая и энергетическая продуктивность естественных еловых насаждений Украинских Карпат // Сибирский лесной журнал. 2014. №5. с. 122-131.
  4. Усольцев В.А. [и другие]. О возможности использования унифицированных аллометрических уравнений фитомассы деревьев // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2012. №3(89). с. 37-40.
  5. Карпечко Ю.В., Мясникова Н.А. Особенности формирования листового аппарата и транспирации хвойного древостоя // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. 2014. №4. с. 78-84.
  6. Кох Е.В. Вертикальная структура фитомассы в сосняках искусственного происхождения: автореферат диссерт. на соискание уч. ст. канд. сельск. наук по спец. 06.03.02 – Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация. Екатеринбург: УГЛУ. 2013. 24 с.
  7. Старцев А.И. Взаимосвязь фитомассы хвои с таксационными показателями древостоев сосны в зоне хвойно-широколиственных лесов // Лесной комплекс: матер. междун. науч.-техн. интернет конф. 2004. Режим доступа http://science-bsea.bgita.ru/2004/leskomp …starcev.htm. Время доступа 28.04.2015.
  8. Старцев А.И. Фитомасса крон деревьев сосны обыкновенной в зонах смешанных и широколиственных лесов // Лес-2005: междун. науч.-техн. интернет. конф. 2005. Режим доступа http://science-bsea.bgita.ru/2005/дуы_2005/starcev_fitomassa.htm. Время доступа 28.04.2015.
  9. Нагимов З.Я., Суставова О.В. Особенности формирования надземной фитомассы деревьев в искусственных сосняках степного Зауралья // ИВУЗ. Лесной журнал. 2006. №1. с. 9-14.
  10. Каплина Н.Ф. Фитомасса древостоев сосны и дуба центра Европейской России (сравнение с литературными полевыми и нормативными оценками) // Резервуары и потоки углерода в лесных и болотных экосистемах бореальной зоны: тезисы докл. междун. научн. конф. Сыктывкар. 2011. с. 51-52.
  11. Голиков В.В., Стародубцева С.Н. Учет хвои сосны обыкновенной // Лесная таксация и лесоустройство: межвуз. сб. науч. тр. вып. 7. Красноярск: СТИ. 1978. с. 59-72.
  12. Орлов М.М. Лесная вспомогательная книжка для таксации и технических расчетов. 8-е изд. Москва-Ленинград: ГИСИКК. 1931. 775 с.
  13. Справочное пособие по таксации и устройству лесов Сибири. Под ред. Г.П. Мотовилова. Красноярск: Красноярский рабочий. 1966. 378 с.
  14. Тюрин А.В., Науменко И.М., Воропанов П.В. Лесная вспомогательная книжка. Ленинград: Гослесбумиздат. 1956. 532 с.
  15. Грошев Б.И., Мороз П.И., Сеперович И.П., Синицын С.Г. Лесотаксационный справочник. Москва: Лесная промышленность. 1973. 208 с.


Все статьи автора «Вайс Андрей Андреевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: