РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ГОДИЧНОЙ ПРОДУКЦИИ ФИТОМАССЫ ЛИСТВЕННИЧНИКОВ
Усольцев В. А., Фимушин А. Б., Колтунова А. И.
(УГЛТА, Екатеринбург, РФ)
A method of combining regional models of larch primary production with foliage biomass age trends obtaining on the biomass database of 390 plots is developed. The primary production models have foliage biomass as an independent variable.
Роль лесов в поддержании глобального углеродного баланса и климата определяется интенсивностью связывания ими атмосферной углекислоты, или годичной продукцией фитомассы. Лиственница – наиболее распространенная порода Северной Евразии, однако фактические данные о ее годичном (текущем) приросте, или первичной продукции, представлены сегодня всего 20 пробными площадями, что во много крат меньше базы данных о запасах фитомассы лиственничников (390 пробных площадей). Подход, при котором фитомасса оценивается как функция массоопределяющих показателей, неприменим при моделировании ее годичного прироста: база данных в последнем случае слишком мала, она практически одного порядка с числом регрессоров, что приводит к неустойчивым оценкам моделей. В качестве альтернативного варианта, по крайней мере для листопадных видов, мы предлагаем оценивать первичную продукцию стволов, ветвей, корней и нижних ярусов как функцию массы хвои, представляющей у лиственницы ее годичную продукцию. В качестве базовых использованы возрастные тренды массы хвои, полученные для 26 регионов Северной Евразии на материале 390 пробных площадей (Усольцев, 2001).
Теоретической основой нашего подхода послужила известная с XIX века взаимосвязь массы ассимиляционного аппарата с количеством депонируемых в фитомассе ассимилятов в виде ее текущего прироста. При расчете регрессионных моделей годичной продукции стволов, ветвей, корней, нижних ярусов (соответственно ZPST, ZPB, ZPR, ZPU), т/га/год, в качестве исходной независимой переменной взята не совокупность массообразующих показателей (Усольцев, 1998) и тем более не единственный из них - возраст древостоя (Замолодчиков, Уткин, 2000), а годичная продукция хвои, представленная у листопадных ее наличным запасом (PF , т/га):
lnZPi = f(lnPF), (1)
где ZPi – текущий годичный прирост i-й фракции фитомассы, т/га/год. Для разных фракций фитомассы использован рекурсивный принцип, согласно которому зависимая переменная предыдущего уравнения в их «цепочке» входит в последующее в качестве независимой переменной (Усольцев, 1998) и система имеет общий вид: lnZPi = f (lnPF, ln ZPST). (2)
Экспериментальные данные первичной продукции фитомассы лиственничников нанесены на схему зонально-провинциального деления территории Евразии и сгруппированы в семь регионов, представленных в уравнениях соответствующими блоковыми переменными (X0,….,Х6), по Дрейперу и Смиту (1973): lnZPi = f(X0,…., Х6, lnPF, ln ZPST), (3)
Полученные уравнения объясняют 78-99 % изменчивости зависимой переменной, что свидетельствует об их высокой адекватности.
Рекурсивная цепочка уравнений (3) протабулирована по возрастным трендам массы хвои в последовательности: ZPST → ZPB → ZPR → ZPU . Полученные результаты сведены в таблицу.
Таблица- Возрастная динамика первичной продуктивности лиственничников (т/га/год) по регионам Северной Евразии
|
А, лет |
Годичный прирост фитомассы по фракциям |
||||||
|
PF |
ZPST |
ZPB |
Надземная |
ZPR |
ZPU |
Итого |
|
|
Средне-Европейская провинция |
|||||||
|
10 |
3,22 |
4,05 |
0,18 |
7,45 |
0,53 |
0,76 |
8,74 |
|
20 |
3,46 |
4,32 |
0,19 |
7,97 |
0,56 |
0,77 |
9,30 |
|
40 |
3,61 |
4,49 |
0,19 |
8,29 |
0,57 |
0,77 |
9,63 |
|
60 |
3,59 |
4,46 |
0,19 |
8,24 |
0,57 |
0,77 |
9,58 |
|
100 |
3,44 |
4,29 |
0,19 |
7,92 |
0,56 |
0,77 |
9,25 |
|
200 |
2,96 |
3,75 |
0,17 |
6,88 |
0,51 |
0,76 |
8,15 |
|
360 |
2,40 |
3,10 |
0,14 |
5,64 |
0,44 |
0,75 |
6,83 |
|
Скандинавско-Русская провинция |
|||||||
|
10 |
8,06 |
8,26 |
3,19 |
19,51 |
0,96 |
0,37 |
20,84 |
|
20 |
8,63 |
8,79 |
3,35 |
20,77 |
1,00 |
0,37 |
22,14 |
|
40 |
8,96 |
9,10 |
3,44 |
21,50 |
1,02 |
0,37 |
22,89 |
|
60 |
8,90 |
9,04 |
3,42 |
21,36 |
1,02 |
0,37 |
22,75 |
|
100 |
8,49 |
8,66 |
3,31 |
20,46 |
0,99 |
0,37 |
21,82 |
|
200 |
7,31 |
7,56 |
2,98 |
17,85 |
0,90 |
0,37 |
19,12 |
|
360 |
5,89 |
6,22 |
2,56 |
14,67 |
0,78 |
0,36 |
15,81 |
|
Заволжская и Красноярская лесостепь |
|||||||
|
10 |
3,82 |
5,44 |
1,81 |
11,07 |
3,08 |
0,31 |
14,46 |
|
20 |
3,91 |
5,56 |
1,84 |
11,31 |
3,13 |
0,31 |
14,75 |
|
40 |
3,92 |
5,57 |
1,84 |
11,33 |
3,13 |
0,31 |
14,77 |
|
60 |
3,84 |
5,47 |
1,82 |
11,13 |
3,09 |
0,31 |
14,53 |
|
100 |
3,60 |
5,16 |
1,74 |
10,50 |
2,97 |
0,31 |
13,78 |
|
200 |
3,04 |
4,43 |
1,54 |
9,01 |
2,67 |
0,31 |
11,99 |
|
360 |
2,44 |
3,63 |
1,32 |
7,39 |
2,32 |
0,30 |
10,01 |
|
Средне-Сибирская провинция, горная лесотундра |
|||||||
|
10 |
0,50 |
0,58 |
0,05 |
1,13 |
0,38 |
1,66 |
3,17 |
|
20 |
0,48 |
0,56 |
0,05 |
1,09 |
0,37 |
1,65 |
3,11 |
|
40 |
0,46 |
0,54 |
0,05 |
1,05 |
0,36 |
1,65 |
3,06 |
|
60 |
0,44 |
0,52 |
0,05 |
1,01 |
0,35 |
1,65 |
3,01 |
|
100 |
0,40 |
0,47 |
0,05 |
0,92 |
0,33 |
1,62 |
2,87 |
|
200 |
0,33 |
0,40 |
0,04 |
0,77 |
0,29 |
1,62 |
2,68 |
|
360 |
0,26 |
0,32 |
0,03 |
0,61 |
0,25 |
1,58 |
2,44 |
|
Средняя и Восточная Сибирь, средняя тайга |
|||||||
|
10 |
2,13 |
0,65 |
0,14 |
2,92 |
0,46 |
0,35 |
3,73 |
|
20 |
2,12 |
0,65 |
0,14 |
2,91 |
0,45 |
0,35 |
3,71 |
|
40 |
2,08 |
0,64 |
0,14 |
2,86 |
0,45 |
0,35 |
3,66 |
|
60 |
2,02 |
0,62 |
0,13 |
2,77 |
0,44 |
0,35 |
3,56 |
|
100 |
1,87 |
0,58 |
0,13 |
2,58 |
0,42 |
0,35 |
3,35 |
|
200 |
1,57 |
0,50 |
0,11 |
2,18 |
0,38 |
0,35 |
2,91 |
|
360 |
1,25 |
0,40 |
0,09 |
1,74 |
0,32 |
0,34 |
2,40 |
|
Дальний Восток, Большой Хинган, южная тайга |
|||||||
|
10 |
1,48 |
1,97 |
0,14 |
3,59 |
1,97 |
1,93 |
7,49 |
|
20 |
1,46 |
1,95 |
0,14 |
3,55 |
1,95 |
1,93 |
7,43 |
|
40 |
1,41 |
1,89 |
0,13 |
3,43 |
1,91 |
1,93 |
7,27 |
|
60 |
1,36 |
1,83 |
0,13 |
3,32 |
1,86 |
1,92 |
7,10 |
|
100 |
1,25 |
1,69 |
0,12 |
3,06 |
1,77 |
1,91 |
6,74 |
|
200 |
1,04 |
1,43 |
0,11 |
2,58 |
1,57 |
1,88 |
6,03 |
|
360 |
0,83 |
1,17 |
0,09 |
2,09 |
1,36 |
1,86 |
5,31 |
|
Японские острова, широколиственные и субтропические леса |
|||||||
|
10 |
2,29 |
3,74 |
2,25 |
8,28 |
1,64 |
0,54 |
10,46 |
|
20 |
2,42 |
3,93 |
2,33 |
8,68 |
1,69 |
0,54 |
10,91 |
|
40 |
2,49 |
4,04 |
2,39 |
8,92 |
1,73 |
0,55 |
11,20 |
|
60 |
2,46 |
3,99 |
2,36 |
8,81 |
1,71 |
0,54 |
11,06 |
|
100 |
2,34 |
3,81 |
2,28 |
8,43 |
1,66 |
0,54 |
10,63 |
|
200 |
2,00 |
3,31 |
2,04 |
7,35 |
1,50 |
0,54 |
9,39 |
|
360 |
1,61 |
2,72 |
1,76 |
6,09 |
1,31 |
0,53 |
7,93 |
Таким образом, несмотря на ограниченность исходных данных о биопродуктивности лиственничников Северной Евразии, использование ранее выведенных на обширном исходном материале региональных возрастных трендов массы хвои, а также - физиологически обусловленных взаимосвязей последней с приростом различных нефотосинтезирующих фракций фитомассы, позволило вывести сопоставимые по регионам возрастные тренды первичной продукции. Установленные затем зонально-провинциальные закономерности последней находятся в соответствии с ранее выявленными региональными закономерностями распределения запасов фитомассы.
Предложенный подход может быть применен и к моделированию первичной продукции вечнозеленых видов, для чего уравнение (1) должно быть дополнено регрессионной зависимостью массы хвои текущего года от общего запаса хвои. Если исключить маргинальные подзоны – горную тундру и лесостепь, оставив лишь регионы лесной зоны Евразии, то обнаруживается обратно пропорциональная связь первичной продукции с индексом континентальности (по Хромову, 1957) с коэффициентами корреляции 0,85 по надземной и 0,87 – по общей фитомассе.