СТРУКТУРА НАДЗЕМНОЙ ФИТОМАССЫ ЕСТЕСТВЕННЫХ
молодняков И КУЛЬТУР СОСНы Челябинской области
Above-ground biomass structure of natural stands and plantations in the age from 10 to 40 years is compared.
В реализации концепции устойчивого развития значительное внимание уделяется снижению антропогенных выбросов наиболее обильного биогена – углерода и связыванию атмосферной углекислоты лесным покровом. Предполагают, что путем интенсивного лесоразведения можно скомпенсировать 11-15% антропогенных выбросов СО2 [1]. Лесные культуры, особенно молодые, связывают атмосферный углерод более интенсивно в сравнении с естественными насаждениями. Около 80 % атмосферного углерода, депонируемого в тропиках лесными культурами, приходится на первые два класса возраста [2]. Сравнению углерододепонирующей емкости естественных и искусственных молодняков сосны посвящена настоящая работа.
Катав-Ивановский лесхоз, на территории которого выполнены исследования, расположен в 300 км к западу от Челябинска, на западном склоне Южного Урала в поясе небольших сглаженных хребтов и входит в горно-таежный лесохозяйственный район. Климат континентальный, с максимумом температур +360 и минимумом –480С, среднегодовая температура +1,10С, количество осадков – 571 мм, продолжительность вегетационного периода – 160 дней, основной процесс почвообразования - подзолистый. Преобладают вейниково-разнотрав-ный и ягодниковый типы леса, средний класс бонитета - II.
Общая площадь лесного фонда лесхоза – 158 тыс. га, в том числе покрытая лесом – 144,5 тыс. га и площадь под лесными культурами – 5,6 тыс. га. Преобладающая порода – сосна обыкновенная, занимающая площадь 34,2 тыс. га, или 24%. На сосновые молодняки (I и II классы возраста) приходится 8,4 тыс. га, или около четверти всей площади сосняков.
Для оценки надземной фитомассы по общепринятой методике в чистых естественных и искусственных молодняках сосны заложены 10 пробных площадей (табл. 1). Подобраны наиболее характерные, типичные для лесхоза участки как естественных насаждений, так и культур (соответственно 5 и 5 проб). Модельные деревья взяты в количестве 5 (в естественных сосняках) или 3 шт. (в культурах) на каждой пробе, в пределах всего диапазона ступеней толщины. Масса ствола срубленного модельного дерева взвешивалась с предварительным распиливанием его на 10 равных отрезков. Масса хвои и ветвей (скелета кроны) дерева определена по каждой мутовке отдельно, при этом соотношение хвои и ветвей определялось по модельным ветвям. В результате получены данные о структуре надземной фитомассы 25 и 15 модельных деревьев соответственно в естественных молодняках и культурах в возрасте от 10 до 40 лет.
Таблица 1 – Таксационная характеристика пробных площадей
|
№ про-бы |
Воз-раст, лет |
Средние |
Густота, экз./га |
Сумма площадей сечений, м2/га |
Запас, м3/га |
Класс бони-тета |
|
|
Диаметр, см |
Высота, м |
||||||
|
Естественные молодняки |
|||||||
|
1е |
10 |
3,2 |
1,8 |
9750 |
7,84 |
10,5 |
III |
|
2е |
15 |
7,7 |
5,7 |
2345 |
10,9 |
76,6 |
II |
|
3е |
20 |
7,4 |
8,6 |
3100 |
13,3 |
89,2 |
II |
|
4е |
30 |
14,3 |
16,3 |
1024 |
16,5 |
127,6 |
II |
|
5е |
40 |
14,4 |
17,8 |
792 |
12,9 |
109,3 |
III |
|
Культуры |
|||||||
|
1к |
10 |
3,3 |
2,5 |
2260 |
1,93 |
6,3 |
II |
|
2к |
15 |
4,5 |
3,8 |
3100 |
4,93 |
9,1 |
II |
|
3к |
20 |
7,3 |
13,6 |
1415 |
5,92 |
30,9 |
III |
|
4к |
30 |
12,6 |
15,2 |
1524 |
19,0 |
87,1 |
II |
|
5к |
40 |
15,7 |
17,6 |
1040 |
20,1 |
202,5 |
II |
С целью выяснить возможности оценки фракционного состава фитомассы дерева по двум наиболее легко определяемым его показателям, а также выявить
степень достоверности различий в названном составе у естественных молодняков и культур при одних и тех же значениях названных показателей, по совокупности 40 определений фитомассы рассчитаны регрессионные уравнения:
ln Ps = a0 + a1 ln H + a2 ln D + X, (1)
ln Pf = a0 + a1 ln H + a2 ln D + X, (2)
ln Pb = a0 +a1 ln H + a2 ln Pf + X, (3)
где Ps, Pf и Pb – масса в свежесрубленном состоянии соответственно ствола, хвои и ветвей, кг; H – высота дерева, м; D – диаметр ствола на высоте груди, см; X – бинарная переменная, равная 0 для естественных сосняков и 1 – для культур; ln – обозначение натурального логарифма.
При расчете уравнений константа при Х оказалась со знаком минус в (1), со знаком плюс в (2) и со знаком минус в (3). Это означает, что при одних и тех же размерах ствола его масса в культурах несколько ниже, чем в естественных сосняках (вследствие меньшей полнодревесности), масса хвои при тех же условиях выше, а масса ветвей при одних и тех же диаметре и массе хвои – ниже, что согласуется с меньшей густотой культур в I классе возраста (пробные площади 1-3). Однако во II классе возраста соотношение густот меняется на обратное (пробные площади 4-5).
В итоге в уравнениях (1), (2) и (3) значимость констант при Х по Стьюденту оказалась равной соответственно –0,59, +1,51 и –0,65, что ниже стандартного значения, равного 2,0 и свидетельствует о недостоверности различий в структуре надземной фитомассы деревьев в естественных сосняках и культурах при одних и тех же линейных размерах ствола. Это явилось основанием рассчитать следующие уравнения, общие для естественных сосняков и культур:
ln Ps = -2,6918 + 1,1024 ln H + 1,5848 ln D; R2 = 0,961, (4)
ln Pf = -2,5492 - 0,6305 ln H + 2,2244 ln D; R2 = 0,793, (5)
ln Pb = -1,2069 +0,7753 ln H + 0,8880 ln Pf; R2 = 0,967, (6)
Путем последовательного табулирования уравнений (4), (5) и (6) получена таблица 2 для оценки структуры фитомассы деревьев в сосновых молодняках по двум входам – диаметру и высоте ствола.
Таблица 2 – Общая таблица для оценки надземной фитомассы в свежесрубленном состоянии деревьев в естественных молодняках и культурах сосны в зависимости от высоты и диаметра ствола, кг на 1 дерево
|
Высота дерева, м |
Диаметр ствола на высоте груди, см |
|||||||
|
2 |
6 |
10 |
14 |
18 |
22 |
26 |
30 |
|
|
Ствол |
||||||||
|
2 |
0,44 |
2,49 |
5,59 |
9,53 |
14,2 |
- |
- |
- |
|
6 |
1,47 |
8,36 |
18,8 |
32,0 |
47,7 |
65,5 |
- |
- |
|
10 |
2,57 |
14,7 |
33,0 |
56,2 |
83,7 |
115,0 |
149,9 |
- |
|
14 |
3,73 |
21,3 |
47,8 |
81,4 |
121,0 |
166,7 |
217,0 |
272,5 |
|
18 |
- |
28,1 |
63,0 |
107,0 |
160,0 |
219,9 |
286,6 |
359,5 |
|
22 |
- |
- |
78,6 |
134,0 |
199,6 |
274,0 |
357,5 |
448,5 |
|
26 |
- |
- |
- |
161,0 |
239,9 |
329,8 |
429,8 |
539,0 |
|
Хвоя |
||||||||
|
2 |
0,24 |
0,12 |
0,09 |
0,07 |
0,06 |
- |
- |
- |
|
6 |
2,72 |
1,36 |
0,98 |
0,80 |
0,68 |
0,60 |
- |
- |
|
10 |
8,46 |
4,23 |
3,07 |
2,48 |
2,12 |
1,87 |
1,68 |
- |
|
14 |
17,9 |
8,95 |
6,49 |
5,25 |
4,48 |
3,94 |
3,55 |
3,24 |
|
18 |
- |
15,7 |
11,3 |
9,17 |
7,83 |
6,90 |
6,21 |
5,67 |
|
22 |
- |
- |
17,7 |
14,3 |
12,2 |
10,8 |
9,70 |
8,87 |
|
26 |
- |
- |
- |
20,8 |
17,7 |
15,6 |
14,1 |
12,9 |
|
Ветви |
||||||||
|
2 |
0,14 |
0,08 |
0,06 |
0,05 |
0,04 |
- |
- |
- |
|
6 |
2,91 |
1,58 |
1,18 |
0,98 |
0,85 |
0,76 |
- |
- |
|
10 |
11,9 |
6,42 |
4,83 |
4,00 |
3,47 |
3,10 |
2,83 |
- |
|
14 |
30,0 |
16,2 |
12,2 |
10,1 |
8,76 |
7,83 |
7,13 |
6,58 |
|
18 |
- |
32,4 |
24,3 |
20,1 |
17,5 |
15,6 |
14,2 |
13,1 |
|
22 |
- |
- |
42,2 |
35,0 |
30,4 |
27,1 |
24,7 |
22,8 |
|
26 |
- |
- |
- |
55,4 |
48,1 |
43,0 |
39,1 |
36,1 |
Экспериментальные значения фитомассы на пробных площадях в расчете на 1 га (Рi, т/га) определены (табл. 3) по соотношению площадей сечений : Pi = (Σpi / Σgi) G, где G – сумма площадей сечений древостоя на пробной площади, м2/га; Σpi и Σgi – соответственно суммарная масса i-й фракции и суммарная площадь сечений всех моделей на пробе. Метод по точности не уступает регрессионному [3]. Значения средней высоты древостоев сняты с графиков высот деревьев соответствующих пробных площадей.
Таблица 3 – Фактические показатели фракционной структуры надземной фитомассы естественных молодняков и культур сосны на пробных площадях
|
№ про-бы |
Воз-раст, лет |
Средние |
Сумма площадей сечений, м2/га |
Запас, м3/га |
Фитомасса, т/га |
|||||||||
|
Диа-метр, см |
Высо-та, м |
Ство-лы |
Вет-ви |
Хвоя |
Ито-го |
|||||||||
|
Естественные молодняки |
||||||||||||||
|
1е |
10 |
3,2 |
1,8 |
7,84 |
10,5 |
8,05 |
3,65 |
4,23 |
15,9 |
|||||
|
2е |
15 |
7,7 |
5,7 |
10,9 |
76,6 |
61,3 |
8,28 |
7,32 |
76,9 |
|||||
|
3е |
20 |
7,4 |
8,6 |
13,3 |
89,2 |
71,4 |
22,6 |
12,7 |
106,7 |
|||||
|
4е |
30 |
14,3 |
16,3 |
16,5 |
127,6 |
109,0 |
16,0 |
6,54 |
131,5 |
|||||
|
5е |
40 |
14,4 |
17,8 |
12,9 |
109,3 |
92,4 |
13,7 |
4,19 |
110,3 |
|||||
|
Культуры |
||||||||||||||
|
1к |
10 |
3,3 |
2,5 |
1,93 |
6,3 |
5,01 |
2,51 |
3,95 |
11,5 |
|||||
|
2к |
15 |
4,5 |
3,8 |
4,93 |
9,1 |
7,31 |
2,05 |
2,63 |
12,0 |
|||||
|
3к |
20 |
7,3 |
13,6 |
5,92 |
30,9 |
24,7 |
5,90 |
4,77 |
35,4 |
|||||
|
4к |
30 |
12,6 |
15,2 |
19,0 |
93,5 |
74,2 |
5,26 |
4,17 |
83,6 |
|||||
|
5к |
40 |
15,7 |
17,6 |
20,1 |
202,5 |
162,0 |
12,9 |
5,58 |
180,5 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Регрессионный анализ достоверности различий естественных сосняков и культур на уровне древостоя по связи таксационных показателей и запасов фитомассы с возрастом А показал, что достоверность констант при бинарной
переменной по Стьюденту для среднего диаметра, средней высоты, густоты, суммы площадей сечений, запаса стволов, массы стволов, массы хвои и общей надземной определяется значениями соответственно –0,81; 0,32; 1,1; -0,74; -0.64; -0,80; -1,59 и –1,17. Иными словами, надземная фитомасса в культурах несколько ниже, чем в естественных молодняках того же возраста, однако это различие статистически не достоверно. Таким образом, упомянутый выше и характерный для тропиков вывод о более интенсивном приросте фитомассы и депонировании углерода в лесных культурах по сравнению с естественными молодняками в условиях Челябинской области не подтвердился.
1. Brown S. Present and potential role of forests in the global climate change debate // Unasylva 185. 1996. Vol. 47. P. 3-10.
2. Brown S., Lugo A., Chapman J.Biomass of tropical tree plantations and its implications for the global carbon budget // Can. J. For. Res. 1986. Vol. 16. No. 2. P. 390-394.
3. Madgwick H.A.I. Estimating the above-ground weight of forest plots using the basal area ratio method // N. Z. J. Forest Sci. 1982. Vol. 11. No. 3. P. 278-286.