ФИТОМАССА КРОН ДЕРЕВЬЕВ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В ЗОНАХ СМЕШАННЫХ И ШИРОКОЛИСТВЕННЫХ ЛЕСОВ

 

Старцев А. И.   (НГСХА, г. Н. Новгород, РФ)

 

With use of statistical model of crowns fractions phytomass of trees of a Scotch pine the tables of a biomass needles and branches are made. Phytomass of crowns fractions depend from a site quality class, age, of a diameter at height of a breast and length of a crown.

 

Анализ существующих нормативов в виде различных статистических моделей и таблиц  (Алексеев, Уткин, 1982; Нагимов, 1988; Усольцев, 1988, 1997 и др.) показал, что для зон сосново-широколиственных и широколиственных лесов Нижегородской области их использование приводит к значительному завышению фитомассы компонентов крон деревьев сосны, особенно для диаметров на высоте груди более 24 сантиметров. В связи с этим разработка региональных таблиц является задачей весьма актуальной, что и предопределило цель данной работы.

Объектами исследований являлись чистые и смешанные древостои сосны Богородского, Затонского, Сосновского, Дальнеконстантиновского, Мухтоловского, Шеманихинского лесхозов Нижегородской области. Возраст древостоев составлял 10…110 лет, состав изменялся от 10С до 6С4Б и 6С2Б2Ос+Е. Насаждения произрастают в брусничной, черничной и сложной группах типов леса. Типы условий произрастания (типы лесорастительных условий) – А_2,3-В_2,3,  бонитет – от Iб до III. Средние высоты древостоев составляли  3…29 метров, а средние диаметры – 4…36 сантиметров. Всего было заложено 25 пробных площадей, на которых для определения фитомассы хвои и скелета крон было срублено 226 модельных деревьев.

Для определения фитомассы компонентов крон использовалась методика, составленная с учетом общепринятых методов (Уткин, 1982; Нагимов, 1988).

Для составления эмпирической модели массы фракций крон деревьев сосны был использован комплексный показатель:

                                          (1)

где X₁ – комплексный показатель; d – диаметр ствола на высоте груди, см; L_k – протяженность кроны, м.  Первый сомножитель комплексного показателя Х₁ по своей сути является аналогом логарифма объема кроны, если представить ее в виде правильного эллипсоида, объем которого пропорционален произведению большой полуоси (L_k/2) на квадрат малой полуоси эллипсоида (половину диаметра поперечного сечения кроны - d_kp/2). Поперечник кроны можно принять пропорциональным диаметру на высоте груди, что вполне справедливо для деревьев одновозрастного древостоя. Делитель 10 введен для приведения размерности объема кроны к дм³, так как диаметр берется в сантиметрах, а протяженность кроны – в метрах. Единица добавлена для того, чтобы значения были всегда положительны (для удобства графического представления зависимости и дальнейшей обработки данных). Таким образом, масса хвои и скелета крон для отдельного дерева вычисляется по формуле:

                                              (2)

где М_i (i=1, 2) – массы хвои (i=1) и скелета крон (i=2) соответственно, кг;   a – эмпирический угловой коэффициент, b – свободный член. Значения масс увеличены на 1 для того, чтобы логарифмы были всегда положительными. В пределах одного древостоя связь, выражаемая уравнением (2) очень тесная. Коэффициенты детерминации, вычисленные для 25 пробных площадей, находились в пределах 0,56…0,98. Однако такие прямые имеют индивидуальный характер для каждого древостоя и для всей совокупности пробных площадей коэффициент детерминации имеет относительно невысокое значение (R²=0,75).

Анализ полученных результатов и сопоставление их с фактическими данными биомассы крон показал, что коэффициенты a и b в уравнении (2) являются динамическими параметрами, зависящими от возраста. Для хвои зависимость угловых коэффициентов от возраста имеет сложный вид. В молодняках его величина, начиная с 0,09…0,12, постепенно возрастает. Максимальное значение достигается к возрасту около 45…60 лет, а затем снижается до величины 0,09…0,05 в 100-летних древостоях. Аналогичная динамика отмечается и для угловых коэффициентов при расчетах фитомассы скелета крон. В 20 лет их величина составляет примерно 0,13…0,15, к 40 годам увеличивается до 0,17…0,19 и к 100-летнему возрасту снижается до 0,05…0,09. Такая зависимость была описана цепочкой взаимосвязанных уравнений, перечень которых ввиду ограниченного объема статьи здесь не приводится.

В целом, учет возрастной динамики коэффициентов модели (2) позволил улучшить ее характеристики. Коэффициент детерминации при расчетах фитомассы хвои увеличился с 0,754 до 0,851,  среднеквадратическая ошибка снизилась до ±1,659 или на 25%. Для фитомассы скелета крон преимущества учета возраста оказались не столь очевидны. Коэффициент детерминации возрастает с 0,86 всего на 0,01. Среднеквадратическая ошибка снижается на 2%.

Для повышения точности расчетов фитомассы были исследованы взаимосвязи других таксационных показателей с массой компонентов крон деревьев. Наиболее информативными оказались: редукционные числа деревьев по диаметру и высоте (отношение этих показателей к средним значениям в древостое), средний диаметр на высоте груди, средний возраст древостоя, а также разность между фактической и средней протяженностью крон деревьев в данном возрасте. Предлагаемая четырехфакторная эмпирическая модель для расчета абсолютно сухой фитомассы хвои и скелета крон деревьев сосны имеет вид:

                    (3)

где M_i – масса i-ой фракции кроны (i=1,2 – хвоя и скелет кроны соответственно); y₁ - оценка логарифма массы хвои или скелета крон по уравнению (2) с коэффициентами, скорректированными с учетом возраста;  x₂ – комплексная переменная, учитывающая отклонение от средней протяженности кроны в данном возрасте, определяемая из системы:

                                           (4) 

где L_k – длина кроны дерева, м; L_A – средняя протяженность крон в возрасте А_ср, м; d,  h – диаметр (см) и высота (м) дерева соответственно; А_ср и    Н_ср – средние возраст и высота насаждения; х₃ – средний возраст (А_ср), лет;  х₄ – произведение относительной протяженности кроны дерева на его редукционные числа по высоте и диаметру:

                                                (5)

где D_cp – средний диаметр древостоя.

Предлагаемая модель позволяет с достаточно хорошей точностью рассчитывать фитомассу компонентов крон деревьев сосны по Нижегородской области в диапазонах возрастов 10…110 лет, диаметров 3…44 см и высот – 2…29 м. Коэффициенты детерминации составляют 0,914 и 0,934 для массы хвои и скелета крон соответственно.

Результаты расчетов по модели (3) были оформлены в виде нормативных таблиц, фрагмент которых для древостоев II класса бонитета приведен в таблице. Аналогичные таблицы составлены для деревьев сосны в диапазонах возрастов 40…80 лет для Iб…III классов бонитета.

 

Таблица - Абсолютно сухая фитомасса хвои и ветвей  в древостоях сосны II класса бонитета (фрагмент)

 

Предлагаемая четырехфакторная статистическая модель с хорошей точностью позволяет рассчитывать фитомассу компонентов крон отдельных деревьев. Коэффициенты детерминации довольно высокие и составляют 0,914 и 0,934 для массы хвои и скелета крон соответственно. Разработанные таблицы могут использоваться при таксации лесосек методами сплошного и ленточного перечетов для определения массы компонентов крон, а также  в автоматизированных системах (АРМ – «Лесопользование», «Проба – 99» и др.).

 

Литература

1.  Алексеев В. И., Уткин А. И. Таблицы массы фракций деревьев главнейших лесообразующих пород: сосны, ели, березы, осины. /Биологическая продуктивность лесов Поволжья. - М.: Наука, 1982. -С. 237 – 240.

2.  Курнаев С. Ф.  Лесорастительное районирование СССР.  - М.: Наука, 1973.   203 с.

3.  Нагимов З. Я.   Фитомасса крон, хвои и древесной зелени в сосняках Среднего Урала// Лесная таксация и лесоустройство: Межвуз. науч. тр.  -Каунас 1988.  С. 101 – 108.

4.  Усольцев В. А.  Рост и структура фитомассы древостоев. - Новосибирск: Наука, 1988. -253 с.

5. Усольцев В. А., Кириллова В. В., Усольцев А. В. Оценка фитомассы по возрастным слоям кроны в естественных сосняках и культурах // Лесная таксация и лесоустройство: Межвуз. сб. науч. тр.  - Красноярск: КГТА, 1997.   С. 24 – 36.

6.  Уткин А. И. Методика исследований первичной биологической продуктивности лесов// Биологическая продуктивность лесов Поволжья. - М: Наука, 1982.  -С. 59 – 72.