CC BY
96
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, Мухтолов-ского, 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) - А2;3-В2;3, бонитет - от 1б 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:
Хх =1П(й?2 -^/10 + 1)-1п(0?), (1)
где X\ - комплексный показатель; d - диаметр ствола на высоте груди, см; Lk -протяженность кроны, м. Первый сомножитель комплексного показателя Хх по своей сути является аналогом логарифма объема кроны, если представить ее в виде правильного эллипсоида, объем которого пропорционален произведению большой полуоси (Lk/2) на квадрат малой полуоси эллипсоида (половину диаметра поперечного сечения кроны - d^ /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:
1п(Мг.+\) = а-Хг +Ъ, (2)
где М\ (/=1, 2) - массы хвои (/=1) и скелета крон (/=2) соответственно, кг; а -эмпирический угловой коэффициент, Ь - 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 (Я =0,75).
Анализ полученных результатов и сопоставление их с фактическими данными биомассы крон показал, что коэффициенты а и Ь 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:
1п(Мг +1) = ах ■ у1 + а2 ■ х2 + а3 ■ 1п х3 + а4 ■ 1п х4 + а0, (3)
где Ы\ - масса /-ой фракции кроны (/=1,2 - хвоя и скелет кроны соответственно); у1 - оценка логарифма массы хвои или скелета крон по уравнению (2) с коэффициентами, скорректированными с учетом возраста; х2 - комплексная переменная, учитывающая отклонение от средней протяженности кроны в данном возрасте, определяемая из системы:
я. (4)
^ =0,6792-V™'
где - длина кроны дерева, м; ЬА - средняя протяженность крон в возрасте Аср, м; й, к - диаметр (см) и высота (м) дерева соответственно; Аср и Нср - средние возраст и высота насаждения; х3 - средний возраст (Аср), лет; х4 - произведение относительной протяженности кроны дерева на его редукционные числа по высоте и диаметру:
V _ А.__
4~ и'в н ' 1 ;
ср ср
где - 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 1б. III классов бонитета.
Таблица - Абсолютно сухая фитомасса хвои и ветвей в древостоях сосны II
класса бонитета (фрагмент)
Диаметр,см Высота, м Фитомасса компонентов крон, кг
Относительная протяженность крон (Ц/И)
0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55
хвои скелета крон хвои скелета крон хвои скелета крон хвои скелета крон хвои скелета крон хвои скелета крон хвои скелета крон
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
А=40 лет Нср=13,6 м, Бср=П,2 см
6 11,2 0,18 0,10 0,27 0,21 0,35 0,28 0,43 0,37 0,50 0,45 0,57 0,53 0,64 0,61
8 12,1 0,55 0,55 0,68 0,70 0,81 0,85 0,93 0,99 1,04 1,12 1,17 1,27 1,28 1,40
12 13,5 1,50 1,81 1,77 2,16 1,98 2,44 2,23 2,77 2,47 3,09 2,71 3,41 2,92 3,68
16 14,6 2,71 3,60 3,12 4,19 3,52 4,78 3,92 5,36 4,37 6,02 4,76 6,60 5,16 7,19
20 15,5 4,16 5,97 4,84 7,04 5,43 7,97 6,11 9,05 6,80 10,15 7,49 11,26 8,11 12,27
24 16,3 5,93 9,10 6,88 10,69 7,83 12,32 8,80 13,97 9,80 15,68 10,94 17,66 11,99 19,49
А=50 лет Нср=16,4 м, Бср=15,6 см
8 13,5 0,47 0,53 0,61 0,69 0,72 0,82 0,84 0,97 0,96 1,12 1,07 1,26 1,17 1,38
12 15,0 1,36 1,78 1,59 2,10 1,85 2,45 2,07 2,76 2,32 3,10 2,54 3,41 2,79 3,75
16 16,3 2,48 3,55 2,90 4,18 3,31 4,80 3,72 5,43 4,13 6,06 4,59 6,79 5,02 7,45
20 17,3 3,83 5,89 4,51 7,02 5,20 8,16 5,82 9,20 6,53 10,40 7,25 11,63 7,92 12,77
24 18,2 5,57 9,17 6,52 10,87 7,50 12,63 8,50 14,45 9,54 16,34 10,62 18,32 11,75 20,40
28 18,9 7,42 12,97 8,86 15,71 10,20 18,29 11,75 21,30 13,22 24,17 14,93 27,54 16,57 30,77
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
32 19,6 9,76 18,06 11,65 21,90 13,64 25,98 15,53 29,88 17,76 34,52 20,14 39,49 22,68 44,83
36 20,3 12,52 24,46 14,97 29,70 17,57 35,34 20,35 41,41 23,33 47,99 26,88 55,85 30,38 63,63
А=60 лет Hep=18,8 м, Dcp=18,6 см
8 14,8 0,44 0,67 0,55 0,83 0,68 1,01 0,78 1,16 0,90 1,33 1,00 1,47 1,10 1,61
12 16,6 1,20 2,00 1,41 2,35 1,62 2,70 1,83 3,05 2,06 3,43 2,26 3,78 2,46 4,13
16 17,9 2,08 3,80 2,44 4,48 2,80 5,16 3,16 5,85 3,53 6,56 3,90 7,27 4,23 7,93
20 19,0 3,14 6,25 3,65 7,32 4,23 8,54 4,76 9,67 5,36 10,97 5,92 12,19 6,56 13,60
24 20,0 4,33 9,32 5,11 11,10 5,90 12,96 6,72 14,90 7,58 16,94 8,47 19,09 9,41 21,37
28 20,8 5,71 13,22 6,73 15,78 7,89 18,76 9,01 21,64 10,31 25,02 11,56 28,30 12,90 31,81
32 21,6 7,30 18,11 8,74 22,04 10,27 26,26 11,75 30,39 13,49 35,28 15,36 40,59 17,38 46,36
36 22,3 9,13 24,17 10,94 29,50 12,90 35,30 15,01 41,63 17,29 48,55 20,02 56,86 22,75 65,24
40 23,0 11,22 31,62 13,48 38,71 16,17 47,24 18,87 55,91 22,11 66,40 25,38 77,08 29,32 90,02
А=70 лет H^ = 20,8 м, Dcp =20,1 см
8 16,1 0,53 0,99 0,65 1,18 0,76 1,37 0,87 1,55 0,98 1,73 1,09 1,92 1,20 2,10
12 18,0 1,16 2,39 1,36 2,79 1,56 3,19 1,76 3,59 1,95 3,99 2,15 4,39 2,34 4,79
16 19,5 1,87 4,28 2,19 5,02 2,47 5,70 2,79 6,45 3,12 7,23 3,45 8,02 3,75 8,76
20 20,7 2,64 6,68 3,07 7,83 3,51 9,00 4,00 10,33 4,46 11,59 4,99 13,04 5,49 14,41
24 21,8 3,51 9,77 4,07 11,44 4,71 13,35 5,37 15,37 6,07 17,49 6,80 19,75 7,58 22,15
28 22,7 4,43 13,43 5,22 16,02 6,04 18,76 6,99 21,95 7,92 25,09 9,00 28,78 10,06 32,43
32 23,5 5,45 17,91 6,52 21,76 7,56 25,57 8,78 30,07 10,09 34,97 11,52 40,33 12,94 45,68
36 24,3 6,57 23,32 7,88 28,45 9,29 34,07 10,83 40,25 12,51 47,06 14,51 55,24 16,54 63,61
40 25,0 7,81 29,81 9,40 36,52 11,28 44,62 13,20 52,96 15,50 63,06 17,86 73,51 20,69 86,17
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 лесообразую-щих 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.
