CC BY
63
The quantitative changes of the woodiness watersheds, plowing of lands and the correlation of beech and spruce stands under anthropogenic influence for different high-altitudinal zones has been characterized. It is found out, that most changes took a place in the beech forests, something more small in the mixed forests and insignificant - in a fir-tree. There has been offered a differentiation system of measures to counteract negative processes.
Keywords: woodiness, plowing, high-altitude zone, forestry management, to cut wood, natural calamities.
УДК 630*[17+62] Проф. О А. Прс, д-р с.-г. наук -
НУБП Украти, м. КиОв
КИСНЕПРОДУКТИВНЕ ЗНАЧЕННЯ МОДАЛЬНИХ СОСНОВИХ ДЕРЕВОСТАН1В РЕКРЕАЦ1ЙНИХ Л1С1В М. КИЕВА
Пораховано в динамщ наявний запас та загальну продуктившсть модальних соснових деревосташв м. Киева, на основi чого змодельовано обсяги нагромадження наземно! ф^омаси насаджень, поглинання ними вуглекислого газу та депонування вуглецю, а також обсяги видшення кисню високопродуктивними сосновими рекре-ацшними люами.
Ключов1 слова: поточний та середнш прирют, продуктившсть рекреацшних шв, фотосинтез, щшьшсть деревини, видшення кисню, поглинання вуглекислого газу.
Люи зелених зон мют 1 селищ е багатофункцюнальними природними об'ектами, характерна особливють яких виявляеться у стабЫзуючому вплив! на урбашзоване середовище. Вони е важливим фактором формування 1 регу-лювання мюького 1 позамюького довкшля, що здшснюеться шляхом впливу на температурний, юшзацшний режим повиря, а також на його волопсть та х1м1чний склад, у зокрема поглинання вуглекислого газу з подальшим видь ленням кисню [1]. Однак за останш 30-40 роюв середовищетв1рна роль при-мюьких л1с1в Центрально! Свропи ютотно попршуеться через забруднення, послаблення екосистемних зв'язюв та зростання частки перестшних деревосташв [6]. Схожа ситуащя склалася 1 у примюьких люах м. Киева. При загаль-нш площ1 примюьких л1с1в у 34,2 тис. га, територ!я вкрита люовою рослин-шстю становить 31,1 тис. га. 1з них сосняки займають 25,6 тис. га, зокрема стигт та перестшш насадження - 4,9 тис. га (15,7 %), а пристигают -1,7 тис. га (5,7 %).
Мета дослiджень полягала у визначенш еколопчно! ефективносп за обсягами поглинання вуглекислого газу 1 видшення кисню для переважаючих у зеленш зош м. Киева соснових деревосташв залежно вщ !х вжу.
Об'ектом дослiджень були соснов! деревостани люопаркових госпо-дарств м. Киева, як зростають за 1А,5 класом боштету та середньою повно-тою до 70-р1чного в1ку - 0,8 з поступовим !! спаданням у перестшних наса-дженнях (ХУ-ХХ класи вжу) до 0,5-0,4.
Дослiдний матер1ал було з1брано у соснових деревостанах зелено! зони м. Киева на основ! даних 22 тимчасових пробних площ (у категор!ях се-редньовжових, пристигаючих, а також стиглих та перестшних насаджень), на кожнш з яких методом пропорцшно-стушнчастого представництва було взято не менше трьох модельних дерев. На кожному модельному дерев! за мето-
2. Еколопя довкшля
57
Впс, роюв
о (
к>"
ю I
Оч '
I
I ю ■ К> '
диметр, см
к> J о ■
ю 1 к>"
Оч I
об'ем стовбу-ра, м3
число стов-бур1в, шт.
ю I ю I
(
запас cтoвб^piв,
за запасом, м3
за сумою запаив, м3
чо 1
о ■
ЧО 1
ю 1
Оч ■
) ЧО
' о . о
сом, м
Оч I
к>"
к>
за серед-шм приростом
за поточ-ним при-ростом
о о
о:' К
р ЬЗ
С\ £
Й ^
® 3
к в
64 н
Р н
Й 13
о 13 о
3
са р
о к
со Ю
З.Й
са а
о 2
о Э.
й к
р $
СЛ И й В"
СО р
¡2 й
о о
й о
р й
Л 13 1
я У-
5' 5
й о
о ¡2
^ О!
О Й
13 °
>—• СО
3
а о са К
й к И X
Ю со
к ч л о р £ Не р
Я 3
о к « л к
о р 2. Э.
н н р р
¡=1 й £ ■ ° 8 э.
р й
н - *
О Й ч
Ч л о
са о 13 я са р
С' н
й Р
о
„ и
¡я Й ^
й 45 са
о н
са са а ко
К О са
а н 2
и Р &
а и о
са
] ° й
I Й Я
3
о 13
й й Л
а
13
а 13 о й а а х
а
* щ
р н
н ^ 3
О Л)
- са а
•I
о
^ СП
и ^
й а
8 0 о » й
'о я
Б 8
О! 13 О! о о ^ 13 Л 13
р о
са
3
р
►в* н тз а р р
¡73 Н
а а л
» а 2:
й о 2 сл
2 13
Р О § ^
й 3 . с® м
О) ^
са й
° 2
2 § о й
а
а д
С *
§ I
3 I
13
н са
о а
«ай
^ §
о е о
са § а
р Ъ а
^ Й
>-, X СЙ
о И §
й а Р Вал
Эр®
® 5 а
§ а л
Й ^ р
о Р о
р я Й
^ § а
2 ^ х
й о са
3 са о м г-: ■
н й р о й са
а= л р н
о «
о о а а
о о о
О!
о
3. и
й
о с
г4 С4
а
й а
й ** л
а а
са ^
§ ^
л о
н й
р о
са
•II
н ш
Р о ^
со ®
а о «
"3 5'
н « а о са
о о
и; ^
О 13 гь
^
X 0\ (И
о р са
д а а
° 2 ас
о| 8
н ^ и
р о 2
^ | I
нн 3
ЕР- н
а ^ р
ё са
Э. а § й о
0 Н н «
1 ^ ^
Н Й X
О Р о.
о 13
У ^
а ^
х й
м ^
а а
§
са са р
а а л 2
3
Сн СО
нЦ н-ч
« о
р а
я Я'
о "
о\ д р о а ° с4 а о
о й р р
а 13
Н 3 »
к ,
а н ^ £3
н § р «
из м
р р
а
р р
-¡—^ о
►ё И а " а и
С4
я о ►ч о
о а
и е й' Э.
е ^
са
са р а л
из
р ^
И ^
р Й и
щ 13
ё Й ^ §
£ О.
й й л са а
из
а р л о а а л
а
13 р
о н 13
а о са а о н
н р
О с\ са о
о н
8 и
о са
в ьн
р Й
из Я
2 а
2 Й
а а
а а о о
Н к
о 5 2 а
ЯР?
о ^
из н р
13 Л
ё'в
Й
О ^-ч
са са
й й
о
О! о л ►ч а
й о
3
ё о са а
х
13
о ^ 2
а са
л о
р о
со Й
ё 0.
а са
м' са
о а
5 14 о
3 §
а 3
й ^
О м
аса р
►й й
13 а
Я н
2 о!
Е р
а из
х а
Й
г- ^
^ са 13 О я о
|—' из са
о « ^
к> о о а ^ а о л
13 из
- о
Аналiз представлених нормативiв показав, що пiсля 70 роюв спостерь гають рiзке падшня наявного запасу модальних деревостанiв ^ вiдповiдно, 1хнього поточного приросту, що пояснюють надмiрною iнтенсивнiстю прове-дення прохщних рубок, а у бшьш пiзньому вiцi - вибiркових саштарних рубок. До речi, штенсивнють останнього виду рубок зумовлюегься необхщню-тю вибiрки сухостою через рiзке всихання соснякiв мiста пiсля досягнення ними 100-110^чного вiку.
На рис. 1. наведено порiвняльний аналiз iнтенсивностi вибирання де-ревини у нормальних [4] та модальних соснових деревостанах.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 Рис. 1. 1нтенсившсть вибирання деревини nid час проведення доглядових рубань та санiтарно-вибiркових рубок у нормальних та модальних соснових деревостанах рекреащйних жав м Киева.
Як видно з рис. 1, починаючи Í3 40-pÍ4Horo BiKy, штенсивнють прохщ-них та вибiркових рубок ютотно, а в 70-90-pÍ4HOMy вщ практично вдвiчi, ви-ща за контрольну. Для 140-рiчного нормального деревостану 1А.5 класу бош-тету сума запашв вибрано! деревини становить 390 м3-га-1, а модального наса-дження такого ж в^ i продуктивносп - 536 м3-га"\
0 20 40 60 80 100 120 140 160 Запас, м3/га.
Рис. 2. Динамжа 3míuu наявних запаыв нормального та модального деревосташв рекреацшних шсш м Киева.
Як видно з рис. 2, через надмiрно високу штенсивнють промiжного ль сокористування сосновi деревостани з 70^чного вжу починають iнтенсивно зрiджyватись, що призводить до попршення 1хньо1 стiйкостi та саштарно-ri-гieнiчного стану.
Наведенi у табл. 1 об'еми середнiх стовбyрiв дерев сосни вiдповiдного вiкy шляхом множення на !хню базисну щшьнють (410 кг-(м3)-1) переводили у ваговi величини в абсолютно сухому сташ. Крiм того, за вiдповiдними формулами та нормативними даними довщника з ощнки надземно! фiтомаси де-
рев [3] визначали в абсолютно сухому сташ фiтомасу хво! та гiлок крони се-реднiх за розмiрами дерев модальних деревостанiв у вiцi вщ 10 до 170 рокiв. При цьому за базисну щiльнiсть гшок крони приймали 383, а хво! -430 кг-(м3)-1. Перемножена на розрахункову кiлькiсть дерев (табл. 1) сума на-ведених компонентiв дасть надземну фiтомасу наявного деревостану.
Фiзiологiчними дослiдженнями [1] визначено добову продуктивнють фотосинтезу СО2 на 1 кг сиро! маси листя (хво!), яка для сосни звичайно! ста-новить 17,1 г. Фотосинтез у рослинах вщбуваеться лише вдень шд час вегета-цiйного перiоду, тривалiсть якого для умов Полюся становить 150 дшв. 1нши-ми словами, 1 т сиро! маси хво! за 1 рж в умовах Укра!нського Полюся в се-редньому продукуе 2,57 т кисню. На основi наведено! вище iнформацi! у табл. 2 було розраховано динашку киснепродуктивносп та кiлькостi депоно-ваного вуглецю у модальних сосняках м. Киева, причому вагу фракцiй окре-мого дерева та наявну фгтомасу наводили в абсолютно сухому сташ, а загаль-ну вагу хво! у т на 1 га модального насадження - в сироростучому сташ.
Як видно з табл. 2, модальш деревостани досягають найвищо! продук-тивност за запасом надземно! фггомаси та депонованим вуглецем у 70^чно-му вiцi, а виробництва кисню тд час фотосинтезу - у 60^чному вiцi (19,3 т-га-1). Фактична киснепродуктивнють соснових деревостанiв iстотно нижча, оскшьки на кожну тонну приросту фиомаси соснякiв необхiдно вит-ратити 420 кг кисню та близько 500 кг вуглецю (водень, азот та зола станов-лять ще 80 кг).
Табл. 2. Динамжа киснепродуктивностг та депонування вуглецю модальными сосновыми деревостанами м Киева
Вж, ро-кiв Вага фракцш середнього дерева в абсолютно сухому сташ, кг Модальний деревостан
число стовбу-рш, шт. наявна фггома-са, т вага депо-нованого вуглецю, т вага хво!, т щорiчне видшення кисню, т
стовбура гшля хво! разом
10 0,002 0,001 0,000 0,003 5816 14,3 7,0 4,5 11,5
20 0,012 0,001 0,001 0,014 2803 39,6 19,7 5,8 15,0
30 0,040 0,003 0,002 0,045 1673 72,2 35,9 6,8 17,5
40 0,094 0,004 0,003 0,101 1082 105,7 52,7 7,2 18,5
50 0,160 0,006 0,004 0,17 824 137,3 68,5 7,4 19,1
60 0,265 0,008 0,005 0,278 638 165,0 82,4 7,5 19,3
70 0,359 0,010 0,006 0,375 504 189,4 94,6 7,5 19,1
80 0,461 0,014 0,008 0,483 384 185,4 92,6 6,9 17,8
90 0,569 0,017 0,009 0,595 304 181,3 90,5 6,5 16,6
100 0,683 0,021 0,011 0,715 247 177,2 88,5 6,0 15,5
110 0,802 0,025 0,012 0,839 206 173,2 86,4 5,6 14,4
120 0,927 0,029 0,013 0,969 174 169,1 84,4 5,2 13,4
130 1,055 0,032 0,014 1,101 150 165,0 82,4 4,8 12,3
140 1,189 0,035 0,014 1,238 130 160,9 80,3 4,3 11,1
150 1,326 0,037 0,015 1,378 114 156,9 78,3 3,9 10,0
160 1,467 0,039 0,015 1,521 100 153,0 76,4 3,5 9,0
170 1,612 0,040 0,015 1,667 89 149,2 74,5 3,2 8,2
Кшьюстъ поглинутих лiсом вуглекислого газу i води та видшення вiльного кисню в атмосферу легко розраховуемо за законами термохiмi! та
60
Збiрник науково-технiчних праць
збереження речовини та енергп. Вщповщно до закону хiмiчноl термодинамь ки, "енергетичний ефект хiмiчних перетворень залежить тiльки вщ початко-вого i кiнцевого стану системи, але не залежить вщ шляху, по якому реакцп проходять". Процес поглинання СО2 i видшення О2 та утворення при цьому оргашчно! маси детально розглянув проф. С.В. Беловим [1]. На осжга балансу речовини та енергп без фжсацп промiжних станiв СО2 i Н2О вiн розраху-вав е^валенти поглинання СО2 i видшення О2 при утвореннi 1 т деревини. Для сосняюв середнiй екывалент видiлення кисню становить 1,45, а поглинання вуглекислого газу - 1,78.
У табл. 3 представлено результати розрахунюв балансу киснепро-дук-тивносп, депонування вуглецю та видiлення вуглекислого газу за загальною продуктивнiстю надземно! фiтомаси модальних соснових деревостанiв.
Табл. 3. Киснепродуктившсть, депонування вуглецю та видшення вуглекислого газу в модальних соснових деревостанах (за загальною продуктивтстю ТхньоТнадземно'1 фтомаси)
Вж, ро-к1в Загальна продуктившсть модального деревостану Поточний прирют За хмчни-ми елемен-тами Видшено кисню, т В ¡ь н И о ё ° с Тшьове дихання деревостану, т
свгжозрубаний стан, м3-га-1 абсолютно су-хий стан, т-га-1 абсолютно су-хий стан, т-га-1 вуг-лець кисень
10 42 14 1,4 0,7 0,6 2,0 2,5 8,9
20 128 53 3,9 2,0 1,6 5,7 7,0 7,6
30 247 103 4,9 2,4 2,1 7,1 8,8 8,4
40 380 156 5,4 2,7 2,2 7,8 9,5 8,5
50 515 211 5,4 2,7 2,3 7,9 9,7 8,9
60 638 261 5,1 2,5 2,1 7,3 9,0 9,9
70 731 300 3,9 2,0 1,6 5,6 6,9 10,6
80 799 327 2,7 1,3 1,1 3,9 4,8 11,9
90 838 343 1,7 0,8 0,7 2,5 3,0 13,5
100 872 357 1,4 0,7 0,6 2,0 2,4 12,9
110 900 369 1,2 0,6 0,5 1,7 2,1 12,3
120 924 378 0,9 0,5 0,4 1,4 1,7 11,6
130 941 385 0,7 0,4 0,3 1,0 1,3 10,9
140 954 390 0,5 0,3 0,2 0,7 0,9 10,1
150 964 395 0,4 0,2 0,2 0,6 0,8 9,2
160 970 397 0,3 0,1 0,1 0,4 0,5 8,5
170 975 399 0,2 0,1 0,1 0,3 0,3 7,9
Порiвнюючи з даними табл. 1, загальна продуктившсть модальних сосняюв у табл. 3 дещо вища, осюльки, ^м стовбурового запасу, враховуе вагу гшок та деревно! зелеш. У табл. 3 також враховано розподш поточного приросту на таю частки, як вуглець та кисень, що необхщно як для визначен-ня депонованого вуглецю, так i для розрахунку балансу киснепродуктивност соснових насаджень. Кiлькiснi показники поглинання вуглекислого газу та видшення кисню тд час виробництва оргашчно! маси прямо пропорцiйнi величин поточного приросту, а тому також рiзко знижуються пiсля 70-рiчного вжу деревостанiв.
Щорiчне продукування кисню на 0CH0Bi фотосинтезу (табл. 2) скла-даегься з кисню у складi приросло! за piK фгтомаси, кисню, видiленого вщпо-вщно до закону хiмiчноl теpмодинамiки у процеш створення оргашчно! маси (табл. 3) та кисню, необхщного для дихання деревно! рослинносп в темний перюд доби, так зване "тшьове дихання", коли процеси фотосинтезу в рос-линностi вiдсутнi та яке в кшьюсних показниках розраховуеться як piзниця мiж перерахованими вище показниками киснепродуктивносп.
Пiсля досягнення модальними сосняками 130^чного вiку понад 90 % продукованого в пpоцесi фотосинтезу кисню витрачаеться на дихання дере-востану, а в 160-170-piчному вiцi - понад 95 %, що свщчить про недоцшь-нiсть використання в рекреацшних цiлях одновiковi пеpестiйнi сосновi дере-востани.
Динамiку киснепpодуктивностi (маемо на увазi видiлений в атмосферу кисень, який використовуе населення з рекреацшною метою) в т-га-1 модальними сосняками примюьких лiсiв м. Киева моделювали функцiею Мiтчеpлiха
F = 584,0 • (1 - exp(-0,324 • Л,))2,864 , (1)
де: i = 1, 2, .. .14 - вiдповiдний клас в^; F, - нагромаджений запас кисню модального соснового деревостану в кшщ i-го класу вжу; Ai = 10, 20, ... 170 -вж модального деревостану вщповщно до i-го класу (розраховуемо як 10-i).
У такому pазi pi4^ киснепpодуктивнiсть Z, модального соснового деревостану в i-му вiцi (т-га-1) розраховуемо за формулою
Z, = (F, — F—1) /10. (2)
Ушверсальнють формул 1 та 2 - коли для отримання показниюв дина-мжи нагромадження та поточного piчного депонування вуглецю та поглинан-ня вуглекислого газу в piвняння потpiбно дописати вщповщно множники а=0,345 (коефiцiент для визначення вуглецю) та b=1,228 (коефщент для роз-рахунку поглинутого вуглекислого газу).
На рис. 3 видно значну вщповщшсть математично! моделi фактичним даним, оскшьки максимальнi вiдхилення мiж ними не перевищують 0,9 т на 1 га.
О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 N0 120 130 140 150 160 170Вж, рок^в Рис. 3. Динамжа киснепродуктивност модальных сосновых деревосташв рекреацшних лгсш м. Киева
Загальновщомо, що в процеш старшня, ближче до встановленого вжу стиглосп для примюьких соснових деревостатв люопарюв м. Киева, абсо-
62
Збiрник науково-техшчних праць
лютш значення показниюв щiльностi фракцiй фiтомаси зменшуються. Це пiдтверджено i в роботах О.1. Полубояринова [5], який комплексно вивчав показники щшьносп деревних порщ европейсько! частини. Це пояснюемо фь зико-механiчними властивостями деревини у перюд, тд час якого вже почи-наються процеси деструкцп судин, трахе!д, що загалом призводить i до попр-шення техшчно! якостi деревини, а в тдсумку - i до ll розпаду. Отже, можна стверджувати, що у вiцi стиглосп, який визначено для примiських соснових лiсiв м. Киева в 121-130 роюв, цi лiси втрачатимуть не тшьки господарське призначення iз заготiвлi високояюсно! деревини, а й еколопчне !х призначен-ня, зокрема i санiтарно-гiгiенiчне. Зробимо такi висновки:
1. Поглинання вуглекислого газу i видшення власне сосновим деревоста-ном кисню в атмосферу прямо залежне вщ величини загального поточного приросту, який тасно корелюе з середшм вiком деревостанiв.
2. Вуглецедепонуючi та киснепродукукш функцп соснових деревостанiв прямопропорцшно залежать вiд середнього вiку деревостану (що опосе-редковано вiдображаеться через поточний прирют) i е максимальними у 20-70-рiчному вiковому перiодi. З часом природного старшня деревостатв щ властивост поступово зменшуються, а в перестшному вiцi фактич-но дорiвнюють нулю.
Л1тература
1. Белов С.В. Лесоводство / С.В. Белов. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1983. - 350 с.
2. Лакида П.1. Фггомаса лгав Укра!ни / П.1. Лакида. - Тернотль : Вид-во "Збруч", 2002. - 254 с.
3. Лакида П.1. Нормативи оцшки компонента надземно! фгго маси дерев головних л> сотв1рних порщ Укра!ни : довщник / П.1. Лакида та ш. - К. : Вид-во "Еко-шформ", 2011. -187 с.
4. Нормативно-справочные материалы для таксации лесов Украины и Молдавии. - К. : Вид-во "Урожай", 1987. - 558 с.
5. Полубояринов О.И. Плотность древесины / О.И. Полубояринов. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1976. - 160 с.
6. Pan-European Ministeral Coference on Protection of Forest in Europe. - Helsinki, 1993. -
264 p.
Гирс АА. Кислородопродуцирующая роль модальных сосновых древостоев рекреационных лесов г. Киева
Посчитан в динамике текущий прирост запаса, а также объемы поглощения углекислого газа и выделения кислорода высокопродуктивными пригородными сосновыми рекреационными лесами и проведена их санитарно-гигиеническая оценка.
Ключевые слова: текущий прирост, рекреационные леса, плотность древесины, выделение кислорода, поглощение углекислого газа.
Girs OA. Oxygen-production role of modal pine forests stands of Kyiv-towns recreation forests
Current increase in reserves, as well as the volume of carbon dioxide absorption and oxygen release is calculated in dynamics in highly productive suburban pine recreational forests and sanitary and hygienic assessment is carried.
Keywords: current increase, recreational forests, density of woods, oxygen release, carbon dioxide absorption.
2. Еколопя довкшля
63
