CC BY
21
НЛТУ
ы КРАЖИ
»mutet*
Науковий в1сник НЛТУУкраТни Scientific Bulletin of UNFU
http://nv.nltu.edu.ua https://doi.org/10.15421/40280106 Article received 14.02.2018 р. Article accepted 28.02.2018 р.
УДК 633.875:630*22/.23(292.486)(477)
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
[^1 Correspondence author S. A. Sytnyk [email protected]
С. А. Ситник
Днтровський державний аграрно-економiчний утверситет, м. Днтро, Украта
МОДЕЛЮВАННЯ МОРФОМЕТРИЧНИХ ПОКАЗНИК1В КРОНИ РОБШН НЕСПРАВЖНЬОАКАЦН В УМОВАХ П1ВН1ЧНОГО СТЕПУ УКРА1НИ
Морфологiчнi параметри крони лiсотвiрних порiд використовують як предиктори для визначення бiомаси асимiляцiйноï складовоï дерев, яка забезпечуе виконання головноï бюсфернл функцiï рослин. Робiнiя несправжньоакацiя (Robinia pseudoacacia L.) - одна з найпоширешших лiсотвiрних порвд Степу Украïни. Цей вид формуе лiсовi насадження переважно захис-ного функцюнального призначення. Проаналiзовано морфологiчнi характеристики крони дерев робшп несправжньоакацiï у деревостанах, що зростають в умовах Швшчного Степу Украïни. Дослiдження проведено в робшевих деревостанах на двадцяти пробних площах iз рубанням 60 модельних дерев. Оцшено результати кореляцшного аналiзу параметрiв крони iз таксацшними показниками модельних дерев. Встановлено прямий тiсний достовiрний зв'язок мiж об'емом крони та дiамет-ром проекцп крони й об'емом стовбура. Не виявлено лiнiйноï залежноста мiж вдаошенням протяжностi крони до дiаметра проекцп крони та бiометричними показниками модельних дерев. Охарактеризовано залежтсть якiсних показниюв надзем-ноï фiтомаси - маси деревноï зеленi та маси гшок вiд об'ему крони, що описано алометричною та полiномiальною функць ями вiдповiдно. Запропоновано моделi оцiнювання залежноста дiаметра проекцiï та об'ему крони ввд таксацiйних показникiв дерев (дааметр стовбура на висотi 1,3 м та висота), що можна використовувати в практицi ведення лiсогосподарськоï дiяль-ностi в робiнiевих насадженнях в умовах степовоï зони Украïни.
Krnuoei слова: надземна фiто маса; дiаметр проекцiï крони; об'ем крони; кореляцшний аналiз; алометрична функцiя.
Вступ. Аналiз морфологiчних характеристик крони дерев у лкових насадженнях е однieю з передумов оць нювання бюлопчно! продуктивное^ деревостанiв. Пло-щу проекцп корони та li об'ем використовують як предиктори для визначення площi листково! поверхнi та 6i-омаси асимшяцшно! складово! дерев, яка забезпечуе виконання головно! бюсферно! функцп рослин - синтез оргашчно! речовини.
Сучасш дослвдження параметрiв крони дерев у при-родних лiсах i лiсових культурах, як складово! аналiзу екосистемних сервiсiв лiсiв, е рiзноспрямованими як за предметом, так i за об'ектом дослвджень. Достатньо широко представлено географш дослвджуваних лгав: Австрш (Hasenauer & Monserud, 1998), Бразилш (Alves & Santos, 2002), Урал i Казахстан (Hoffmann & Usoltsev, 2007) Техас i Лушану (Chmura et al., 2010).
Структурнi особливостi архiтектонiки крон, пошук шформативних алометричних моделей для оцiнювання ii об'ему були предметом дослвджень для значно! шль-костi видiв лiсотвiрних порiд: Nothofagus antarctica (Forster) Oerst. (Gargaglione et al., 2008), Pinus pinaster Aiton (Viana et al., 2012), Pseudotsuga menzi-esii (Mirb.) Franco (Roaki et al., 2017), Fagus sylvatica L. (Husmann & Möhring, 2017).
Проте знання морфологiчних особливостей крон вельми обмежеш, особливо для деревних видiв-iнгро-дуценпв у насадженнях найбiльш лiсодефiцитного реп-ону Украни - Степу. Довгостроковi програми розвитку
лiсiв у Степовш 30Hi Украши мають бути спрямоваш на збiльшення площi, вкритою лшовою рослиннiстю. Це передбачае тдвищення eK0H0Mi4H0ï та екологiчноï зна-чущостi лiсотвiрних порiд. Екологiчнiй потенцiал дерев передуам зумовлений надземною фiтомасою, зосере-дженш у кронi. За умови дп екстремальних едафо-кль матичних чинник1в видовий склад степових лiсiв е об-меженим. У зазначенiй природнiй зош однiею з найпо-ширенiших i еколопчно пластичних деревних порiд е робшя несправжньоакацiя (Robiniapseudoacacia L.).
Процеси ростоформоутворення робiнiï у степових люових насадженнях вивчав Н. А. Лохматов (Lokhma-tov & Gladun, 2004). Його досл1дженнями було встановлено, що в основi змш морфоструктури крон робiнiï несправжньоакацiï та ïï намету е хiд та темпи утворення пагонiв, наростання бюмаси i збiльшення площi листя, характер виходу 1'х на максимальнi рiвнi. Однак хiд та темпи штенсифжацп пагоноутворення i площi листя не весь перюд у робiнiï мають висхщнш тренд. З розвит-ком насаджень вiдбуваеться змiна енергiï зростання дерев: абсолютнi рiвнi пагоноутворення i площi листя у дерев до певного вжу збiльшуються, а попм - знижу-ються. Розмiри дерев збiльшуються весь час, а ввдповщ-ного наростання пагонiв i листя не вщбуваеться. Цей розрив iз вiком збiльшуеться: к1льк1сть пагошв i листя в одиницi об'ему крон зменшуеться, що обумовлюе прог-ресивне наростання ажурностi та прозоросп крон i намету.
1нформащя про aBTopiB:
Ситник Свiтлaнa Анатолпвна, канд. бiол. наук, доцент кафедри садово-паркового господарства. Email: [email protected] Цитування за ДСТУ: Ситник С. А. Моделювання морфометричних показникiв крони ро6iнГГ несправжньоакацп в умовах
Пiвнiчного степу УкраГни. Науковий вiсник НЛТУ УкраГни. 2018, т. 28, № 1. С. 34-37. Citation APA: Sytnyk, S. A. (2018). The Modeling of Black Locust Crown Morphometric Indicators in the Northern Steppe of Ukraine. Scientific Bulletin of UNFU, 28(1), 34-37. https://doi.org/10.15421/40280106
3i збшьшенням ажурностi та npo3opocTÍ крон i намету робшп з bíkom пов'язана iнтенсифiкацiя задернiння грунту: розпочавшись та посилюючись, задернiння призводить до послаблення зростання дерев. Наслщком таких змiн у морфоструктурi крон та намету робшп е також огрубшня ввдпаду та пiдстилки в ii насадженнях.
Зазначене вище може призводити до падiння бюло-пчно! продуктивностi робiнiевих насаджень, тому акту-альними е дослiдження спрямованi на аналiз морфомет-рично! структури крони робшп несправжньоакацп та пошук математичних моделей, що можуть бути вико-ристанi у практицi ведения люового господарства в умовах Степово! зони Украши.
Мета дослiдження - встановлення залежностей па-раметрiв крони дерев робшп несправжньоакацп у насадженнях Швшчного Степу Укра!ни вiд таксацшних по-казник1в дерев.
Матер1али та методи дослщження. Дослвдження проведено на 20 тимчасових пробних площах (ТПП), закладених у робiнiевих насадженнях Швшчного Степу Украши.
Робiнiя несправжньоакацiя (Robinia pseudoacacia L.) - одна з найпоширешших лiсотвiрних порiд Степу Укра!ни. Цей вид формуе лiсовi насадження пере-важно захисного функционального призначення. Пара-метри крони дерев робшп несправжньоакацп та 1хнш взаемозв'язок з основними таксацшними показниками дослвджували за даними 60 модельних дерев.
Зашри протяжностi та дiаметра проекцп крони здiйснювали у двох взаемо-перпендикулярних напрям-
Примiтка: * Недостжрт значення коефщенпв корелящ!
OTpHMaHÍ значення коефщенпв кореляцп ошнюва-ли за критичним стандартним достовiрним коефь шентом, який при n = 60 дорiвнюe 0,25. Достовiрним вважають такий коефiцiент кореляцп, який дорiвнюе або е бшьшим за табличний для ступеня безпомилково-го прогнозу р > 95 %.
Для ошнювання сили кореляцiйного зв'язку вико-ристовували зaгaльноприйнятi критерп Чеддока. Визна-чено, що дiaметр проекцп крони дерев робшп несправжньоакацп мае достовiрний прямий середньо! сили зв'язок з основними таксацшними показниками дерев -дiaметром стовбура на висоп 1,3 м (r = 0,60) та об'емом стовбура (r = 0,59). Об'ем крони характеризуеться силь-ним прямим зв'язком iз площею бiчноl поверхнi крони (r = 0,98), дiaметром проекцп крони (r = 0,90) та об'емом стовбура (r = 0,72).
За основу моделювання дiaметрa крони (dk), що ви-ражае зaлежнiсть цього показника ввд дiaметрa на висо-п 1,3 м (d13), та висоти дерева (h) прийнято функцiю
ках, Пн-Пд та Зх-Сх, що узгоджуеться з Мiжнародною методикою визначення napaMeTpiB крони ICP Forests (Mateyko, 2013). За лгтературними даними та власними спостереженнями, об'ем крони визначали як об'ем то-тожно! геометрично! фпури, яку було прийнято за обернений конус (Pretzsch & Dieler, 2011).
Площу бiчноl поверхнi крони розраховано за формулою
sk = KVidkl + nQAdk)2, (1)
де: sk - площа бiчноl поверхнi крони, м2; dk - дiaметр проекцп крони, м; l - твiрнa конуса, м.
Об'ем крони визначено за формулою
vk = % kQV dkflk, (2)
де: vk - об'ем крони, м3; dk - даметр проекцп крони, м; lk - протяжнiсть крони, м. Статистичне оброблення дослiдних даних, математичне моделювання проводили з використанням програм "Statistica 10" та "Microsoft Excel-2016".
Результата дослiдження. На першому етaпi досль дження визначено тiсноту зв'язку мiж морфометрични-ми параметрами крони (протяжнiсть крони - lk, м; di-аметр проекцП крони - dk, м; площа 6i4H0i noeepxHi крони - sk, м2; об'ем крони - vk, м3; вiдношення про-тяжностi крони до дiаметра проекцП крони - lk/dk: вiдношення протяжностi крони до висоти дерева -lk/h) i таксацшними та яшсними показниками (вiк - а, роки; дiаметр стовбура на висотi 1,3 м - d13, см; висо-та - h, м; об'ем стовбура - vcm, м3; маса деревно! зеле-m - qd3, кг; маса гшок - qгiлок, кг) дерев робшп несправжньоакацп у Швшчному Степу Украши (табл. ).
Г. Претча (Pretzsch et al., 2015). Отримано коефщенти для розрахунку дiaметрa крони робшевих деревостaнiв, як1 наведено в рiвняннi 3:
dk = Exp I 0,063 + 0,720 • ln (d13) - 0,027h + 0,619 • In | — 11, (3)
V V d13)) (3)
(R = 0,60).
Вибiр aргументiв рiвняння пiд час моделювання за-лежностi об'ему крони базувався на даних кореляцшно-го aнaлiзу i призвiв до введення у рiвняння значень да-аметра стовбура на висотi 1,3 м, дiaметрa i протяжностi крони. Рiвняння нелшшно! регресп (4) набуло такого вигляду:
vk = -52,69 + 0,695d13 + 21,898dk + 3,40lk, (R2=0,92). (4) Здiйснено пошук iнформaтивних моделей залежнос-тi як1сних показник1в надземно! фiтомaси - маси деревно! зелен та гiлок вiд об'ему крони. Обраш експоненць альна (4) та полiномiaльнa (5) функцп, яш зображено на рисунку.
Таблиця. Кореляцшна матриця таксацiйних показник1в дерев i napaMeTpiB крони робши несправжньоакацlf
Показник а, рокiв d13 см h, м vcm, м3 qd.3, кг qгiлки, кг lk, м dk, м sk, м2 vk, м3 lk/dk lk/h
а, роюв 1
d13, см 0,76 1
h, м 0,75 0,90 1
Vcm, м3 0,60 0,91 0,80 1
qd3, кг 0,36 0,62 0,48 0,65 1
qгiлки, кг 0,29 0,62 0,47 0,83 0,65 1
lk, м 0,62 0,67 0,75 0,61 0,47 0,43 1
dk, м 0,34 0,60 0,56 0,59 0,45 0,44 0,41 1
sk, м2 0,46 0,69 0,66 0,74 0,53 0,61 0,63 0,93 1
vk, м3 0,43 0,63 0,58 0,72 0,48 0,62 0,53 0,90 0,98 1
lk/dk 0,19* -0,05* 0,01* -0,10* -0,07* -0,12* 0,33 -0,63 -0,39 -0,42 1
lk/h -0,36 -0,44 -0,48 -0,32 -0,10* -0,11* 0,14* -0,29 -0,15* -0,14* 0,44 1
О 50 100 150
б) Об'ем крони, м3
Рис. Залежшсть маси деревно! зеленi (а) та маси гшок (в) вiд об'ему крони
Найбшьш iнформативнi MOAeni представлено такими piBMHHHMK
qd3 = 6,181vk0'0121Vk, (R2 = 0,51), (5)
q г = 0,0053vk2 - 0,0783vk + 16,63, (R = 0,76). (б) Темпи зростання дерев щодо пагоно- i листяутво-рення з вшом знижуються через те, що насадження за-галом, вже у вщ молодняка, виходять на !х максималь-нi рiвнi й далi на утворення iнших фракцiй надземно! фiтомаси. Це обмежуе рeалiзацiю ростового потенщалу дерев, вихiд на вищi рiчнi рiвнi пагоноутворення, на-ростання листя, досягнення ними граничних розмiрiв за eдафо-клiматичних умов степово! зони.
Висновки. Найбiльшi значення коeфiцiента кореляци, що вказують на тюноту зв'язюв об'ему крони, виявлено для дааметра проекци крони (0,90) та об'ему стовбура (0,72). Розраховано коeфiцiенги рiвняння Г. Предча для розрахунку дааметра проекци крони робЫ! нес-правжньоакаци у насадженнях Пiвнiчного Степу Украши Запропоновано iнформативнi достовiрнi математич-н модeлi для ощнювання залeжностi об'ему крони робь
Hii несправжньоакаци в1д таксащиних показник1в дерева (д1аметр стовбура на висот1 1,3 м, висота), маси деревно! зелен1 та маси гшок в1д об'ему крони.
Результати досл1дження можна використати для визначення параметр1в крони у натурних умовах без ру-бання модельних дерев роб1нл п1д час визначення ф1то-маси л1сових насаджень, проте вони потребують по-дальшо! апробацл у роб1н1евих деревостанах П1вн1чно-го Степу Украши.
Перелiк використаних джерел
Alves, L. F., & Santos, F. A. (2002). Tree allometry and crown shape of four tree species in Atlantic rain forest, south-east Brazil. Journal of Tropical Ecology, 18(2), 245-260. Chmura, D. J., Rahman, M. S., & Tjoelker, M. G. (2007). Crown structure and biomass allocation patterns modulate aboveground productivity in young loblolly pine and slash pine. Forest Ecology and Management, 243(2-3), 219-230.
https://doi.org/10.10167i.foreco.2007.02.027 Gargaglione, V., Luis, P., & Gerardo, R. (2010). Allometric relations for biomass partitioning of Nothofagus antarctica trees of different crown classes over a site quality gradient. Forest Ecology and Management, 259(6), 1118-1129. https://doi.org/10.1016/i.foreco.2009.12.025 Hasenauer, H., & Monserud, R. A. (1996). A crown ratio model for Austrian forests. Forest Ecology and Management, 84(1-3), 49-60. https://doi.org/10.1016/0378-1127(96)03768-1 Hoffmann, C. W., & Usoltsev, V. A. (2002). Tree-crown biomass estimation in forest species of the Ural and of Kazakhstan. Forest Ecology and Management, 158(1-3), 59-69. https ://doi. org/ 10.1016/S0378-1127(00)00669-1 Husmann, K., & Mohring, B. (2017). Modelling the economically viable wood in the crown of European beech trees. Forest Policy and Economics, 78, 67-77. https://doi.org/10.1016/i.forpol.2017.01.009 Ishii, H. R., Sillett, S. C., & Carroll, A. L. (2017). Crown dynamics and wood production of Douglas-fir trees in an old-growth forest. Forest Ecology and Management, 384, 157-168. https://doi.org/10.1016/i.foreco.2016.10.047 Lokhmatov, N. A., & Gladun, G. B. (2004). Forest reclamation in Ukraine: history, conditions, prospects. The new word, 256 p. Mateyko, I. М. (2013). Simulation of cross-sections of crowns of trees in plantations of common ash in conditions of Right-bank forest-steppe of Ukraine. Scientific Bulletin of UNFU, 23(2), 77-83. Pretzsch, H., Biber, P., Uhl, E., Dahlhausen, J., Rotzer, T., Calden-tey, J., Koike, T., Con, T., Chavanne, A., Seifert, T., Toit, B., Farnden, G., & Pauleit, S. (2015). Crown size and growing space requirement of common tree species in urban centers, parks, and forests. Urban Forestry & Urban Greening, 14(3), 466-479. https://doi.org/10.1016/i.ufug.2015.04.006 Pretzsch, H., & Dieler, J. (2012). Evidence of variant intra- and interspecific scaling of tree crown structure and relevance for allometric theory. Oecologia, 169(3), 637-649. https://doi.org/10.1007/s00442-011 -2240-5
С. А. Сытник
Днепровский государственный аграрно-экономический университет, г. Днепр, Украина
МОДЕЛИРОВАНИЕ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КРОНЫ РОБИНИИ ПСЕВДОАКАЦИИ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРНОЙ СТЕПИ УКРАИНЫ
Морфологические параметры кроны лесообразующих пород используют в качестве предикторов для определения биомассы ассимиляционной составляющей деревьев, которая обеспечивает выполнение главной биосферной функции растений. Робиния псевдоакация (Robinia pseudoacacia L.) - одна из наиболее распространенных лесообразующих пород Степной зоны Украины. Данный вид формирует лесные насаждения преимущественно защитного функционального назначения. Проанализированы морфологические характеристики кроны деревьев робинии псевдоакации в древостоях Северной Степи Украины. Исследования проведены в робиниевых насаждениях на двадцати пробных площадях с рубкой 60 модельных деревьев. Оценены результаты корреляционного анализа параметров кроны с таксационными показателями модельных деревьев. Установлена прямая тесная достоверная связь между
объемом кроны и диаметром проекции кроны, а также объемом ствола. Отсутствие линейной зависимости обнаружено между отношением протяженности кроны к диаметру проекции кроны и биометрическими показателями модельных деревьев. Охарактеризована зависимость качественных показателей надземной фитомассы - массы древесной зелени и массы ветвей от объема кроны. Данные зависимости были описаны аллометрической и полиномиальной функциями соответственно. Предложенные модели зависимости диаметра проекции и объема кроны от таксационных показателей деревьев можно использовать в практике лесохозяйственной деятельности в робиниевых насаждениях степной зоны Украины.
Ключевые слова: надземная фитомасса; диаметр проекции кроны; объем кроны; корреляционный анализ; алло-метрическая функция.
S. A. Sytnyk
Dnipropetrovsk State Agrarian and Economic University, Dnipro, Ukraine
THE MODELING OF BLACK LOCUST CROWN MORPHOMETRIC INDICATORS
IN THE NORTHERN STEPPE OF UKRAINE
Long-term forest development programs in Steppe Zone of Ukraine aim at increasing the area of the artificial forest stands. This means that the economic importance of the forest-forming tree species Black locust is expected to increase. Crown morphological parameters of the forest-forming species were used as predictors for determining the biomass of the assimilation component of trees, which ensures the realization of the main biosphere function of plants. Black locust (Robinia pseudoacacia L.) is one of the most widespread forest-forming species within Ukrainian Steppe. This tree species formed forest plantations mainly for protective functional purposes. The Black locust trees crown morphological characteristics in the forest stands within Northern Steppe of Ukraine were analysed. This research was carried out in the Black locust plantations in twenty sampled plots with felling of sample trees, according to the requirements of ICP Forests. The correlation analysis results of the crown parameters with the biometric indicators of sample trees were estimated. Black locus showed a moderate positive correlation between crown projection diameter and trunk diameter and trunk volume, strong positive correlation between crown volume and the crown area surface, crown diameter and trunk volume. The Pretzsch's function was a basis for modeling of crown projection diameter, the dependence of its parameter from trunk diameter and tree height. Direct reliable relations between the crown volume and the diameter projection, as well as with trunk volume were defined. The absence of the linear relation was found between the ratio of the crown length to the crown projection diameter and the biometric indicators of the sample trees. The dependence of the green mass and the branches mass from crown volume was characterized; it was described by the allometric and polynomial functions, respectively. Thus, the models of the crown projection diameter and the crown volume from sample trees biometric indicators can be used in the practice of forestry activities in the Black locust plantations of the steppe zone of Ukraine.
Keywords: above-ground biomass; crown projection diameter; crown volume; correlation analysis; allometric functions.
