Система таксационых таблиц для подеревного определения углерода в насаждениях лесобразующих пород Урала и Сибири Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

СИСТЕМА ТАКСАЦИОННЫХ ТАБЛИЦ ДЛЯ ПОДЕРЕВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛЕРОДА В НАСАЖДЕНИЯХ ЛЕСООБРАЗУЮЩИХ ПОРОД УРАЛА И СИбИРИ

В.А. АЗАРЕНОК, проф. каф. технологиилесопром. производства УГЛТУ, канд. техн. наук, В.А. УСОЛЬЦЕВ, проф. УГЛТУ, д-р с.-х. наук

Таксационные нормативы, как традиционные таблицы хода роста древостоев, так и таблицы хода роста фитомассы, ориентированы на оценку фитомассы и углерода на уровне древостоев в целом, причем чистых (однопородных). В действительности доля чистых древостоев в лесном фонде не так велика, и смешанные древостои занимают значительные площади. Для оценки фитомассы и углерода таких древостоев, а также при отводах лесосек под сплошнолесосечные и выборочные рубки с их подеревной таксацией необходимы таксационные нормативы для подеревного определения фитомассы и углерода в древостоях.

С этой целью нами в нескольких районах Урало-Сибирского региона заложена серия пробных площадей (табл. 1). При составлении таблиц для лиственничников частично использовались литературные данные, в частности для Алданского нагорья [3, 4].

Пробные площади закладывались с учетом теоретических положений лесной

таксации согласно ОСТ 56-69-83 «Пробные площади лесоустроительные». Размеры пробных площадей устанавливали в соответствии с требованиями, предъявляемыми при изучении хода роста древостоев.

На пробных площадях выполняли сплошной перечет деревьев по ступеням толщины без выделения подчиненной части. После перечета у 15-20 растущих деревьев при помощи высотомера измеряли высоты, а также диаметры с точностью до одного миллиметра. По этим данным строили графики высот деревьев в зависимости от диаметров, которые использовались для определения средней высоты древостоя элемента леса.

Систематическую выборку модельных деревьев формировали в соответствии с рядом распределения деревьев по диаметру. Модельные деревья отбирались как средние по диаметру, высоте и размерам кроны для ступени толщины в пределах всего диапазона варьирования их диаметров на площади.

Т а б л и ц а 1

Характеристика объектов исследований по составлению нормативов подеревной таксации фитомассы древостоев

№ объекта Район исследований Ле сорастительные условия Координаты Количество

с.ш. в.д. пробных площадей модельных деревьев

Лиственница сибирская и Гмелина, естественные древостои

1 Ямало-Ненецкий АО, низовья р. Пур Плакоры на мерзлоте 67° 78° 4 28

2 Пойма 13 80

3 Алданское нагорье Многолетняя мерзлота 60°50г 128° 6 180

береза белая, естественные древостои

4 Тюменская обл., южная лесостепь Б. свежий злаковый 55°20г 70° 9 90

Сосна обыкновенная, естественные древостои

5 Южный Урал, горная тайга С. ягодниковый 55° 58° 10 40

Сосна обыкновенная, культуры

6 Зауралье, лесостепь Черноземы и солоди 55-57° 62-73° 14 109

Ель сибирская, культуры

7 Средний Урал, южная тайга Е. разнотравно-зелено-мошный 57° 61° 67 360

8

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 2

Характеристика уравнений (2) зависимости углерода фитомассы от определяющих независимых переменных деревьев

lnC 1 Константы и независимые переменные R2

й0 ai (lnd) a2 (lnA) a3 (lnd lnA) a4 (lnCst) a5 (lnCbr) a6 (lnCf)

Лиственница, естественные древостои

Ямало-Ненецкий АО, плако ры на мерзлоте

\nCst -4,2377 2,2848 0,4948 - - - - 0,986

InCbr -3,8392 2,1309 -0,3201 - - - - 0,935

lnCf -4,8222 1,8612 -0,2182 - - - - 0,938

Ямало-Ненецкий АО, пойма р. Пур

lnCst -4,0571 2,2848 0,4948 - - - - 0,986

InCbr -4,1376 2,1309 -0,3201 - - - - 0,935

lnCf -5,0185 1,8612 -0,2182 - - - - 0,938

Алданское нагорье, многолетняя мерзлота

lnCst -4,0982 2,2848 0,4948 - - - - 0,986

lnCbr -3,9983 2,1309 -0,3201 - - - - 0,935

lnCf -4,7824 1,8612 -0,2182 - - - - 0,938

Береза, естественные древостои

lnCst -2,8003 1,3358 0,2433 0,2524 - - - 0,992

lnCbr -1,7729 1,6105 -1,9483 0,5569 - - - 0,957

lnCf -2,5178 1,1952 -1,2263 0,3599 - - - 0,921

Сосна, естественные древостои

lnCst -3,3849 1,5848 1,1024 - - - - 0,961

lnCbr -1,1909 - 0,7753 - - - 0,8880 0,967

lnCf -3,3477 2,2244 -0,6305 - - - - 0,793

Сосна, культуры

lnCst -3,7016 1,5825 0,4912 0,1701 - - - 0,986

lnCbr -3,0428 2,3774 -1,8150 0,3745 - - - 0,877

lnCf -1,3998 1,6618 -1,0193 - - 0,4267 - 0,914

Ель, культуры

lnCst -2,0668 0,6134 - 0,4875 - - - 0,973

lnCbr -0,2016 0,7756 -1,2286 0,1475 0,7887 - - 0,939

lnCf 0,1920 1,0821 -1,8227 0,2885 - 0,5916 - 0,815

Модельные деревья брали в августе после полного формирования хвои. После рубки измерялись длина дерева, протяженность бессучковой части, диаметр ствола у основания кроны. Ствол делили на 10 секций равной длины. На середине секций и на высоте груди определяли диаметры ствола в коре и без коры. Возраст устанавливался по числу годичных слоев на пне.

После обрубки крону взвешивали с точностью 50 г на весах грузоподъемностью 1020 кг. Затем секаторами отделяли древесную зелень - охвоенные побеги толщиной 0,4-0,8 см, и оставшийся скелет кроны вновь взвешивали.

Доля хвои в древесной зелени определялась по навескам, взятым в средней части кроны, и по ней рассчитывалась масса хвои всего дерева. Масса хвои и скелета кроны переводилась на абсолютно сухое состояние термовесо-

вым методом по взятым навескам. Путем обмера диаметров в коре и без коры по 10 сечениям ствола рассчитаны объемы древесины и коры ствола, а по базисной плотности - их масса.

Показатели фитомассы в абсолютно сухом состоянии пересчитывались на углерод по известному, достаточно стабильному конверсионному коэффициенту, равному 0,5 [1, 5].

Обычно при оценке углерода фитомассы деревьев используются в качестве регрессоров легко измеряемые массообразующие показатели деревьев. Оценочная модель по своей экспериментальной базе данных должна быть адекватной диапазону названных массоопределяющих показателей генеральной совокупности, т.е. данные об углероде фитомассы должны быть репрезентативными и взяты в пределах всего размаха их варьирования по каждому показателю.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008

9

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 3

Нормативная таблица для оценки запаса углерода (кг) в фитомассе деревьев по диаметру и высоте дерева*

Высота дерева, м Диаметр ствола на высоте 1,3 м, см

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44

Лиственница, Ямало-Ненецкий АО, плакоры на мерзлоте

4 0,68 3,32 8,38 - - - - - - - -

0,26 1,16 2,75 - - - - - - - -

0,14 0,52 1,11 - - - - - - - -

Итого 1,09 5,00 12,24 - - - - - - - -

12 - 5,71 14,43 27,84 46,36 - - - - - -

- 0,82 1,94 3,57 5,75 - - - - - -

- 0,66 1,41 2,41 3,65 - - - - - -

Итого - 7,19 17,78 33,83 55,76 - - - - - -

20 - - - 35,85 59,69 90,54 128,8 - - - -

- - - 3,03 4,88 7,20 10,00 - - - -

- - - 2,70 4,08 5,73 7,64 - - - -

Итого - - - 41,58 68,66 103,5 146,4 - - - -

Лиственница, Ямало-Ненецкий АО, пойма р. Пур

4 0,82 3,97 10,04 - - - - - - - -

0,20 0,86 2,04 - - - - - - - -

0,06 0,23 0,50 - - - - - - - -

Итого 1,08 5,07 12,58 - - - - - - - -

12 - 6,85 17,29 33,36 55,54 84,24 119,8 - - - -

- 0,61 1,44 2,65 4,27 6,29 8,74 - - - -

- 0,18 0,39 0,67 1,02 1,43 1,90 - - - -

Итого - 7,63 19,12 36,68 60,82 91,95 130,4 - - - -

20 - - - 42,95 71,51 108,5 154,3 209,3 273,9 - -

- - - 2,25 3,62 5,34 7,42 9,86 12,67 - -

- - - 0,60 0,91 1,27 1,70 2,18 2,71 - -

Итого - - - 45,80 76,04 115,1 163,4 221,3 289,3 - -

28 - - - - - 128,1 182,2 247,2 323,5 411,6 511,7

- - - - - 4,80 6,66 8,85 11,38 14,24 17,45

- - - - - 1,18 1,58 2,02 2,52 3,07 3,66

Итого - - - - - 134,1 190,4 258,1 337,4 428,9 532,8

Лиственница, Алданское нагорье, многолетняя мерзлота

4 0,78 3,81 9,63 - - - - - - - -

0,23 0,99 2,35 - - - - - - - -

0,08 0,30 0,63 - - - - - - - -

Итого 1,09 5,10 12,61 - - - - - - - -

12 - 6,57 16,59 32,01 53,30 80,85 115,0 - - - -

- 0,70 1,65 3,05 4,90 7,23 10,04 - - - -

- 0,23 0,50 0,85 1,29 1,80 2,40 - - - -

Итого - 7,50 18,74 35,91 59,49 89,88 127,4 - - - -

20 - - - 41,22 68,63 104,1 148,0 200,9 262,9 - -

- - - 2,59 4,16 6,14 8,53 11,34 14,57 - -

- - - 0,76 1,15 1,61 2,15 2,76 3,43 - -

Итого - - - 44,57 73,94 111,8 158,7 214,9 280,9 - -

28 - - - - - 122,9 174,9 237,2 310,5 395,0 491,1

- - - - - 5,51 7,66 10,18 13,08 16,37 20,06

- - - - - 1,50 2,00 2,56 3,19 3,88 4,64

Итого - - - - - 130,0 184,5 250,0 326,8 415,3 515,8

10

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Продолжение таблицы 3

Высота дерева, м Диаметр ствола на высоте 1,3 м, см

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44

Береза, естественные древостой

4 0,88 2,84 5,62 - - - - - - - -

0,31 1,62 4,25 - - - - - - - -

0,15 0,50 0,99 - - - - - - - -

Итого 1,35 4,95 10,86 - - - - - - - -

12 - 6,59 14,62 25,71 39,84 56,98 77,12 - - - -

- 0,68 2,29 5,41 10,55 18,21 28,89 - - - -

- 0,30 0,69 1,26 2,00 2,93 4,05 - - - -

Итого - 7,57 17,59 32,37 52,39 78,12 110,1 - - - -

20 - - - 41,62 66,38 97,20 134,19 177,4 227,0 - -

- - - 4,40 9,14 16,62 27,56 42,69 62,82 - -

- - - 1,12 1,86 2,81 3,99 5,41 7,07 - -

Итого - - - 47,14 77,38 116,6 165,7 225,5 296,9 - -

28 - - - - - 138,2 193,3 258,5 334,0 420,1 517,0

- - - - - 15,65 26,71 42,43 63,83 91,96 128,0

- - - - - 2,73 3,95 5,44 7,22 9,29 11,67

Итого - - - - - 156,6 223,9 306,3 405,1 521,4 656,6

4 1,41 4,22 8,02 - - - - - - - -

0,32 1,27 2,84 - - - - - - - -

0,32 1,50 3,69 - - - - - - - -

Итого 2,05 6,99 14,54 - - - - - - - -

12 - 14,15 26,91 42,46 60,47 80,72 103,1 - - - -

- 1,61 3,60 6,35 9,87 14,14 19,18 - - - -

- 0,75 1,85 3,50 5,75 8,63 12,15 - - - -

Итого - 16,52 32,35 52,30 76,08 103,5 134,4 - - - -

20 - - 47,26 74,56 106,2 141,8 181,0 223,6 269,5 - -

- - 4,01 7,09 11,01 15,79 21,41 27,87 35,17 - -

- - 1,34 2,54 4,17 6,25 8,81 11,85 15,40 - -

Итого - - 52,61 84,18 121,4 163,8 211,2 263,4 320,1 - -

28 - - - - 153,9 205,4 262,3 324,1 390,6 461,6 536,8

- - - - 11,84 16,97 23,02 29,96 37,81 46,56 56,20

- - - - 3,37 5,06 7,12 9,59 12,46 15,75 19,47

Итого - - - - 169,1 227,5 292,4 363,6 440,9 523,9 612,5

Сосна, культуры

2 0,11 0,37 0,73 1,19 - - - - - - -

0,08 0,52 1,53 3,26 - - - - - - -

0,13 0,93 2,86 6,38 - - - - - - -

Итого 0,33 1,82 5,12 10,84 - - - - - - -

4 0,17 0,61 1,27 2,14 3,21 4,47 - - - - -

0,03 0,21 0,69 1,59 3,04 5,15 - - - - -

0,04 0,31 1,01 2,32 2,48 7,51 - - - - -

Итого 0,24 1,13 2,97 6,05 8,73 17,13 - - - - -

8 0,26 1,00 2,20 3,84 5,92 8,42 11,35 14,70 18,47 - -

0,01 0,09 0,31 0,78 1,57 2,79 4,54 6,92 10,03 - -

0,01 0,10 0,35 0,84 1,65 2,85 4,53 6,77 9,66 - -

Итого 0,29 1,20 2,87 5,46 9,13 14,06 20,42 28,39 38,16 - -

12 - - 3,04 5,41 8,47 12,20 16,62 21,73 27,51 33,99 41,14

- - 0,20 0,51 1,07 1,95 3,24 5,05 7,45 10,56 14,47

- - 0,19 0,47 0,92 1,62 2,60 3,92 5,63 7,78 10,43

Итого - - 3,43 6,39 10,46 15,77 22,47 30,69 40,59 52,32 66,04

16 - - - - 10,91 15,87 21,79 28,66 36,51 45,33 55,13

- - - - 0,81 1,51 2,56 4,04 6,04 8,65 11,98

- - - - 0,61 1,08 1,75 2,66 3,84 5,33 7,17

Итого - - - - 12,34 18,47 26,09 35,35 46,38 59,30 74,28

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008

11

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Окончание таблицы 3

Высота дерева, м Диаметр ствола на высоте 1,3 м, см

4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44

Ель, культуры

2 0,24 0,47 0,70 0,92 - - - - - - -

0,21 0,65 1,26 2,02 - - - - - - -

0,33 1,57 3,91 7,46 - - - - - - -

Итого 0,79 2,70 5,87 10,40 - - - - - - -

4 0,31 0,76 1,28 1,85 2,46 - - - - - -

0,12 0,46 1,04 1,85 2,90 - - - - - -

0,08 0,48 1,41 3,04 3,44 - - - - - -

Итого 0,50 1,70 3,73 6,74 8,80 - - - - - -

8 - 1,21 2,34 3,73 5,36 7,22 9,27 - - - -

- 0,33 0,86 1,70 2,89 4,45 6,40 - - - -

- 0,15 0,51 1,24 2,47 4,32 6,95 - - - -

Итого - 1,68 3,71 6,67 10,72 15,99 22,63 - - - -

12 - - - 5,63 8,46 11,79 15,63 19,94 24,72 - -

- - - 1,62 2,88 4,62 6,87 9,70 13,15 - -

- - - 0,73 1,54 2,82 4,72 7,35 10,88 - -

Итого - - - 7,98 12,88 19,24 27,21 36,99 48,75 - -

16 - - - - - 16,71 22,62 29,41 37,07 45,60 54,99

- - - - - 4,74 7,23 10,41 14,37 19,17 24,88

- - - - - 2,09 3,58 5,71 8,63 12,47 17,41

Итого - - - - - 23,54 33,43 45,54 60,07 77,24 97,28

* Примечание. цифры в колонках, сверху вниз - углерод стволов, ветвей, хвои и надземной фитомассы соответственно

Для практических целей, а именно при расчетах углерода фитомассы на уровне таксационных нормативов, необходимы регрессионные уравнения и составленные на их основе таблицы углерода фитомассы деревьев по образцу традиционных объемных таблиц с двумя входами - диаметром и высотой дерева.

Обычно используется двухфакторная зависимость

Ci = f (h, d), (1)

которая в форме линеаризованного уравнения множественной статической аллометрии [2] имеет вид

ln Ci = a0 + al\nh + a2lnd + a3lnhlnd, (2)

где Ci - количество углерода в фитомассе фракции дерева (стволы в коре, ветви и хвоя), соответственно Cst, Cbr и Cf, кг; h и d - соответственно высота (м) и диаметр ствола на высоте 1,3 м (см).

В некоторые уравнения в качестве независимых переменных на статистически значимом уровне включены Cst, Cbr и Cf, и в этом случае уравнения (2) для разных фракций фитомассы образуют рекурсивную систему.

Характеристика уравнений (2) дана в табл. 2, из которой следует, что они характе-

ризуются достаточно высокими показателями адекватности экспериментальным данным, поскольку объясняют изменчивость запаса углерода в фитомассе деревьев на 79-99 %. Путем табулирования рассчитанных уравнений (2) по задаваемым ступеням толщины и высоты дерева составлены искомые нормативные таблицы для лиственницы, березы, сосны и ели.

библиографический список

1. Кобак, К.И. Биотические компоненты углеродного цикла / К.И. Кобак - Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - 248 с.

2. Усольцев, В.А. Рост и структура фитомассы дре-востоев / В.А. Усольцев. - Новосибирск: Наука, 1988. - 253 с.

3. Усольцев, В.А. Оценка фитомассы лиственничников Сибири по диаметру и высоте ствола / В.А. Усольцев, А.Б. Фимушин, В.В. Кириллова и др. // Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса. - Екатеринбург: УГ -ЛТА, 2001. - С. 176-177.

4. Шульце, В. Уравнения и таблицы для подерев-ной оценки фитомассы лиственничников Сибири / В. Шульце, В.А. Усольцев, А.Б. Фимушин и др. // Лесная таксация и лесоустройство: Межвуз. сб. научн. трудов. - Красноярск: СибГТУ 2000. - С. 116-122.

5. Matthews G. The carbon content of trees // Forestry Commission. Techn. Paper 4. Edinburgh, 1993. 21 p.

12

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008