Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние исследуемой проблемы 9
1.1 Дендрологические и экологические характеристики лесных культур сосны обыкновенной 9
1.2 Продуктивность сосны обыкновенной и ход ее роста 11
1.3. Биопродукционные показатели искусственных насаждений сосны обыкновенной 14
1.4 Математическое моделирование для определения фитомассы лесных культур сосны обыкновенной 15
2. Природные условия района исследований 20
2.1. Лесорастительное и лесокультурное районирование 20
2.3. Почва, почвообразующая порода и рельеф 25
2.4. Растительный покров территории 32
3. Программа, методика исследований и объем выполненных работ 35
3.1 Программа и методика исследований 35
3.1.2 Статистическая обработка исходных материалов 37
3.1.3 Определение запасов фитомассы нижних ярусов 39
3.2 Объем экспериментального материала 40
4. Лесоводственно-таксационная характеристика лесных культур сосны обыкновенной 42
4.1 Выбор пробных площадей и их характеристики 42
4.2 Лесоводственно-таксационные показатели лесных культур сосны обыкновенной 44
4.3 Корреляции таксационных показателей 48
4.4 Динамика таксационных показателей 49
4.5 Взаимосвязь таксационных показателей 54
5. Фитомасса и годичная продукция деревьев в культурах сосны, нормативы их оценки 59
5.1 Фитомасса и годичная продукция культур сосны обыкновенной 59
5.2. Зависимость фитомассы и годичной продукции дерева от его таксационных показателей 62
5.2.1 Корреляция фитомассы и годичной продукции с таксационными показателями 62
5.2.2 Регрессионные модели влияния таксационных показателей на фитомассу и годичную продукцию 64
5.2.3 Анализ закономерностей влияния таксационных показателей на фитомассу и годичную продукцию 66
5.3. Изменение фитомассы и годичной продукции в ходе роста дерева 69
5.4 Многофакторное аллометрическое уравнение 72
5.4.2 Показатели биопродуктивности 74
6 Фитомасса и годичная продукция древостоев в культурах сосны, нормативы их оценки 79
6.1 Фитомасса и годичная продукция искусственных насаждений сосны обыкновенной 79
6.2. Взаимосвязь фитомассы и годичной продукции соснового древостоя с таксационными показателями 79
6.3. Возрастная динамика фитомассы и годичной продукции 82
6.4 Разработка материалов для лесоводственной и лесоустроительной практики 87
Список использованной литературы 93
- Биопродукционные показатели искусственных насаждений сосны обыкновенной
- Растительный покров территории
- Определение запасов фитомассы нижних ярусов
- Динамика таксационных показателей
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Эффективность лесохозяйственного производства и организация воспроизводства лесов зависит от степени изученности закономерностей роста и продуктивности лесных насаждений.
При таксации искусственных сосновых насаждений применяются нормативы, разработанные для роста естественных сосняков. Следствием их применения могут являться как некорректная оценка продуктивности древостоев сосны, так и ошибочное назначение лесохозяйственных мероприятий. Поэтому вопросы таксации искусственных насаждений сосны обыкновенной, оценки их роста и фитомассы на современном этапе приобретают особую актуальность.
Исследования хода роста и биопродукционных показателей лесных
культур сосны обыкновенной на территории Башкирского Предуралья в области
таксации не проводились ввиду их немногочисленности. При таксации
используются данные полученные от древостоев, произрастающих в
естественной среде. Вследствие их использования могут возникнуть как
некорректные оценки продуктивности лесных культур сосны обыкновенной, так
и ошибочно назначенные лесохозяйственные мероприятия. Поэтому
исследования чистых лесных культур сосны обыкновенной, оценка роста, фитомассы особенно актуальна на современном этапе.
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является выяснение закономерности роста и образования надземных фитомасс, их годичного прироста в искусственно созданном фитоценозе сосны обыкновенной.
Поставленная цель сформулировала конкретные задачи исследования:
изучить и оценить динамику главных таксационных показателей культур сосны обыкновенной;
исследовать связь фракций надземной фитомассы сосняка и его прироста в год с таксационными данными;
изучить особенность состояния фитомассы и ее прироста в искусственно созданных сосняках на территории Башкирского Предуралья;
разработать лесотаксационные нормативы для древостоя искусственного происхождения.
На защиту выносятся:
-
Особенности роста культур сосны обыкновенной в условиях лесостепи Предуралья.
-
Особенность формирования надземной фитомассы, годичного прироста сосны обыкновенной.
-
Исследования структуры и повышения возрастной тенденции фитомассы сосны обыкновенной, ее годичного прироста на исследуемой территории.
-
Лесотаксационные данные для древостоя сосны обыкновенной искусственного происхождения по нормативам роста, продуктивности надземной фитомассы и ее прироста в год на уровне древостоя и отдельного дерева.
Степень разработанности темы исследования. Исследования,
касающиеся рассматриваемой проблемы, начались в 30-40-е годы прошлого столетия, в последнее время приобрели особенно широкий размах. Ранее были проведены исследования Уткиным А.И. [1975, 1995], Молчановым А.А., Смирновым В.В., Родиным Л.Е. [1967], Н.П. Анучиным [1977], И.С. Мелеховым [1980], Усольцевым В.А. [1997, 2007]. И на сегодняшний день, выдвинутые исследователями основные положения, сохраняют свою значимость.
Научная новизна. Закономерности роста и продуктивности
искусственных древостоев сосны обыкновенной в лесостепной зоне Предуралья были исследованы впервые. Получены новые научные данные по особенностям формирования разных фракций фитомассы, ее годовой продукции древостоев сосны обыкновенной.
При этом выявили небольшие отклонения в динамике роста культур сосны обыкновенной от данных таблиц хода роста сосняков, произрастающих в естественных условиях. Впервые были установлены лесотаксационные нормы оценки кроновой и стволовой массы искусственного древостоя сосны обыкновенной исследуемого района.
Теоретическая значимость работы выражена в полученных
закономерностях роста, годичной продукции и фитомассы 20-70 летних культур сосны обыкновенной. Было выявлено, что фитомасса по большей части аккумулируется в стволе дерева. Масса коры ствола и древесины прямопропорционально зависит от динамики роста высоты дерева и диаметра ствола. Благодаря новым сведениям о способах восстановления лесного покрова появились рекомендации по выращиванию сосняков в условиях Башкирского Предуралья. Ценность работы заключается в том, что разработаны нормативные материалы необходимые для проведения лесоучетных и научных работ.
Методы исследований хода роста древостоев разработаны отечественными лесоводами: А.Н. Уткин [1975, 1969], В.Б. Протопопов, Л.К. Поздняков, В.Б. Горбатенко [1970], А.Н. Смирнов, А. А. Молчанов [1971] и др. Исследования основывались на методе пробных площадей.
Практическая значимость работы состоит в разработке нормативных
материалов, необходимых при проведении научных, лесоучетных и
лесохозяйственных работах. В последующем данные исследований
биологической продуктивности лесных экосистем необходимы для расчетов углерододепонирующего потенциала лесов, осуществлении лесного мониторинга и экологических программ.
Методология и методы исследования базируются на работах отечественных лесоводов: Уткин А.И. [1969, 1975], Поздняков Л.К., Протопопов В.В., Горбатенко В.В. [1969], Молчанов А. А. [1971], Смирнов А.П. [1971], Усольцев В.А. [2007, 2016] и др. Исследования проведены по методу пробных площадей (ПП).
Личный вклад автора. В получении научных результатов автор принял участие во всем комплексе исследований. Все виды работ по теме диссертации, планирование научного эксперимента, выбор и закладка пробных площадей,
сбор и анализ исходных данных, обобщение и научное обоснование полученных результатов и выводов осуществлены автором лично.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность данных исследований доказана с помощью современных методик, а также возможностью повторить экспериментальный опыт.
Результаты проделанной работы доложили и обсудили на семинарах и конференциях: Всероссийская научно-практическая конференция в рамках XXIII – XXVI Международная специализированная выставка Агрокомплекс, (Уфа 2011-2016 гг.); Всероссийская научно-практическая конференция для студентов и аспирантов (Уфа, 2014); Международная научно практическая конференция «Инновационная наука и современное общество» (Уфа, 2014); Международная научно - практическая конференция «Актуальные вопросы развития науки» (Уфа, 2014); VII Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых (Уфа, 2014, 2015);
Публикации. Основные положения изложены в 14 публикациях автора, в том числе в 2 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6
глав, заключения. Библиографический список включает 234 наименований
отечественных и зарубежных авторов. Основной текст изложен на 111
Биопродукционные показатели искусственных насаждений сосны обыкновенной
Наука второй половины двадцатого века характеризуется появлением метода математического моделирования, как системным подходом к анализу сложного природного процесса. Модель создается способом замены одной из математических абстракции с целью выявить закономерность поведения и функционирования. Сегодня накопилось огромное множество методов математического моделирования. Методы моделирования биоэкологических процессов представлены в куда меньшем количестве [Ф.А. Никитин, А.З. Швиденко, 1973, В.В. Глинский и др., 1965; 1978; Антомонов Ю.Г., 1977; Розенберг В.А., 1980, 1981, 1984; Флейшман Е.В., 1978; Agren, 1981; Pielou, 1981; Оя, 1984, 1985; Кулль, Усольцев В.А., 1985, 1988; и др.]. Все они сформированы по научным интересам исследователей.
При корреляционной связи (в отличие от функциональной) количество независимых переменных условно. Это связано с тем, что существует определенное число «случайных» переменных, которые могут быть подвергнуты анализу как независимые. Эмпирическая регрессия строится по точкам, которые соответствуют данным факторов исследования.
Соответственно, по [Арманд Д.Л., 1949. С. 93]: «эмпирическая закономерность отличается от теоретической тем, что не содержит элемента объяснения закономерности, но лишь констатацию ее». Более того, «любое феноменологическое описание работает только до тех пор, пока продолжают работать по-старому существенные и часто неизвестные нам механизмы» [Виленкин Н.Я., 1978]. В 1981 г Карпачевский Л. О. выяснил, что данная модель не распространяется далее фактических факторных знаний, так как учитывает только их взаимосвязь, а не причину действия на продуктивность растений. Благодаря эмпирической закономерности, тем не менее, теперь возможно сиюминутно прогнозировать значения функций при известных значениях аргументов.
Изначально математическая статистика основывалась на конкретных предпосылках, которые соответствовали благополучным ситуациям. Молчанов А. М. предположил, что «закону больших чисел повезло на общественное внимание. О нем часто говорят и пишут, хотя значительно реже понимают».
Ошибка определения оценки биопродуктивности насаждений включает в себя следующие составляющие: ошибка исследователя прибором, ошибка прибора, ошибка выборки и т. д.
С 70-х г. прошлого столетия в исследованиях фитомассы и ЧПП (чистой первичной продукции) выделилось два основных уровня экосистемы. Это ландшафтный и биосферный. Сегодня биосферную роль леса для сохранения экологически чистой среды оценивают методом математического анализа. Существует большое количество способов моделирования, реализация каждого из которых требует базу исходных данных о запасе фитомассы и ЧПП на каждую лесообразующую породу. Степень наполненности этой базы влияет на результат модельной и прогностической оценки биологической функции леса.
Первую большую работу по обобщению проделали Родин Л. Е. и Базилевич Н. И. [1965]. В ней исследователи приводят показатели запасов органических веществ и биокруговорота главных типов растительных семейств для климатических зон тундр и тропиков (данные 150 пробных площадей). Позднее построили планетарные карты вышеперечисленных показателей, и в конце Базилевичем была опубликована монография по первичной продуктивности экологической системы Северной Евразии, где был изложен обширнейший на тот момент материал по данным исследования 2500 площадей. И, тем не менее, в данной работе не были приведены показатели фракционной структуры фитомассы и таксационной характеристики древостоя.
По окончании Международной биологической программы были опубликованы сводки данных о ЧПП и фитомассе лесов. Две из них [Cannel, 1982; DeAngelis et al, 1981] содержали 1200 определения фитомассы пробных площадей со всей планеты. Имеются факты о фитомассе лесов даже таких стран, как Ямайка, Непал. При этом из 750 млн. га российских лесов изучено всего 50 пробных площадей, что составляет 4% от объема данных мира. Однако Уткиным А.И. [1970]приводится 194 факта о биологической продуктивности лесов бывшего Союза Республик.
Пятнадцать лет назад Усольцев В. А. опубликовал монографию, содержащую первые данные о фракционной структуре фитомассы (хвоя, ствол, корни, ветви, нижний ярус) и таксационных наблюдениях за лесными насаждениями Северной Евразии. Их количество составило около пяти тысяч определений (90 %), которые находились на территории Советского Союза. Позднее были опубликованы дополнения – 1153 определения, и приведена первая информация о 1134 определениях о ЧПП по полному фракционному составу. Теперь название сводки структурировалось не по странам, как делалось ранее, а по 50 североевразийским экорегионам, которые получены при совмещении зональных схем и провинциального разделения в соответствующих меридиональных и широтных направлениях [Луганский Н.А., Залесов С.В., Луганский В.Н, 2010].
Позднее усовершенствованная сводка о фитомассе евразийских лесов была переведена на английский язык в Институте экологии и устойчивого развития Объединенного центра исследований Еврокомиссии [Северная Италия], а еще через два года работа была объединена с исследованиями иностранных коллег и выставлена в рамках интернет – проекта GHG AFOLU [Green House Gases in Agriculture, Forestry and Other Land Uses] под авторством доктора М. Теобалделли в составе «Biomass Compartments Database. Version 1.00». Целью проекта было обеспечить базу для основания системы стока парниковых газов, инвентаризации эмиссии, активации исследований для понимания и адекватной оценки роли лесопользования в стабилизации климатических условий , а также его влияния на изменения экосистем. Эта база используется и для анализа широкого распределения фитомасс лесов в Тропическом ботаническом саду в Сишуанбаньна (КНР, провинция Юань).
По сей день нет единого мнения о принципе формирования базы данных о лесной биопродуктивности, но акцентируют внимание на их качественном уровне [Clark et al., 2001; Cannell, 1989; Vogt et al., 1986; А. И. Уткин, 2004]. Соответствующая литература [Свирежев Ю.М., 1981] указывает на множество неопределенностей и недостатком информации по экологическому моделированию. Исследователь Д. Кларк считает, что часть данных не может применяться в связи с неадекватностью методов получения и только частичного раскрытия, что ведет к снижению глобальных оценок биологической продуктивности леса. Анализируя сводки данных критики отметили некорректную информацию о продуктивности на пробах маленьких размеров, с неучтенными опушечными моментами. Они рекомендуют игнорировать эти данные, так же как и данные о фитомассах, модифицированных под таблицы биопродуктивности и рассчитанные подеревным способом [Старцев А.И., 2007].
Растительный покров территории
Местные хвойные породы очень схожи с уральским светлохвойными горными лесными массивами по флористическому составу и характеру. Возможно в плиоцене затопления Камско Бельского понижения (Система рекомендаций, 1979) они отделились от южноуральского сосняка.
С каждым годом общая площадь сосняков возрастает. Это связано с тем, что сосна-главная культивируемая порода Предуралья. Сокращение естественных сосняков происходит из-за постоянных рубок и отсутствия систематического возобновления.
Смешанные леса гораздо богаче чем хвойные по флористическому составу кустарниковых и древесных пород. И, тем не менее, не смотря на плодородность почвы насаждения низкопродуктивны. К примеру, запасы спелого и перестойного низкоствольного дуба составляет 149 м3/га. Эрозия на сегодняшний день –одна из основных проблем сельского хозяйства Предуралья, в борьбе с которой используют экологическую оптимизацию лесоаграрных ландшафтов.
В результате эрозии происходит смыв и выдувание почв с поверхностей полей. Это приводит к таким неприятным последствиям как уменьшение площадей территории пригодной для культивирования растений сельского хозяйства, снижение урожайности и плодородия почвы (Федоров 1989; Павловский 1985; Хайретдинов, Косоуров 1984; Каргин, Лобанов, Данилов 1983; Дмитриенко 1981).
Самые эффективные мероприятия по борьбе с эрозией – это использование противоэрозийную агротехнику и защитное лесоразведение. Защитные насаждения леса оптимизируют лесоаграрные ландшафты: снижают ветровую эрозию, способствуют скапливанию снежного покрова на полях, охрана плодородного слоя почвы от сдувания и смыва, обеспечение благоприятных санитарно-гигиенических условий для жизни населения (Ишбулатов, Федоров 2004; Федоров 2002; Макашев, Файзуллин 2001; Гарифуллин 1983; Виноградов, Колисниченко 1981; Гальперин 1975; Левашов 1974; Лысак 1970). Разнообразие почв, которые формируются под влиянием защитных лесных насаждений, различные характерные влияния лесов на почву зависит от физико-географического положения, определяющего роль почвы в эффективной продуктивности лесоаграрного ландшафта и прочие аспекты, которые указывают на зависимость лесной и сельхоз растительности от условий почвы указывают на то, что сельское хозяйство на территориях, огражденных лесными насаждениями должно формироваться на основе глубокого исследования свойства местной почвы.
В.Р. Вильямс считал, что защитные лесные массивы – это неотъемлемая система земледелия. Лесная зона Предуралья Башкортостана – основное звено земледельческой системы. Это важный фактор как социального развития, так и экономического. Однако их роль в этом плане определена не четко и дальнейшая судьба вовсе не ясна. Известно, что в природе существуют цепные процессы или, иначе, цепные реакции, означающие непроизвольное распространение возникших в каком-либо звене природного сообщества импульсов на остальные факторы среды. В таких процессах начальный толчок в одних случаях дает прогрессивно нарастающий эффект, а в других постепенно угасает, в третьих не имеет видимого закономерного распределения.
Найти такие начальные импульсы, которые, будучи возбуждаемы с наименьшими затратами, дадут в ходе цепной реакции наибольшей экологически и экономически полезный эффект во всем природном и урбанизированном комплексе - одна из глобальных задач современности. Защитные лесные насаждения являются тем звеном природной среды, которая служит входным каналом в биосферу, иначе говоря, искусственно создаваемые защитные насаждения используются как преемники того первого толчка, с которого начинается желаемый цепной процесс, последующими звеньями какового являются изменение почвенного, растительного покрова территории, ее водного, воздушного режимов и животного мира - первооснов человеческого бытия (Хайретдинов, 2003).
При этом влияние искусственных лесных насаждений на более или менее обширные земельные территории всегда имеет положительное значение и может быть принято как аксиома. Вопрос стоит в другом: насколько нарастает или угасает тот положительный эффект, вызываемый искусственным лесоразведением на сельскохозяйственных угодьях, т.е. насколько он продолжителен. Вполне очевидно, что это связано, в первую очередь, с продолжительностью самих насаждений, их устойчивостью и самовозобновлением во втором поколении. Безусловно, что с точки зрения улучшения экологических условий, получения социально- экономического эффекта наиболее желательно, чтобы единожды созданные полезащитная лесная полоса или овраго - балочное насаждение, возрождаясь вновь и вновь, функционировали бы в течение неопределенно длительного времени, как и естественные леса.
Следовательно, в изучении процессов искусственного лесоразведения наряду с выявлением его средообразующей роли и значения в сохранении плодородия почв и повышении урожайности сельскохозяйственных культур актуальным является определение дальнейший судьбы самих защитных насаждений, характер естественного возобновления, т.е. изучение процессов продолжительности жизни популяции. В связи с этим можно провести наблюдение за состоянием и функционированием защитных посадок, а также за тем, как они влияют на высокоурожайность культур сельского хозяйства и увеличение плодородия почвы. Чтобы стабилизировать экологическую обстановку производства сельского хозяйства, необходимо поддерживать лесистость. Она отвечает за равновесие в экологии местности и поддерживает состояние средообразователей относительно неизменными.
Определение запасов фитомассы нижних ярусов
Чтобы определить биопродукционные показатели, используют метод, разработанный А. И. Уткиным. Фитомассу и годичную продукцию подсчитывали только по сухому веществу.
Прежде чем выбрать объект исследования нами детально были изучены лесотаксационные материалы и маршрут обследования лесного покрова территории. Насаждения должны быть однородными по вертикальной и горизонтальной структуре, по условиям среды обитания и показателям таксации, с небольшими нарушениями при антропогенном воздействии. Пробные территории закладывают при учете теоретических данных таксации леса (ОСТ 56-69-83). Вычисление таксационных показателей осуществлялись общепринятыми в лесной таксации методами [Анучин, 1971; Верхунов, 1985].
На пробных площадях, закладываемых в простых одноярусных древостоях, выполняется сплошной перечет деревьев по породам и ступеням толщины. Число деревьев разной ступени толщины характеризовало ряд распределения стволов в древостое. В соответствии с этим распределением отбиралось по 8-9 модельных деревьев. Такой объем выборки признается вполне правомерным [Усольцев, 1988] и обеспечивает точность определения массы фракций древостоев [Анучин, 1971; Семечкина, Семечкин, 1973].
Исследуемый древостой должен быть не густого ветвления, с развитой кроной. Перед валкой дерева глазомерно определяли ширину ее кроны в направлениях С-Ю, З-В. Деревья спиливали как можно ниже к поверхности почвы. Измеряли общую длину дерева от среза и длину кроны. Потом производили замер до первой живой ветки. Затем отрубали ветки, по годичным кольцам у оснований веток подсчитывали их возраст и, по этому критерию, сортировали. Затем ветви взвешивают с хвоинками и без них. Отдельно учитывается некромасса ветвей кроны. Сразу после взвешивания этих компонентов фитомассы из разных частей кроны отбирались в 5-кратной повторности образцы, хвоя и ветки (50-150 г), для высушивания до постоянной массы.
Стволы распиливали на двухметровые кряжи, которые взвешивали в коре и без коры на платформенных весах с точностью + 50 г. С торцов взвешиваемых кряжей ствола брали диски для анализа хода роста ствола и образцы для определения влажности древесины (образцы коры отбирались с середины кряжей).
Все образцы в герметичной целлофановой упаковке доставлялись в лабораторию, где проводилась их сушка при температуре 100-1050С и счетные работы по определению переводных коэффициентов, характеризующих долю абсолютно сухого вещества в сыром материале.
Таким образом, данная методика обеспечивала определение у модельных деревьев массу хвои, ветвей, сучьев, коры и древесины стволов непосредственным взвешиванием. Годичная продукция ветвей, древесины и коры стволов определена расчетным путем, следующим образом: годичная продукция древесины и коры стволов в единицах массы принималась равной среднему периодическому приросту по объему ствола за последние десять лет, определяемому при анализе хода роста ствола. По произведению доли прироста на массу древесины и коры ствола рассчитывалась годичная продукция обеих фракций фитомассы стволов. При этом допускалось, что доля прироста коры соответствует доле прироста древесины. Определенный таким образом прирост коры ствола будет заниженным, особенно в старых древостоях, так как значительная часть коры за весь период жизни ствола опала [Базилевич и др., 1978], тем не менее, этот метод является наиболее распространенным. Годичная продукция ветвей определялась как сумма отношений массы отдельных веток к их возрасту. В свою очередь, возраст ветвей определяли по числу годичных слоев при их разделке. Прирост хвои приняли равным ее массе.
Для адекватной интерпретации данных модельных деревьев на древостои в целом нами применен корреляционный, дисперсионный и регрессионный анализы. Техника расчетов и сущность их подробно изложены в ряде руководств по математической статистике [Лакин, 1990; Митропольский, 1961; Свалов, 1977; Снедекор, 1961].
Выбор аргумента в уравнениях определялся выполнением требований: а) наибольшей функциональной связи зависимого и независимого переменных; б) возможностью репрезентативного определения аргумента по ступеням толщины; в) простой формой связи, облегчающей расчеты. К функции предъявляется требование соответствия ее аппроксимационных возможностей форме связи [Кивисте, 1988]. В наших расчетах в соответствии с принятой методикой в качестве аргумента использовались параметры d (для выравнивания высот) и d2h (для выравнивания компонентов фитомассы и продукции), поскольку d и h являются основными легко определяемыми признаками в лесной таксации. Регрессионный анализ по методу наименьших квадратов проводили с использованием степенной функций: Y = С0ХС1 (3.1) где Y - масса [или продукция] фракций, кг; Х - d2h или d, м3 или см; С0, С1- коэффициенты уравнения; Это уравнение связи массы фракций деревьев с таксационными признаками, употребляемое в практике учета фитомассы, остается достаточно точными и приемлемыми для научных исследований [Семечкина, 1978]. Точность аппроксимации оценивали по величине коэффициента детерминации. Дополнительно для оценки значимости уравнения при его выборе определялись стандартная ошибка в единицах исходных данных, средняя абсолютная ошибка уравнения, значение критерия Фишера [Снедекор, 1961] и проверялась значимость коэффициентов С0, и С1 по критерию t -распределение Стьюдента или Фишера [Зайцев, 1984; Перепелицкий, 1987].
Динамика таксационных показателей
Лесоводственно-таксационные характеристики позволяют в первом приближении оценить фитомассу лесных насаждений. Для различных регионов произрастания сосны обыкновенной (Pinus sylvestris) лесоводственно таксационные характеристики могут существенно отличаться. В рамках данной работы исследованы характеристики искусственных насаждений сосны обыкновенной в Башкирском Предуралье. С целью повышения репрезентативности результатов для исследований выбраны семь участковых лесничеств, расположенных в различных районах Предуралья: - Демское (пробная площадь ПП Д 20-27); - Нурлинское (ПП Н 17-11); - Бик-Карамалинское (ПП Бк 33-1); - Толбазинское (ПП Т 2-10); - Бирское (ПП Б 52-40); - Белогорское (ПП Бл 18-8); - Дмитриевское (ПП Дм 41-7); - Покровское (ПП П 20-24); - Демское (ПП Д 70-16). Исследуемые насаждения представляли собой рядовые культуры. С целью анализа динамики роста сосновых насаждений выбран широкий диапазон возрастов насаждений: от 21 до 73 лет (II-IV классы возраста). Пробные площади выбраны преимущественно на ровной поверхности; максимальный уклон поверхности на ПП Б 52-40 не превышал 100. Почвы в исследуемых лесничествах темно-серые лесные. По механическому составу почвы являются тяжело- и среднесуглинистыми. Насаждения сосны на ПП Д 20-27 чистые, созданы 2-3-летними саженцами после сплошной подготовки почвы на землях, выведенных из-под сельскохозяйственного пользования. Имеется густой подлесок крушины ломкой. На ПП Н 17-11, со схемой размещения 3 х 0,5, с противоположных концов примыкают пять рядов лиственницы сибирской. На пробной площади Бк 33-1 культуры чистые. Шаг посадки деревьев на пробных площадях Д 20-27 и Н 17-11 составлял 0,75 м; ширина междурядий составляла 2,4 м. На ПП Бк 33-1 шаг посадки 0,5 м, ширина междурядий 2 м.
Культуры на ПП Т 2-10 имеют шаг посадки 0,75 м, ширину междурядий 3,0 м, ряд характеризуются случайным смешением: в качестве сопутствующих видов посажены береза пушистая (Betula pubescens Ehrh.) и ясень обыкновенный (Fraxinus excelsior L.). На ПП Б 18-8 состояние лесных культур хорошее, схема посадки 0,7 х 3. Культуры сосны обыкновенной на ПП Д 70-16 созданы трех летними саженцами, наблюдается сопутствующий вид ели оыновенной.
Насаждения сосны на ПП Б 52-40 созданы 2-3 летними саженцами, схема посадки 1,0 х 2,0 м (шаг посадки х ширина междурядий). Имеется редкий подлесок черемухи. Наблюдается незначительное количество березы естественного происхождения. На ПП П 20-24 саженцы посажены по схеме 1,5 х 0,7 м.
Деревья сосны на всех пробных площадях, кроме ПП Н 17-11, имеют прямой, малосбежистый ствол, высоко (4–6 м) очищенный от сучьев, с высоко расположенной кроной. На ПП Б 52-40 кроны деревьев вертикально-вытянутые из-за узости междурядий. На ПП Ю 10-9 высота штамба сосен преимущественно составляет 2-3 м. На ПП Бк 33-1 и ПП Т 2-10 наблюдается подлесок акации желтой. Подлесок на ПП Б 52-40 редкий, преимущественно состоит из черемухи. Подрост на ПП Дм 41-7 является густым и состоит преимущественно из клена остролистный.
Сосновые насаждения на исследуемых ПП развиваются по I-III классам бонитета (шкала Орлова М. М.) и в соответствии с данными вспомогательной таблицы, Предуральского лесостепного района относятся к высоко-, средне- и низкополнотным [Шестаков, 1972]. Перечетные ведомости деревьев на пробных площадях приведены в приложении 1. Усредненные характеристики древостоев приведены в таблице 4.1.
На первом этапе статистической обработки таксационных показателей деревьев на пробных площадках необходимо выяснить законы распределения таксационных показателей, как случайных величин. Если таксационный показатель распределен по закону, близкому к нормальному, то можно характеризовать показатель тремя числами: средним значением, коэффициентом вариации и стандартной ошибкой среднего, и рассчитать эти характеристики по общепринятым статистическим формулам.
Для оценки законов распределения таксационных показателей H и D (высота и диаметр дерева) были построены гистограммы распределения деревьев по высотам и диаметрам для каждой пробной площади (пример распределений для H приведен на рисунке 4.1). Как видно из гистограмм, распределение близко к нормальному закону вида H-Hср (4.1) N(H) = Nm еэф 2G2H H где N(H) – количество деревьев высотой H (или при построении гистограммы высотой, попадающей в диапазон H – H/2 ... H + H/2, где H – ширина прямоугольника гистограммы); Nm – количество деревьев средней высоты; Hср – средняя высота; Н – среднеквадратичное отклонение случайной величины H.
Из рисунка 4.1 видно хорошее совпадение графиков нормального распределения (4.1) (сплошная линия) с гистограммами для первых трех пробных площадей. Аналогичная близость к нормальному распределению обнаружена для остальных пробных площадок, а также для показателя D.
Поэтому в дальнейшем показатели Н и D характеризуются средними значениями и коэффициентами вариации CVH и CVD. Средняя высота исследованных культур составляет от 7,4 м в 21-летнем возрасте (ПП Дм 17-17) до 19,4 м в 73-летнем (ПП Д 20-27) (таблица 4.1). Диаметр дерева, определяющий продуктивность древостоя варьируется соответственно от 7,4 до 20,4 см. Коэффициент вариации диаметра CVD существенно отличается для различных пробных площадей и лежит в пределах 15,8–31,1 %, что в целом согласуется с данными для сосновых древостоев 25– 35 % [Захаров и др, 1962]. По-видимому, широкий диапазон CVD связан с различными условиями произрастания исследуемых насаждений (схема посадки, сопутствующие породы, лесная подстилка, рекреационная нагрузка и т.п.). Однако широкий спектр условий произрастания позволяет, в этом случае и в дальнейшем, оценить максимально и минимально возможные значения таксационных характеристик.
Суммарная площадь сечений S рассчитана как произведение количества стволов на 1 га на площадь сечения среднего дерева. Число стволов, суммарная площадь сечения и запас на 1 га существенно зависят от возраста дерева (см. ниже динамику изменения таксационных показателей).