НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КОЛОСОК

Олег Миколайович

УДК 630*56:582.[477.8]

ПРОДУКТИВНІСТЬ І СТРУКТУРА ФІТОМАСИ ШТУЧНИХ ЛІСОСТАНІВ ЯЛИНИ ЗВИЧАЙНОЇ В УКРАЇНСЬКИХ КАРПАТАХ

06.03.02 – лісовпорядкування і лісова таксація

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Київ – 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України

Науковий керівник – доктор сільськогосподарських наук, професор

Лакида Петро Іванович,

Національний аграрний університет,

директор ННІ лісового і садово-паркового господарства, завідувач кафедри лісового менеджменту

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор

Атрощенко Олег Олександрович, Білоруський державний технологічний університет, завідувач кафедри лісовпорядкування

кандидат сільськогосподарських наук, доцент Пастернак Володимир Петрович, Український ордена “Знак пошани” науково-дослідний інститут лісового господарства і агролісомеліорації імені Г.М. Висоцького, старший науковий співробітник лабораторії моніторингу і сертифікації лісів

Провідна установа – Інститут екології Карпат НАН України, відділ

охорони природних екосистем, м. Львів

Захист відбудеться “18” грудня 2002 року о 13.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.09 в Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус 3, ауд. 65.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці НАУ за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 13, навчальний корпус 4, к. 41.

Автореферат розісланий “12 ” листопада 2002 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Маніта О.Г.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Поглиблення та вдосконалення системи знань про продуктивність лісових насаджень є актуальними завданнями на будь якому історичному відрізку часу для держави, в структурі народногосподарського комплексу якої виділено таку галузь як лісове господарство, а в рамках останньої окреслено пріоритети щодо напрямків здійснення господарської діяльності. Систематичне поновлення теоретичних положень щодо біологічної продуктивності лісів, пов’язане з декількома обставинами. По-перше, це викликано необхідністю порівняння практичних результатів ведення господарства з раніше розробленою теорією, а по-друге, час диктує умови й визначає пріоритети, у зв’язку з чим, перед системою управління лісовими ресурсами ставляться нові завдання, які потребують успішного вирішення.

Основні напрямки ведення лісового господарства в Україні на найближчу перспективу вже визначені, а тому науковцям і практикам необхідно тісно співпрацювати аби досягти поставленої мети. Серед окреслених пріоритетів чільне місце посідають такі:

– збереження біологічного різноманіття лісових екосистем;

– підвищення стійкості лісових екосистем до негативних факторів середовища: зміни клімату і зростаючого антропогенного навантаження, лісових пожеж, хвороб і шкідливих комах;

– раціональне, невиснажливе лісокористування з метою задоволення потреб в деревині внутрішнього ринку країни.

Ці напрямки тісно переплітаються із загальноєвропейськими в частині управління лісами, й, для реалізації на теренах нашої країни, потребують розробки національної системи критеріїв та індикаторів сталого управління лісами. Робота за цією тематикою проводиться кафедрою лісового менеджменту НАУ в частині госпдоговірних досліджень. Одним із перших, в проектованій системі, виділено критерій “Підвищення продуктивності лісів, їх вкладу в глобальний вуглецевий цикл та збереження продуктивного потенціалу лісових земель”. Частина показників (індикаторів), що характеризуватимуть цей критерій, стосується запасу фітомаси лісостанів та кількості вуглецю, накопиченого в надземній частині фітомаси лісостанів.

Запаси та динаміка фітомаси є важливими показниками, що характеризують продуктивність та життєдіяльність лісів, а також спроможність їх впливати на основні геобіохімічні цикли, в тому числі і на глобальний вуглецевий цикл. Проте сьогоднішня технологія лісовпорядкування, як в Україні, так і в інших країнах, не передбачає таксації всієї фітомаси насаджень, а зупиняється лише на кількісній оцінці однієї з її складових – стовбуровій частині деревостану та на фрагментарному описі таких показників, як живий надґрунтовий покрив, підріст та підлісок. Такий підхід позбавлений можливості врахувати коло питань щодо обліку лісів, а тому не спроможний задовольнити потреби в інформації, які виникають під час вирішення актуальних проблем екологічного, ресурсознавчого та іншого спрямування.

Особливу увагу подібним питанням має приділяти й Україна – член міжнародної спільноти – яка підписала Рамкову Конвенцію ООН “Про зміни клімату” (1992 р.) та ратифікувала її у 1996 році, а отже взяла на себе зобов’язання вжити адекватних заходів щодо зменшення викидів парникових газів та стабілізації концентрації останніх у атмосфері. Крім цього, положення Лісового кодексу (стаття 3) наголошує на тому, що “ліси України ... за своїм призначенням та місцерозташуванням виконують переважно екологічні (водоохоронні, захисні, санітарно-гігієнічні, оздоровчі, рекреаційні), естетичні, виховні та інші функції, мають обмежене експлуатаційне значення”.

Сказане є підтвердженням актуальності розробки інформаційного забезпечення для процесу раціонального управління лісами, так як останнє (раціональне управління лісами) бачиться сьогодні неможливим без інформації про динаміку запасів фітомаси, накопиченого вуглецю та нетто-первинної продукції в лісах України. Тому розробка нових та вдосконалення існуючих математичних моделей і таблиць, які б забезпечували систему обліку лісових ресурсів надійним нормативно-довідковим матеріалом відносно згаданих вище показників конче необхідна.

Зв‘язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконання даної роботи безпосередньо пов’язане з науковими дослідженнями, здійснюваними кафедрами лісового менеджменту і таксації та лісовпорядкування Національного аграрного університету, в межах бюджетного та госпдоговірного фінансування, а саме:

1. “Розробити наукові основи еколого-економічної оцінки лісів та управління ними на засадах сталого розвитку” (№ 110 / 38-пр), № державної реєстрації 0196U013080;

2. “Розробити теоретичні основи, методичне і нормативно-інформаційне забезпечення системи кадастрової оцінки лісосировинних ресурсів та їх раціонального використання в умовах ринкової економіки” (№ 110 / 55-пл), № державної реєстрації 0101U001710.

3. “Розробка національної системи критеріїв та індикаторів сталого управління лісами України та механізм її впровадження” (№ 40/23), № державної реєстрації 0100U006014.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційного дослідження є вдосконалення методичних підходів до виявлення закономірностей у формуванні біологічної продуктивності лісостанів та оцінка ряду показників, які її характеризують, на прикладі штучних лісостанів ялини звичайної в Українських Карпатах; розробка комплексних нормативів динаміки показників біологічної продуктивності для модальних штучних ялинників; кількісна оцінка річного поглинання вуглецю з атмосфери штучними лісостанами ялини звичайної й порівняння отриманих результатів з об’ємом викидів вуглецю в атмосферу від стаціонарних та пересувних джерел забруднення на території чотирьох адміністративних областей у Карпатському регіоні. Для досягнення поставленої мети було сформульовано наступні завдання:

– розробити математичні моделі динаміки таксаційних показників для модальних штучних лісостанів ялини звичайної;

– розробити математичні моделі динаміки запасів фітомаси деревостанів у розрізі окремих фракцій (стовбур у корі, гілки крони, хвоя, коріння);

– обґрунтувати методичний підхід до знаходження загальної продуктивності фітомаси, нетто-первинної продукції та описати ці процеси математично;

– обчислити загальні запаси фітомаси, вуглецю та нетто-первинної продукції;

– проаналізувати джерела викидів сполук вуглецю в атмосферу на території регіону дослідження;

– порівняти обчислені результати стоку вуглецю із викидами СО2 в атмосферу стаціонарними та пересувними джерелами забруднення на території регіону дослідження.

Об’єктом дослідження є продуктивність модальних штучних лісостанів ялини звичайної на території Українських Карпат та процес нагромадження органічної речовини в них, з диференціацією отриманих результатів за весь період життєдіяльності – запас фітомаси, та за рік – нетто-первинна продукція, нетто-екосистемна продукція.

Предметом дослідження є закономірності в нагромадженні стовбурового запасу деревини та фітомаси в штучних модальних лісостанах ялини звичайної на території Українських Карпат.

Методи дослідження. Основним методом у даній роботі є діалектичний, який дозволяє розглянути об’єкт дослідження з точки зору системного підходу. В рамках вивчення окремих процесів застосовувалися графо-аналітичний, кореляційний аналіз, регресійний аналіз тощо.

Інформаційною базою дослідження є дані повидільного банку “Повидільна таксаційна характеристика лісів”, експериментальні дані оцінки таксаційних показників та фітомаси на тимчасових пробних площах в межах регіону дослідження, монографії та науково-аналітичні статті, інформаційні матеріали вітчизняних та зарубіжних авторів, опубліковані в періодичних виданнях.

Наукова новизна одержаних результатів. Новизна отриманих результатів полягає в наступному:

– на основі повидільної таксаційної характеристики лісів, розроблені математичні моделі динаміки таксаційних показників для модальних штучних деревостанів ялини звичайної;

– удосконалені математичні моделі динаміки запасів фітомаси, які окрім віку, бонітету насадження враховують ще й відносну повноту;

– розроблено математичні моделі динаміки загальної продуктивності фітомаси та обґрунтовано обчислення загального приросту фітомаси;

– побудовані таблиці динаміки фітомаси та депонованого в ній вуглецю для модальних штучних лісостанів ялини звичайної;

– доповнено методику збору та обробки експериментального матеріалу, яка характерна для досліджень, пов‘язаних із оцінкою запасів фітомаси та приросту її в частині отримання даних про фітомасу хвої першого року.

Теоретичне і практичне значення одержаних результатів. З точки зору теорії, значущість роботи полягає в доповненні розроблених основ системного аналізу й багатомірного підходу до дослідження структури фітомаси та продукції деревостанів.

Дані про обсяги депонованого вуглецю та темпи його нагромадження в лісах можуть бути використані під час звіту України перед міжнародною спільнотою щодо виконання нею зобов’язань в рамках міжнародних домовленостей про охорону навколишнього природного середовища та пом’якшення наслідків парникового ефекту. Отримані результати досліджень знаходитимуть своє застосування як при управлінні державними лісами на даному етапі історичного й економічного розвитку, так і в перспективі знайдуть своє використання, як один чи декілька індикаторів для характеристики критерію в національній системі критеріїв та індикаторів сталого управління лісами України.

З практичних результатів виробництву може бути запропоновано наступне:

– нормативи динаміки основних таксаційних показників для модальних штучних деревостанів ялини звичайної в Карпатах;

– таблиці динаміки фітомаси й приросту її та депонованого вуглецю для модальних штучних деревостанів ялини звичайної;

– загальні обсяги фітомаси, загальний приріст фітомаси, загальний обсяг депонованого вуглецю для модальних штучних лісостанів ялини звичайної на території Українських Карпат.

Практична перевірка розроблених результатів була реалізована в лісовому проекті Міжнародного інституту системного прикладного аналізу (м. Лаксенбург, Австрія), підтвердженням чого є відповідні документи. На теренах України практичне втілення результатів дисертаційної роботи здійснено виробничим об’єднанням “Укрдержліспроект”.

Матеріали дисертаційної роботи використовуються під час викладання дисципліни “Менеджмент лісових ресурсів” для студентів та магістрів із напрямку підготовки фахівців 1304 “Лісове і садово-паркове господарство”.

Особистий внесок здобувача. Основна частина сформованих в дисертації наукових положень, висновків та пропозицій належать особисто автору і є його науковим доробком.

Дисертація є завершеною науковою працею, в якій розв’язано важливі завдання: доповнено методику системного аналізу, що стосується досліджень структури фітомаси та продукції; сформульовано наукові положення та розроблено математичні моделі динаміки таксаційних показників для модальних штучних деревостанів ялини звичайної; удосконалено математичні моделі динаміки фітомаси, депонованого в ній вуглецю та загального приросту фітомаси; одержано кількісні результати обсягів фітомаси, депонованого в ній вуглецю та нетто-первинної продукції. Крім того, висвітлено один із підходів до кількісної оцінки річного поглинання сполук вуглецю з атмосфери лісовими насадженнями.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні положення, висновки й практичні рекомендації роботи були викладені й отримали позитивні відгуки на наукових конференціях.

a) Міжнародних:

“Проблеми та перспективи розвитку лісівничої освіти, науки та виробництва”. Львів, 14-16 квітня 1999 р.; “Концепція розвитку лісової типології в Україні в контексті лісової освіти і підвищення продуктивності лісових насаджень”. Харків, 21-25 травня 2000 р.; “Кліматорегулююча роль бореальних лісів”. Едмонтон (Канада), 8-10 травня 2000 р.; “Лісовий комплекс України на зламі тисячоліть: освіта, наука, виробництво”. Київ, 25-28 жовтня 2000 р.; “Леса Беларуси и их рациональное использование”. Минск, 29-30 ноября, 2000 г.; “Сбережение и улучшение лесов Восточной Европы”. Гомель, 17-19 ноября 2001 г.

b) Внутрішньодержавних:

“Лісівницькі дослідження на початку третього тисячоліття”. Київ, 17-19 жовтня 2001 року.

c) Загальнофакультетських:

науково-практична конференція викладачів та студентів лісогосподарського факультету НАУ. Київ, 17 березня 2000 р.

Публікації. Результати наукових досліджень за темою дисертаційної роботи викладені в статтях Наукового вісника НАУ (чотири статті) та в матеріалах конференцій (чотири публікації).

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і додатків. Результати досліджень викладено на 144 сторінках комп’ютерного тексту, містять 14 таблиць та 13 рисунків на 7 сторінках. Список використаних джерел (236 найменувань) викладений на 20 сторінках та 5 додатків – на 17 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

Розділ 1. Огляд методичних підходів до оцінки продуктивності деревостанів за компонентами фітомаси. У розділі представлені результати здобутків вітчизняних та зарубіжних учених щодо вивчення біологічної продуктивності лісостанів. Приведено означення термінів (в основному, терміни запозичені з робіт Н.І. Базилевич, 1993; А.С. Ісаєва, 1994). До ключової термінології входять: фітомаса, нетто-первинна продукція, нетто-екосистемна продукція тощо. Під фітомасою розуміється жива органічна рослинна речовина в надземній та підземній частинах деревостану з поділом на структурні елементи: зелені асимілюючі органи; одерев’янілі підземні та надземні частини. Під нетто-первинною продукцією – продукцію, що утворилась під час фотосинтезу та нагромадилася в процесі життєдіяльності в надземній та підземній частинах лісостану за одиницю часу на одиниці площі.

За результатами проведеного аналізу встановлено, що найпоширенішим методом спостереження за таким об’єктом наукових досліджень як окреме насадження чи масив насаджень є закладання пробних площ на тимчасовій чи постійній основі та здійснення на них комплексу лісотаксаційних робіт, з метою отримання різносторонніх таксаційних характеристик підібраної ділянки, як наприклад: середній діаметр, середня висота, запас стовбурової деревини на ділянці насадження тощо. Найбільше дискутувань, на етапі підбору пробних площ та подальших узагальнень за результатами таксації на них, виникає з приводу вибору класифікаційної основи з двох альтернатив: чи то бонітет насадження (штучна класифікаційна основа, встановлюється у більшості випадків, за середнім віком та середньою висотою), чи то тип лісу (природна класифікаційна основа, встановлюється за допомогою рослин індикаторів та грунтово-гідрологічними умовами для окремих ділянок чи масивів). У більшості випадків перевага віддається бонітету, тому що він підкріплений формальними методами оцінювання, а також існує реальна можливість використання отриманих результатів у системі управління лісовим господарством (Н.Н. Свалов, 1979). Після проведення спостережень на тимчасових пробних площах (ТПП), отримані результати піддавалися математико-статистичній обробці (групування даних, встановлення кореляційних залежностей між окремим таксаційними показниками, моделювання динаміки таксаційних показників тощо).

Результатами роботи науковців за вищеописаною технологією були, як правило, таблиці ходу росту таксаційних показників для повних та оптимальних лісостанів, обґрунтовані теоретичні положення поточної зміни запасу та поточного приросту стовбурової деревини, які дозволяли вирішувати практичні завдання лісового господарства: встановлювати віки стиглостей та рубки, уточнювати розмір користування лісовими ресурсами (в даному випадку стовбуровою деревиною), визначати ефективність лісогосподарських заходів, оцінювати режими ведення господарства тощо. Здобутки на цьому терені представлені в роботах Д.П. Логутова (1958), Г.А. Ходота (1959), В.В. Загреєва (1978), Н.Н. Свалова (1979), В.В. Антанайтиса, В.В. Загреєва (1981), Є.І. Цурика (1981), В.П. Пастернака (1990) та ін.

Проведена нами аналітична робота дозволила встановити, що найбільш різносторонньо вивчена одна зі складових фітомаси лісостану – фракція стовбурової деревини. Для неї існують достатньо регламентовані щодо точності нормативи обліку, в яких динаміка стовбурового запасу чи об’єму дерева (стовбурової фітомаси) оцінена й подана в об’ємних одиниця – м3Ч?а-1, м3 або ж у вагових одиницях – т?га-1, т. Порівняно зі стовбуровою деревиною інші фракції фітомаси, як наприклад: гілки крони, хвоя чи листя, коріння, дещо в меншій мірі піддавалися науковому аналізу. Проте й для цих фракцій встановлено математичні залежності між їх масою та таксаційними ознаками лісостанів.

Оскільки таксація фітомаси насаджень та визначення її запасів є достатньо трудомістким завданням у польових умовах, то широкої популярності для обліку органічної рослинної речовини набули камеральні методи, в основі яких лежать експериментальні дані, отримані з тимчасових чи постійних пробних площ. За результатами спостережень автори намагаються встановити співвідношення між масою окремих фракцій та стовбуровим запасом деревини (конверсійні коефіцієнти) (А.И. Уткин, Д.Г. Замолодчиков, Г.А. Гульбе та ін., 1996, 1998; П.І. Лакида, 1996; А.З. Швиденко, С. Нільсон, В.П. Рожков, 1996; В.А. Усольцев, 1998 та ін.). В подальшому такі співвідношення піддаються моделюванню. Найчастіше факторними ознаками у моделях є середній діаметр насадження, середня висота, бонітет, відносна повнота, вік тощо. Форма математичного рівняння є також достатньо різноманітною, але найбільшого поширення отримали алометричні функції (А.И. Уткин, Д.Г. Замолодчиков, Г.А. Гульбе та ін., 1996, 1998; П.І. Лакида, 1996 та ін.). Моделі конверсійних коефіцієнтів застосовуються до окремих деревних порід в межах того чи іншого географічного регіону.

Результатом ціленаправленої роботи науковців з питання вивчення фітомаси насаджень є: середні значення маси фракцій диференційовані за окремими деревними породами; запаси фітомаси, диференційовані за деревними породами, представлені для окремих регіонів чи цілої країни; щільність фітомаси на 1 га вкритих лісовою рослинністю площ; структура фітомаси та її динаміка;
нетто-первинна та нетто-екосистемна продукції тощо.

Останнім часом, особливо, починаючи з 90 років ХХ століття питання, які пов’язані з вивченням фітомаси тісно переплітаються з оцінкою запасів вуглецю в органічній рослинній речовині та потоками вуглецю між резервуарами його накопичення. Тобто між рослинністю та ґрунтом, ґрунтом та атмосферою, атмосферою та рослинністю тощо. Для переводу фітомаси в абсолютно сухому стані у вуглець використовуються коефіцієнти (Matthews, 1993): 0,5 для переводу стовбурової фітомаси, маси коріння та гілок крони у масу вуглецю та 0,45 – для фітомаси хвої чи листя. Проводячи роботи подібного роду, науковці прагнуть встановити можливі шляхи утилізації атмосферного вуглецю й закріплення його у таких резервуарах як фітомаса, ґрунтова органіка тощо, з метою зменшення антропогенного впливу на атмосферу й запобіганню проявів парникового ефекту. Адже спеціально створені лісові насадження, з метою поглинання надлишків атмосферного вуглецю сьогодні бачаться одним із найбільш реальних шляхів запобігання глобальному потеплінню та наслідків цього катаклізму.

На терені України подібні дослідження проводили З.П. Білоус, М.А. Голубць та ін. (1975); К.А. Малиновський, М.А. Голубець, А.П. Коваленко (1975); П.І. Лакида (1996) та ін. Дві перші роботи (з названих у попередньому реченні), у більшості своїй стосувалися фітоценологічного погляду на ялинові лісостани й розроблені моделі фітомаси стосувалися, як окремого дерева так і насадження, де факторними ознаками в моделях були середній діаметр і середня висота. За результатами роботи П.І. Лакиди (1996) розроблено, базуючись на багатому експериментальному матеріалі, моделі для оцінки компонентів надземної фітомаси основних лісоутворюючих порід. Факторами у моделях є вік та клас бонітету. Однак, порівняно з роботами для інших країн, дещо менше уваги в Україні приділено моделюванню динаміки нетто-первинної продукції та нетто-екосистемної продукції і процесам стоку вуглецю. Актуальність таких досліджень зросла, особливо після підписання Кіотського протоколу до Рамкової Конвенції ООН Про зміни клімату (1997), яким визнано вуглець як товар. Протокол дозволяє країнам приймати участь у торгівлі квотами на викиди парникових газів. З приводу цього, аналіз реальної ситуації та потенційних можливостей лісових ресурсів у поглинанні атмосферного СО2 для кожної зацікавленої країни є актуальним. На прикладі штучних ялинників Карпат в даній роботі будуть висвітлені питання методичного підходу до оцінки стоку вуглецю та шляхи збільшення масштабів депонування його в лісовій рослинності.

Розділ 2. Характеристика регіону дослідження та експериментальних даних. Даний розділ містить у собі інформацію про регіон, в якому розміщені досліджувані деревостани, таксаційну характеристику лісостанів ялини звичайної та особливості методичного підходу до збору даних на тимчасових пробних площах.

Об’єкт нашої уваги – штучні ялинові лісостани гірської частини, які підпорядковані Державному комітету лісового господарства (ДКЛГ), – знаходиться в Карпатському регіоні (адміністративна територія Закарпатської, Івано-Франківської, Львівської та Чернівецької областей), якому притаманні специфічні риси (географічні, геологічні, економічні тощо), що відрізняють його з поміж інших таких же одиниць (регіонів). На цій території розрізняють декілька елементів рельєфу. Якщо почати опис із Прикарпаття, то це є розчленована рівнина – неоднорідна місцевість із характерною послідовністю горбистих міжріч з широкими річковими долинами. Абсолютні коливання висот спостерігаються в межах 300-400 м н.р.м. Наступним, в напрямку руху на захід, елементом рельєфу є гірська система Українських Карпат. Найвища точка над рівнем моря 2061 м (гора Говерла). Від західної межі Карпат до державного кордону з Угорщиною та Словаччиною простягаються простори Закарпатської низовини. Нижче наведені деякі ознаки характеристики гірської системи українських Карпат.

Українські Карпати – частина гірської системи Східних Карпат, яка відрізняється від сусідніх гірських територій меншими абсолютними висотами, характерним складчато-непорушним заляганням порід (переважно флішу), більшою континентальністю клімату і значною лісистістю. У зв’язку зі складними орографічними умовами на території Карпат спостерігається найбільша мінливість екологічних факторів: клімату, ґрунтів і гідрологічного режиму, їх вертикальна поясність.

За даними М.А. Голубця (1978) у Карпатах можна виділити три основних пояси лісової рослинності: передгірний з перевагою дуба, нижньгірський – в основному букові ліси і високогірний – темнохвойні ліси. Вище вказаних поясів розміщується субальпійська і альпійська рослинність.

Пояс ялинових лісів дослідники (М.А. Голубець, 1978) умовно поділяють на два підпояси: підпояс змішаних ялинових лісів із домішкою ялиці та буку і підпояс чистих ялинових лісів.

Лісовий фонд Карпатського регіону займає, порівняно з іншими географо-економічними одиницями держави, велику площу – 2,3 млн. га, що становить близько 41% загальної території регіону та 23% від усього лісового фонду держави. Загальний запас деревини в лісах регіону рівний 518,4 млн. куб. м. За результатами наших розрахунків встановлено, що лісистість Карпатського регіону складає 37,4%, це у 2,4 рази більше, аніж в цілому для країни. Розподіл земель лісового фонду ДКЛГ за адміністративно-територіальними одиницями представлений в табл. 1.

Таблиця 1

Розподіл земель лісового фонду ДКЛГ за адміністративно-територіальними одиницями Карпатського регіону

Адміністративно-територіальні одиниці (області) | Загальна територія, тис. кв. км | Землі лісового фонду, тис. га

усього | в тому числі вкриті лісовою рослинністю землі

усього | в тому числі

лісові культури

Закарпатська | 12,8 | 497,3 | 459,6 | 133,8

Івано-Франківська | 13,9 | 454,8 | 408,4 | 183,4

Львівська | 21,8 | 470,8 | 426,7 | 202,0

Чернівецька | 8,1 | 183,5 | 167,0 | 50,0

Усього | 56,6 | 1606,4 | 1461,7 | 569,2

Біля 31,7% вкритих лісовою рослинністю земель припадає на деревостани ялини звичайної. Причому штучні ялинники, які віднесені до гірської частини адміністративно-територіальних одиниць займають біля 76 % усієї площі цих насаджень в регіоні (лише 24 % площі ялини звичайної в Карпатському регіоні віднесені до таких категорій як природні гірські ліси, штучні та природні рівнинні ліси, станом на 1.01.1996 року).

Для того, аби проаналізувати штучні деревостани ялини звичайної в Карпатах, нами була використана база даних обліку лісового фонду “Повидільна таксаційна характеристика лісів” станом на 1.01.1996 року, розроблена ВО “Укрдержліспроект”. Дані, що поміщені в ній, представляють достатньо широкий діапазон характеристик насаджень. У процесі роботи було використано лише частину з них, а саме: висота над рівнем моря; категорія земель; площа виділу (S), га; тип умов місцезростання; головна порода; бонітет насадження (В); вік (А), років; середній діаметр (D), см; середня висота (Н), м; відносна повнота (Р); запас (М), м3Ч?а-1; склад насадження.

З усієї сукупності таксаційних виділів (N) було відібрано лише ті, що належать до категорії лісових культур, у яких ялина звичайна є головною породою з долею участі в складі 3 (у молодняках) і більше одиниць (усі інші вікові групи) з гірським рельєфом зростання. Виявилося, що останні займають площу близько 354 тис. га. При цьому варто зауважити, що більше 94 % штучних смеречників розміщені до висоти 1150 м н.р.м., а тому ми не диференціювали насадження за висотними поясами і проводили усі наступні розрахунки вважаючи, що деревостани ялини відносяться до нижньогірського поясу. Основні характеристики досліджуваних лісостанів представлені в табл. 2.

Таблиця 2

Площа та середні таксаційні показники штучних ялинників Карпат

Бонітети | Площа, га | Середні таксаційні показники

вік (А), років | висота (Н), м | діаметр (D), см | повнота (Р) | запас (М), м3Ч?а-1

Ib | 23075,3 | 59 | 27,5 | 28,5 | 0,75 | 577

Ia | 128117,3 | 54 | 22,6 | 24,0 | 0,75 | 442

I | 142409,5 | 37 | 13,9 | 14,7 | 0,74 | 225

II | 45932,6 | 33 | 10,7 | 11,2 | 0,71 | 144

III | 12499,5 | 29 | 7,3 | 8,0 | 0,70 | 74

IV | 1596,8 | 26 | 4,9 | 5,4 | 0,62 | 33

Усього | 353631,0 | 44 | 17,5 | 18,4 | 0,74 | 315

Коротко зупинимось на характеристиці наукової бази даних. Вона включає в себе результати спостережень на 39 ТПП. Віковий діапазон насаджень коливається від 11 до 135 років. Пробні площі закладені переважно в чистих насадженнях з типами умов місцезростання С3 та D3, Іс-ІІІ класів бонітету та з повнотами від 0,45 до 1,40 (парадоксальне явище, але факт, що відносна повнота більше 1,0, із однієї сторони це може бути результатом помилки досліджень, яка скоріш за все, викликана відсутністю статистичної регламентації нормативної інформації, а з іншої – невідповідністю табличної суми площ поперечних перерізів відносній повноті 1,0).

Середні значення таксаційних показників, які представлені в базі експериментальних даних є такими: вік – 44 роки; діаметр – 19,5 см; висота – 18,2 м; відносна повнота – 0,78; запас – 358 м3Ч?а-1; фітомаса стовбура (абсолютно сухий стан) – 128,9 т?га-1; фітомаса гілок крони – 16,5 т?га-1; фітомаса хвої – 12,8 т?га-1. З літературних джерел використані дані про оцінку фітомаси коріння (В.А. Усольцев, 1998). У цілому можна зробити висновок про те, що експериментальний матеріал задовільно представляє усю сукупність штучних насаджень смереки в Карпатах.

Розділ 3. Моделі динаміки таксаційних показників штучних деревостанів ялини звичайної. Даний розділ містить в собі інформацію про методику та результати моделювання динаміки показників продуктивності для модальних штучних лісостанів ялини звичайної. Для виконання цієї роботи використані експериментальні дані повидільної таксаційної характеристики лісів та результати спостережень на ТПП, які були закладені в штучних ялинниках. Результати згаданих спостережень зведені в базу даних на кафедрі лісового менеджменту НАУ. Окремі деталі виконаної роботи щодо моделювання динаміки таксаційних показників викладені нижче.

Процес моделювання показників продуктивності деревостанів розпочинається з класифікації. Система моделей характеризуватиме чисті за складом, одноярусні за формою, одновікові за віковою структурою штучні за походженням лісостани ялини звичайної. Нормативи побудовані в даній роботі слід вважати регіональними. Класифікаційною основою для моделей прийнято бонітетну шкалу М.М. Орлова, де бонітет виражений через середнє значення висоти в 100- річному віці.

Оскільки моделі не передбачають розробки лісівничого ідеалу, орієнтуючись на який виробництво має забезпечувати господарську діяльність у лісі, а лише констатують факт продуктивності, то представлена таблична форма результатів не поділятиметься на частину, що залишається на подальше вирощування й частину, яка підлягає вирубуванню. Проте таблиці міститимуть у собі інформацію про загальну продуктивність штучних ялинників. Під останньою матимемо на увазі суму запасу наявного деревостану та суму проміжного користування.

Для моделювання використані відносні значення висот, діаметрів та запасів. На основі аналізу модельованих показників дійшли висновку, що кожена з них (висота, діаметр, запас) на даному етапі фізіологічного розвитку штучних ялинників перебуває в стадії росту, тобто не було помічено нами зменшення середніх значень висоти, діаметра чи запасу після деякого віку. Це дає підставу вважати, що на відрізку часу від 20 до 140 років згадані вище таксаційні показники штучних ялинників можуть бути математично описані за допомогою будь-якої з функцій росту. Такий підхід (вибір і обґрунтування функції) принципово не вплине на кінцеві результати моделювання, а лише підкреслить технічну реалізацію задуму. Тому, за результатами проведеного аналізу з підбору функції росту вважаємо, що для математичної апроксимації динаміки таксаційних ознак функція Мітчерліха (А.К. Ківісте, 1988) дасть можливість отримати задовільні результати:

, (1)

де у – модельований таксаційний показник;

А – середній вік насаджень, років;

а0, а1, а2 – коефіцієнти рівняння.

Вибір саме її аргументовано тим, що (1) відповідає усім вимогам, сформульованим до функцій росту, а саме: проходить через початок координат, монотонно зростає на всьому проміжку визначення, маючи при цьому S-подібний вигляд. Крім того гнучкість та зручність формули зробили масовим застосування функції (1) при моделюванні ходу росту та динаміки таксаційних показників.

Варіювання коефіцієнтів (1) у залежності від бонітетів створило передумову для застосування функції, яка б давала можливість об‘єднати результати моделювання і отримати, таким чином, одну модель для кожного таксаційного показника у межах виділеної сукупності ялинових насаджень. Такою функцією став поліном другого порядку, де фактором виступає номер класу бонітету, а відгуками – коефіцієнти функції (1):

, (2)

, (3)

, (4)

де B – номер класу бонітету, який для Ib дорівнює 1, а для IV – 6;

s11, s12, s13, s21, s22, s23 s01, s02, s03 – регресійні коефіцієнти.

Модель видового числа (F) для штучних деревостанів ялини була знайдена на основі методу багатофакторної регресії даних тимчасових пробних площ з архіву кафедри таксації та лісовпорядкування НАУ. Для цього використана функція виду

, (5)

де а0, а1…а7 – регресійні коефіцієнти.

Цією функцією передбачено, що видове число залежить від віку, діаметра та висоти насадження. Множинний коефіцієнт кореляції, аналізованого рівняння рівний 0,82.

В результаті реалізації розроблених моделей (див. табл. 3) отримано числову інформацію про зміну з віком висоти, діаметра, запасу та видового числа у модальних штучних лісостанах ялини (див табл. 4). Числові значення абсолютної повноти і кількості дерев на гектарі були знайдені за допомогою загально відомих у лісовій таксації формул і в подальшому не вирівнювались.

Окрім розглянутих вище таксаційних показників, у табличній формі результату моделювання знайшли своє відображення й інші: середня та поточна зміна запасу, загальна продуктивність, загальний середній і поточний прирости, частина, що вибирається.

Таблиця 3

Регресійні коефіцієнти моделей динаміки деяких таксаційних показників

Коефіцієнти | Висота | Діаметр | Запас | Загальна продуктивність

s11 | 5,685·10-3 | 2,384·10-2 | 2,871·10-2 | 2,425·101

s12 | 1,034·10-2 | -1,586·10-1 | -1,412·10-1 | -3,833·102

s13 | 1,090·100 | 1,646·100 | 1,285·100 | 2,041·103

s 01 | -4,642·10-5 | -7,354·10-4 | -1,075·10-3 | -7,098·10-4

s 02 | -1,991·10-3 | 5,532·10-3 | 5,882·10-3 | 4,373·10-3

s 03 | 3,016·10-2 | 7,421·10-3 | 2,573·10-2 | 1,347·10-2

s 21 | 8,480·10-3 | -3,742·10-2 | -9,592·10-2 | -5,092·10-2

s 22 | -6,746·10-2 | 3,472·10-1 | 6,661·10-1 | 4,198·10-1

s 23 | 1,645·100 | 8,061·10-1 | 1,624·100 | 1,328·100

Видове число

а0 | а1 | а2 | а3 | а4 | а5 | а6 | а7

4,562·10-1 | -2,841·10-2 | 1,497·100 | 4,163·10-1 | -4,840·100 | 1,288·101 | -2,753·100 | 3,820·101

Отримані моделі на рівні бонітетів характеризуються високим ступенем тісноти зв’язку між використаними факторами та відгуками.

Аналізуючи залишки, які отримані як різниця між фактичними та модельними значеннями відповідного показника, варто зазначити, що в цілому моделі можна вважати адекватними. Коректним діапазоном застосування розроблених моделей є вік від 20 до 140 років. Зразок нормативу динаміки таксаційних показників модальних штучних лісостанів ялини звичайної у Карпатах для І бонітету представлений в табл. 4.

Таблиця 4

Динаміка таксаційних показників модальних штучних лісостанів ялини звичайної на території українських Карпат

Вік, років | Середня висота, м | Середній діаметр, см | Кількість дерев,

шт?га-1 | Сума площ перерізів, м2Ч?а-1 | Запас, м3Ч?а-1 | Зміна запасу, м3Ч[?аЧ?ік]-1 | Загальна продуктивність, м3Ч?а-1 | Загальний приріст,

м3Ч[?аЧ?ік]-1 | Частина, що вибирається, м3Ч[?аЧ?ік]-1

пото-чна | серед-ня | поточ-ний | серед-ній

I бонітет

20 | 7,6 | 7,2 | 4656 | 18,7 | 81 | 7,9 | 4,0 | 104 | 9,0 | 5,2 | 1,1

30 | 12,0 | 11,7 | 2544 | 27,2 | 166 | 9,0 | 5,5 | 203 | 10,5 | 6,7 | 1,5

40 | 15,9 | 16,0 | 1615 | 32,4 | 252 | 8,3 | 6,3 | 310 | 10,7 | 7,7 | 2,4

50 | 19,2 | 20,0 | 1136 | 35,5 | 328 | 7,0 | 6,5 | 416 | 10,3 | 8,3 | 3,3

60 | 22,0 | 23,5 | 858 | 37,3 | 391 | 5,6 | 6,5 | 515 | 9,4 | 8,5 | 3,8

70 | 24,3 | 26,7 | 685 | 38,2 | 440 | 4,3 | 6,2 | 605 | 8,4 | 8,6 | 4,1

80 | 26,1 | 29,4 | 569 | 38,6 | 477 | 3,2 | 5,9 | 685 | 7,4 | 8,5 | 4,2

90 | 27,6 | 31,8 | 488 | 38,7 | 505 | 2,4 | 5,6 | 753 | 6,3 | 8,3 | 3,9

100 | 28,8 | 33,8 | 430 | 38,6 | 525 | 1,7 | 5,2 | 812 | 5,4 | 8,1 | 3,7

110 | 29,8 | 35,5 | 387 | 38,4 | 540 | 1,2 | 4,9 | 862 | 4,6 | 7,8 | 3,4

120 | 30,5 | 37,0 | 355 | 38,2 | 551 | 0,9 | 4,5 | 905 | 3,8 | 7,5 | 2,9

130 | 31,1 | 38,3 | 330 | 38,0 | 558 | 0,6 | 4,3 | 940 | 3,2 | 7,2 | 2,6

140 | 31,6 | 39,4 | 310 | 37,7 | 564 | 0,4 | 4,0 | 970 | 2,6 | 6,9 | 2,2

Для розробленої системи моделей склали алгоритм оцінки основної помилки (окремо для кожної моделі). Для прикладу приводимо середні арифметичні значення таксаційних ознак, обчислені за моделями та їх основні помилки: висота – 15,7±0,95 м; діаметр – 15,9±1,12 см; запас – 260±22,6 м3Ч?а-1.

Перша похідна від функції запасу насадження є поточною зміною запасу, абсолютне значення якої розрахували для усієї сукупності штучних ялинників у Карпатах. За зробленими розрахунками поточна зміна запасу склала 2,68 млн. м3 у рік чи 7,4 м3Ч?а-1Ч?ік-1. Аналогічним чином обчислили загальний приріст (перша похідна від функції загальної продуктивності), який є рівним 3,66 млн. м3 у рік чи 10,4 м3Ч?а-1Ч?ік-1. Одержані результати дозволили висунути гіпотезу про те, що такі високі показники продуктивності є наслідком переважання молодих насаджень, які досягли віку фізіологічної стиглості і у них процеси накопичення органічної речовини знаходяться в максимумі.

Розділ 4. Фітомаса, депонований вуглець та нетто-первинна продукція.

Розділ містить у собі інформацію про методичний підхід та результати моделювання фітомаси за фракціями; запаси фітомаси та депонованого вуглецю в штучних лісостанах ялини звичайної, їх динаміку; оцінку нетто-первинної та нетто-екоситемної продукції; нормативи для обліку фітомаси й депонованого вуглецю, а також порівняння обсягів річного депонування вуглецю ялинниками із кількістю викидів вуглецевих сполук у атмосферу від стаціонарних та пересувних джерел забруднення на адміністративній території чотирьох областей регіону.

Результуючою ознакою для моделей є не маса окремих фракцій органічної рослинної речовини, а співвідношення між масою окремої складової фітомаси та стовбуровим запасом деревини – конверсійний коефіцієнт (Rfr). Для вирівнювання коефіцієнтів використана функція, математичний вираз якої є (А.З. Швиденко, С. Нільсон, В.П. Рожков, 1996):

, (5)

де а1, а2, а3, а4, а5 – параметри рівняння;

B – номер класу бонітету рівний 4,5, ..., 9 для Іb, Іа, ..., ІV бонітетів;

А – вік лісостанів;

Р – відносна повнота.

Регресійні коефіцієнти для рівняння (5) представлені в таблиці 5.

Таблиця 5

Коефіцієнти і статистики зв’язку регресійного рівняння (5) для штучних ялинників Карпат

Фракції

фітомаси | Коефіцієнти регресійного рівняння | R2 | Кількість

спосте-режень

а1 | а2 | а3 | а4 | а5

Стовбур | 0,1861 | 0,0814 | 0,1158 | 0,0811 | -0,0703 | 0,62 | 39

Коріння | 0,2845 | 0,3641 | -0,3322 | 0,2611 | -0,4130 | 0,39 | 31

Гілки крони | 0,1124 | 0,4524 | -0,0407 | -0,8371 | 0,4922 | 0,72 | 39

Хвоя | 0,1008 | 0,4192 | -0,1172 | -0,5909 | 0,1585 | 0,64 | 39

Використовуючи розроблені моделі, здійснили розрахунок кожного з виділених компонентів фітомаси на покритих лісовою рослинністю землях досліджуваного об’єкту, тобто поєднали результати моделювання з базою даних “Повидільна таксаційна характеристика лісів”. Отримана інформація представлена в табл. 6.

Таблиця 6

Фітомаса штучних лісостанів ялини звичайної в Українських Карпатах

Фракції фітомаси, млн. т.

Стовбур | Коріння | Гілки крони | Хвоя | Усього

40,5 | 12,9 | 5,9 |