ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
ІНСТИТУТ АГРОЕКОЛОГІЇ ТА БІОТЕХНОЛОГІЇ
УКРАЇНСЬКОЇ АКАДЕМІЇ АГРАРНИХ НАУК
КРАВЧУК ГАЛИНА ІВАНІВНА
УДК 630.18:630.116.21
ЕКОЛОГО-ЛІСІВНИЧИЙ АНАЛІЗ НАСЛІДКІВ ПОШКОДЖЕННЯ ОЖЕЛЕДДЮ ТА ЛЬОДОЛАМОМ ЛІСОВИХ НАСАДЖЕНЬ ВІННИЧЧИНИ
03.00.16 – екологія
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата сільськогосподарських наук
Київ – 2004
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Інституті агроекології та біотехнології Української академії аграрних наук, м. Київ та у Вінницькому державному аграрному університеті на кафедрі екології та охорони навколишнього природного середовища, м. Вінниця.
Науковий керівник - | доктор економічних наук, професор, академік УААН Фурдичко Орест Іванович,
Інститут агроекології та біотехнології УААН,
головний науковий співробітник, м. Київ
Офіційні опоненти:
доктор сільськогосподарських наук, доцент
Копій Леонід Іванович,
Український державний лісотехнічний університет,
доцент кафедри лісівництва, м.Львів
доктор сільськогосподарських наук, професор
Пилипенко Олексій Іванович,
Національний аграрний університет,
професор кафедри лісової та гідротехнічної меліорації, м.Київ |
Провідна установа:
Державний агроекологічний університет, м.Житомир |
Захист відбудеться “25” жовтня 2004р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.371.01 Інституту агроекології та біотехнології УААН, 03143, за адресою м.Київ, вул.Метрологічна, 12.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту агроекології та біотехнології УААН, вул.Метрологічна, 12, м.Київ, Україна
Автореферат розіслано “ 24 ” вересня 2004р.
Учений секретар
спеціалізованої вченої ради
кандидат хімічних наук __________________ Моклячук Л.І.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Лісові біоценози і полезахисні лісові смуги та інші захисні насадження є важливим екологостабілізуючим чинником у створенні оптимальної структури природних територіальних комплексів і передумов сталого розвитку агроекосистем, що обумовлюється загальною і захисною лісистістю території. В даний час оцінка захисних функцій лісу в кілька разів перевищує оцінку їх сировинного значення.
Українські ліси за своїм призначенням виконують екологічні функції і мають обмежене експлуатаційне значення. Переважна більшість території України знаходиться в екологічній кризі, де розпадаються, чи вже розпались, спростились екологічні системи, що викликано господарюванням при надмірній експлуатацій природних ресурсів без урахування екологічних законів, факторів, вимог, критеріїв та обмежень. За період з 1990 по 2001 роки несприятливі погодні умови в Україні спричинили загибель лісових насаджень на площі 29325 га. В результаті цього народне господарство недоотримало деревини та продуктів побічного користування лісом, а в природне середовище не надійшло біля 6 тис.т кисню щоденно.
На цьому тлі попри все інше, періодично виникають стихійні лиха, не пов’язані з безпосереднім антропогенним впливом, - катастрофи, аварії тощо, які ще більше посилюють негативні, шкідливі впливи на природні комплекси. Таким явищем для лісів Вінниччини стала сильна ожеледь осіннє-зимового періоду 2000-2001 років, яка призвела до обледеніння деревостанів та їх пошкодження на значній території (141,1тис.га), також виведення з ладу систем і споруд господарської інфраструктури. Внаслідок, здавалося б, неможливого поєднання дощу і мінусової температури значні території України вкрилися потужним льодовим панциром подекуди товщиною до 20 см.
У зв’язку з катастрофічним характером стихії виданий спеціальний Указ Президента України №1318/2000 від 8 грудня 2000 року “Про оголошення окремих районів та міст Вінницької, Кіровоградської, Миколаївської, Одеської, Хмельницької та Черкаської областей зоною надзвичайної екологічної ситуації”, яким визначаються зони надзвичайної екологічної ситуації в Україні та шляхи якнайшвидшого подолання негативних наслідків стихійного лиха. Вінниччина віднесена до найбільш постраждалих регіонів.
Внаслідок пошкодження деревостанів зменшився загальний запас деревини на 4млн.м3, що становило за даними Бондар А.О., Вакулюк О.Д., Орлова О.М. (2002) біля 20 розрахункових лісосік. Санітарний стан лісів помітно погіршився – обламані крони дерев, пошкоджені і зламані стовбури, що обумовило часткове всихання і сповільнення росту деревостанів. Досить значна захаращеність, особливо в дубових деревостанах, створювала сприятливі умови для виникнення осередків шкідників. Ліквідація наслідків стихійного лиха і приведення лісових насаджень до задовільного санітарного стану і біологічної рівноваги займе відчутний проміжок часу. Від пошкодження деревостанів ожеледдю минуло вже три роки і, хоча термін надзвичайно короткий порівняно з віковим розвитком дерев, стало можливим здійснити певний аналіз щодо сукупності факторів, які спричинили ожеледь та її наслідки.
Вивчення і розв’язання проблем лісових насаджень і довкілля займали важливе місце в системі наукових досліджень. В розробку теоретико-методичних та прикладних проблем екології лісової галузі вагомий вклад зробили В.І.Вернадський (1988), Г.М.Висоцький (1962, 1983), Г.Ф.Морозов (1904), П.С.Погребняк (1963), В.І.Сукачов (1961) та інші. Основні лісобіологічні властивості дубових лісів вивчали багато інших відомих науковців (М.І.Гордієнко, А.Ф.Гойчук, Н.М.Гордієнко, 1999; М.І.Гордієнко, А.О.Бондар, Г.Т.Криницький, Г.Г.Леонтяк, 2000; Е.М.Лавриненко, 1971; П.С.Погребняк, 1931; С.С.Пятницький, 1955; Л.Г.Солдатов, 1976). Досить актуальними за останній час стали дослідження з проблем оптимальної лісистості, оптимізації лісоаграрних ландшафтів (Г.Б.Гладун, 2004; Л.І.Копій, 2000; О.І.Пилипенко, В.Ю.Юхновський, 2000, 2003; І.П.Соловій, 1984; О.І.Фурдичко, 2003; В.Ю.Юхновський, 2003). За таких умов залишається ще недостатньо вивченою проблема впливу стихійних явищ на ліс і стійкості основних лісотворних порід до ожеледі. Все це вимагає більш системного підходу до вивчення наукової проблеми, яка полягає у недостатньому еколого-лісівничому вивченні і обґрунтуванні процесу та наслідків пошкодження лісів ожеледдю і льодоламами, прогнозування їх характеру та інтенсивності. Це зумовило вибір теми дисертаційної роботи, її цільову спрямованість та структурну побудову.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в межах плану науково-дослідної роботи Інституту агроекології і біотехнології УААН згідно науково технічної програми “Агроекологічний моніторинг і моделювання сталих агроландшафтів та агроекосистем ” № ДР 0101U003298, Проблеми “Обґрунтувати і розробити основні напрями раціонального природокористування на засадах оптимізації структур сільськогосподарських ландшафтів, охорони грунтових і водних ресурсів, біологізації агротехнологій і екологобезпечного використання засобів хімізації” державна реєстрація 0101U003294.
Мета і завдання дослідження. Метою досліджень дисертаційної роботи було науково-методичне обгрунтування для практичної реалізації нормативно-інформативного забезпечення щодо визначення якісних і кількісних параметрів інтенсивності і характеру пошкодження ожеледдю і льодоламом лісових насаджень Вінниччини, як важливого еколого-стабілізуючого фактору довкілля. Досягнення поставленої мети передбачало вирішення таких завдань:
- аналіз і систематизація в певній послідовності комплексу природних факторів, що спричинили ожеледь і льодолам 2000 року, надавши йому катастрофічного характеру;
- обгрунтування і формулювання з фізико-географічних і біогеоценотичних позицій значення таксаційного виділу (лісової ділянки) як первинної науково-дослідної і господарсько-лісівничої одиниці в якості елементарного територіального природного комплексу (ЕТПК) на фаціальному рівні;
- кореляційний пофакторний аналіз залежності інтенсивності пошкодження насаджень і окремих дерев ожеледдю та льодоламом від їх біолого-морфологічних властивостей;
- обґрунтування і розробка прогнозних моделей інтенсивності пошкодження деревостанів в разі виникнення ожеледі і льодоламу;
- розробка кваліметричної таблиці оцінки балів стійкості лісових насаджень щодо пошкодження льодоламу;
- розробка моделей можливої втрати біомаси деревостанів в залежності від інтенсивності пошкодження.
Об’єктом досліджень є лісові біогеоценози Вінниччини як важлива генетична компонента агроекосистем і захисно-стабілізуючий фактор довкілля.
Предметом дослідження є стан, структура, ступінь пошкодження, динаміка змін і стійкість лісових біогеоценозів.
Методи дослідження і експериментальна база. Для вирішення сформульованих завдань в процесі досліджень застосовано системний підхід, структурування вихідних матеріалів, статистичний аналіз для опрацювання матеріалів і математичне моделювання.
Експериментальний матеріал опрацьований за стандартними методиками, які прийняті в лісовій таксації і лісовпорядкуванні, лісівництві і ландшафтознавстві, математичній статистиці з використанням комп‘ютерних програм Microsoft Exсel 2000, Pragma, Microsoft Access.
Експериментальною базою дослідження слугували матеріали банку даних “Повидільна таксаційна характеристика лісів України” ВО „Укрдержліспроект”, особистих спостережень і досліджень здобувача в природно-заповідних і полезахисних об‘єктах Вінницької області, офіційних статистичних і наукових довідників та наукових публікацій. Вихідними визначальними ознаками слугували наступні таксаційні показники лісових насаджень: головна порода; склад деревостану; площа виділу (га); вік деревостану (років); середня висота (м); середній діаметр (см); зімкнутість намету деревостану; бонітет.
Наукова новизна одержаних результатів. Проаналізовано фізико-географічні умови Вінниччини з точки зору можливостей виникнення негативних стихійних природних явищ. Систематизовано в певній послідовності, поетапно комплекс факторів, що стали причиною ожеледі та льодоламу 2000 року, надавши їм катастрофічного характеру.
Обґрунтовано і сформульовано з фізико-географічних і біоценотичних позицій значення таксаційного виділу лісу (лісової ділянки) як первинної науково-дослідної і господарсько-лісівничої облікової одиниці в якості елементарного територіального природного комплексу (ЕПТК) на фаціальному рівні.
Здійснено системний аналіз ступеня пошкодження насаджень і окремих дерев ожеледдю і льодоламом в залежності від їх еколого-лісівничих властивостей та визначені емпіричні ряди стійкості окремих деревних порід.
Вперше в Україні на основі науково обгрунтованих методик досліджень, систематизації і аналізу інтенсивності пошкодження в залежності від їх атрибутивно-морфологічних ознак розроблено прогнозні моделі інтенсивності пошкодження і втрати біомаси пошкоджених насаджень за ознаками головної породи і незалежними параметрами віку та зімкнутості намету деревостану, таблиці балів стійкості насаджень до льодоламу для груп основних лісотвірних порід Вінниччини.
Практичне значення одержаних результатів. Отримані наукові результати мають значення для розробки, обґрунтування, вдосконалення і вибору методів та технологій ведення лісового господарства і здійснення природоохоронної діяльності в процесі ліквідації наслідків стихійних явищ.
Розроблені прогнозні моделі інтенсивності пошкодження і втрати біомаси та п‘ятибальні таблиці для оцінки відносної стійкості деревостанів до ожеледі та льодоламу в процесі таксаційних робіт в якості атрибутивної ознаки насадження поруч з такими, як клас пожежної небезпеки, оцінка рекреаційної стійкості, селекційна оцінка тощо, які розкривають потенціальні можливості насаджень та їх реальний стан по відношенню до відповідного внутрішнього чи зовнішнього чинника. Ці дані призначені для використання в лісовпорядному проектуванні і практичній лісогосподарській діяльності для отримання даних щодо можливих наслідків ожеледі і льодоламу в конкретних лісових масивах, в першу чергу, в екстремальних ситуаціях. Це дає можливість, в таких випадках, оперативно і цілеспрямовано виконати організаційно-технічні і господарські заходи без недоцільних матеріально-технічних витрат.
Особистий внесок здобувача. Дисертація є завершеною науковою працею здобувача. Здобувачем особисто проведені натурні обстеження і оцінка окремих специфічних природних об‘єктів області, рекогносцирувальний огляд лісових масивів держлісфонду, систематизація і підготовка дисертаційного матеріалу до друку. Автор безпосередньо займався плануванням і проведенням дослідів, обліків та спостережень.
На основі дисертаційного дослідження здобувачем у співавторстві з к.с.-г.н., ст.н.с. сектору лісівництва та агролісомеліорації Відділення землеробства УААН Р.Р.Возняком та начальником лісовпорядної партії ВО “Укрдержліспроект” А.В.Фукаревичем розроблено методичні рекомендації “Методика визначення загального пошкодження лісових насаджень льодоламом внаслідок проявів ожеледей” та “Методика визначення балів відносної стійкості лісових насаджень до пошкодження льодоламом внаслідок проявів ожеледей”. Особисто здобувачем розроблено методичні рекомендації щодо виконання розрахунків, зокрема, визначення середнього балу стійкості з використанням таблиць коефіцієнтів відносної стійкості, визначення середнього балу стійкості з використанням формул визначення коефіцієнтів відносної стійкості, визначення середнього балу стійкості з використанням формул і повидільної бази лісовпорядних даних.
Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідались на міжнародній конференції „Сталий розвиток агроекосистем” (Вінниця, 17-20 вересня 2002 року) та міжвузівській конференції „Сучасна аграрна наука – напрямки досліджень, стан і перспективи” (Вінниця, 5-7 квітня 2004 року).
Публікації. Основні положення дисертаційної роботи викладено в 3 наукових працях здобувача, опублікованих у фахових виданнях.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, додатків. Основний матеріал викладений на 182 сторінках комп’ютерного тексту містить 32 таблиці та 23 графіки на 31 сторінці . Список використаних джерел складає 177 найменувань (10 – іноземні)
В Додатках наведені деякі вихідні дані і проміжні результати.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
В Розділі 1 “Екологія лісу та вплив кліматичних факторів на лісові насадження” визначено роль лісу у формуванні навколишнього середовища, відзначено, що ліс - це складний комплекс, усі компоненти якого взаємодіють між собою і навколишнім середовищем.
При організації території, картографуванні і таксаційній біолого-екологічній оцінці лісових екосистем доводиться стикатися з поняттями, які стосуються біологічних і геогрфічних природних комплексів: фітоценоз, біоценоз, біогеоценоз (БГЦ), природний територіальний комплекс (ПТК). Вивчення наукових географічних, біоценотичних і лісівничих аспектів місця таксаційного виділа (господарської лісової ділянки) в природному середовищі виявили правомірність його використання в якості первинної науково-аналітичної і обліково-статистичної одиниці при проведенні наукових досліджень біолого-екологічного і лісівничого напрямків на фаціальному рівні як елементарного природного територіального комплексу (ЕПТК).
За дослідженнями ряду вчених сформувалося певне поняття щодо життєздатності і стійкості деревних порід [Бельгард А.Л., 1950, 1960; Висоцький Г.М.; Сидельник М.А., 1960; Дідух Я.П., Плюта П.П., 1984; Лапін П.І., 1985; Матюк І.С., 1984]. В той же час особливе значення надавалося інтенсивності і характеру опадів, що випадають в осінньо-зимовий холодний період року та утворюють на деревах і чагарниках відклади у вигляді ущільненого навалу снігу, обледеніння (ожеледі) і складних снігово-ожеледових відкладів на деревах. Ці відклади досить часто ставали причиною негативних явищ (сніголаму та сніговалу). При цьому наголошувалося, що пошкодження від навалу снігу є характерним для хвойних порід, а від ожеледі – листяних (зимнєголих). Кліматичний аспект особливостей механізму утворення всіх видів обледеніння детально характеризував Заторський А.Д. (1951), зробивши при цьому наголос на ролі переохолодженого дощу у створенні потужної ожеледі. Цей фактор якраз і відіграв провідну роль у формуванні ожеледі 2001 року на Вінниччини.
Для Вінницької області з огляду на переважання у складі лісового фонду листяних порід виявилися найбільш небезпечними складні ожеледиво-паморозеві льодові відклади, що взагалі характерно для умов Лісостепу. Тому, зважаючи на вказані характерні особливості, у прийнятих галузевих нормативно-методичних документах стосовно проведення лісогосподарських заходів та організації моніторингу в лісових насадженнях, пошкоджених внаслідок ожеледі, вжито порівняно з відомим терміном „сніголам” аналоговий термін „льодолам”, яким підкреслюється, що таке пошкодження пов‘язане саме з відкладами у вигляді льоду. Такий термін увійшов до назви дисертації та в подальші розробки.
Методичні підходи до моделювання процесів, які проходять в лісових біогеоценозах, ґрунтовно розглянуті в роботах В.Г.Хлібопрос (1979). Моделювання складних систем досягло певних успіхів, разом з тим виникла необхідність аналізу реакції біоценозів на зовнішні фактори впливу на рівні елементарних взаємодій або ознак.
З огляду автора дисертації в цьому випадку детермінантність інформації щодо лісового фонду взагалі і найменшої обліково-статистичної одиниці (таксаційний виділ), зокрема на фаціальному рівні у територіальних природних комплексах, досягається понад віковою лісогосподарською і лісовпорядкувальною практикою, побудованою на постійному, обмеженому усталеними показниками обліку і аналізу динаміки параметрів лісового фонду, що дає можливість з необхідним поглибленням цієї інформації стаціонарними дослідженнями вибрати оптимальні схеми рівня і методики моделювання.
За даними Лапіна П.І. (1985) системний підхід до вивчення будь-якого об‘єкта складається, по-перше, з виявлення її складових частин і взаємодіючих з нею об‘єктів навколишнього середовища; по-друге, у встановленні структури екосистеми – сукупності внутрішніх зв‘язків і відносин, а також зв‘язків між системою і навколишнім середовищем; по-третє – у виявленні функції екосистеми, що визначає характер змін компонентів екосистеми і зв‘язків між ними. Для досліджень в цих напрямах сучасна екологія має в своєму розпорядженні різноманітні методи, серед яких виділяються три основні групи: польові спостереження, експерименти в полі та в лабораторії і моделювання.
В Розділі 2 “Характеристика природно-кліматичних умов регіону дослідження”. В розділі аналізуються особливості кліматичних умов, метеорологічні умови формування ожеледиво-паморозевих відкладів, зокрема, у 2000 році. Результати аналізу формування складних ожеледиво-паморозевих відкладів та їх вплив на лісові біогеоценози зведені в спеціальну систематизовану таблицю. Розглянута геолого-морфологічна будова та гідрографія регіону досліджень, рельєф та вплив цих чинників на формування ожеледі, а також лісорослинні умови і рослинність. На Вінниччині переважають дібровні і судібровні умови типів місцезростання.
Протягом досліджуваного періоду в деревостанах утворювалися складні відклади, які були найбільш небезпечними. Досить чітко прослідковувалися переміщення дощових фронтів на південний схід, а також вплив південно-східних вітрів, які посилили катастрофічний характер стихійного явища.
Ожеледь на Вінниччині утворюється при проходженні південного циклону в період з листопада по лютий-березень з 2-3-річною періодичністю і середньою тривалістю 11-12 днів на рік. Ожеледь 2000 року була довготривалою, нетиповою і мала катастрофічний характер. Утворилася за рахунок намерзання переохолодженого дощу і мряки при температурі від 0 до 30С.
На утворення ожеледі суттєво впливає висота і рельєф території області, особливо на вододілі Дністра і Південного Бугу.
В Розділі 3 “Об’єкт, програма та методика досліджень” об’єктами досліджень на предмет пошкодження ожеледдю та льодоламом визначено лісові насадження взагалі, дерева у насадженнях в цілому та верхня частина (третина) їх крони, а також лісосмуги та лісові асоціації ботанічного саду ВДАУ.
Для детального дослідження пошкодження насаджень вибрано територію трьох лісових підприємств Державного лісогосподарського об’єднання (ДЛГО) „Вінницяліс” системи Державного комітету лісового господарства України. Це ліси десяти лісництв Крижопольського і Чечельницького ДЛГ та Ободівського ДЛМГ. У межах Вінницької області їх ліси найбільш постраждали внаслідок ожеледі у 2000 році. Загальна площа підприємств (станом на 01.01.2003 р.) - 40209 га, в тому числі вкриті лісовою рослинністю землі становлять 38638,3 га. Необхідні для аналізу таксаційні показники насаджень станом на 01.01.2003 року надані в Українському державному проектному лісовпорядному виробничому об’єднані (ВО „Укрдержліспроект”), яким створено повидільний банк даних „Лісовий фонд України”.
Дані для обробки і аналізу пошкодження дерев та частин їх крон також отримано у ВО „Укрдержліспроект”, фахівцями якого у лісах України закладено ділянки моніторингу. Ці ділянки входять до державної системи моніторингу довкілля, створення якої передбачено національним законодавством та постановами Уряду України (постанова КМ України від 30.03.1998 №391). Закладка ділянок моніторингу здійснювалося за „Методичними рекомендаціями з моніторингу лісів України” розробленими УкрНДІЛГА (2001) та додатковими „Рекомендаціями щодо організації та ведення моніторингу І рівня у лісах пошкоджених льодоламом” (2000). У роботі використано відповідні дані всіх 68 моніторингових ділянок, закладених у Вінницькій області.
В процесі дослідження особисто автором було обстежено і описано 30 полезахисних лісових смуг по 7 районах області і 42 асоціації ботанічного саду “Поділля” Вінницького державного аграрного університету.
Загальний обсяг експериментального матеріалу (наявної бази даних) по лісових підприємствах, отриманого для відповідної статистичної обробки, складає 7087 ділянок лісу (насаджень). Головними у складі насаджень є 35 деревних порід, але більшість з них головними є на незначній кількості ділянок. Після редукції даних залишено для аналізу 6852 ділянки дев’яти головних порід або 96,7% від загального обсягу експериментального матеріалу.
Для наступного аналізу включено ділянки з такими головними породами – дуб звичайний (ДЗ) (Quercus robur L.), ясен звичайний (ЯЗ) (Fraxinus excelsior L.), дуб червоний (ДЧР) (Quercus rubra L.), граб звичайний (ГЗ) (Carpinus betulus L.), сосна звичайна (СЗ) (Pinus silvestris L.), липа дрібнолиста (ЛПД) (Tilia cordata Mill.), ялина європейська (ЯЛЄ) (Picea excelsa Link), акація біла (АКБ) (Robinia pseudoacacia L.), клен гостролистий (КЛГ) (Acer platanoides L.).
На 68 моніторингових ділянках обстежено 1783 дерева двадцяти різних порід. Внаслідок ожеледі і льдоламу у частини дерев була пошкоджена крона (у 727 дерев) або зламався стовбур (у 66 дерев). Частина дерев (33) були сухими. Потрібно зауважити, що всихання дерев у більшості випадків відбулося не внаслідок ожеледі, а з інших причин.
У дерев з пошкодженими кронами визначався відсоток пошкодження їх верхньої, середньої та нижніх частин. Шляхом поділу суми відсотків пошкодження частин крони на три визначено середнє пошкодження всієї крони кожного з дерев. Ці середні показники лягли в основу загального аналізу пошкодження крон дерев.
Після редукції даних для статистичного аналізу залишено 1578 дерев (97,4%).
У 727 дерев, обстежених на моніторингових ділянках, внаслідок ожеледі і льодоламу пошкоджено крону. З цієї кількості після редукції даних для наступного аналізу залишено 685 дерев. Найбільш вразливою до пошкодження льодоламом є верхня частина крони дерев (середнє пошкодження становить 21,9%). Тому було вирішено залишити для наступної обробки всі дерева з пошкодженою верхньою частиною крони (412 дерев) та тільки для неї виконати відповідний аналіз, тобто без урахування можливого одночасного пошкодження інших частин крони конкретних дерев.
По ботанічному саду і полезахисних лісових смугах в аналіз включені всі обстежені асоціації і смуги.
В Розділі 4 “Результати досліджень” здійснена обробка експериментальних даних. Виконаний широкий кореляційний аналіз залежності інтенсивності пошкодження від різних факторів, притаманних лісовим насадженням в цілому та деревам у них, зокрема, дозволив отримати оптимальний їх набір для розробки відповідних моделей. Це головна порода насаджень, їх вік та зімкнутість деревного намету. Враховуючи те, що кореляційний аналіз виконувався для насаджень дев‘яти головних порід, було здійснено відповідний порівняльний регресійний аналіз залежності їх пошкодження від віку та зімкнутості. За результатами регресійного аналізу насадження з близькими показниками рівнянь регресії були об‘єднані у чотири групи принагідно до трьох облікових типів пошкодження: інтенсивності пошкодження лісових ділянок (за кількістю пошкоджених ділянок); насаджень (за кількістю пошкоджених дерев у насадженнях чотирьох груп головних порід і всього); дерев (за інтенсивністю пошкодження крони у пошкоджених дерев). Це дозволило скоротити кількість розроблюваних моделей та результативних таблиць і формул коефіцієнтів відносної інтенсивності пошкодження та відносної стійкості до пошкодження. Аналіз супроводжувався побудовою відповідних таблиць, які розміщені за змістом в текстовій частині дисертаційної роботи та в додатках.
За рівнянням регресії залежності пошкодження насаджень від обраних факторів, отриманими за групами порід, виведено відповідні спільні рівняння, якими враховувався одночасний вплив на пошкодження віку і зімкнутості насаджень. Ці рівняння і є рівняннями відповідних моделей інтенсивності пошкодження насаджень внаслідок ожеледі і льодоламу у 2000 році.
Такі моделі розроблено для різних облікових типів пошкодження – інтенсивності пошкодження лісових ділянок (за кількістю пошкоджених ділянок), насаджень (за кількістю пошкоджених дерев у насадженнях чотирьох груп головних порід і всього), дерев (за інтенсивністю пошкодження крон у пошкоджених дерев).
До аналізу щодо появи водяних пагонів включено 1539 дерев семи листяних порід. Оцінювалася поява та інтенсивність розвитку пагонів окремо на стовбурах дерев та у межах їх крон. Аналіз виконано за двома факторами – у залежності від породи та класів Крафта дерев.
Пагони на стовбурах присутні у 85,5% пошкоджених дерев, у межах крони – у 55,7%, і відповідно у 70,5% та 53,4% не пошкоджених дерев. Появу водяних пагонів як у пошкоджених, так і у не пошкоджених дерев є їх реакцією на загальне збільшення інтенсивності освітлення їх стовбурів і крон у результаті пошкодження ожеледдю та льодоламом. Чим вищий клас Крафта дерева, тобто чим сильніше воно пригнічено у деревостані, тим більша у нього здатність до появи і розвитку водяних пагонів.
Втрати біологічної (деревної) маси насаджень є основним наслідком льодоламу. Частину цих втрат, а саме – стовбурної деревини зламаних дерев, опосередковано визначено шляхом аналізу відповідних показників обліку лісів практично до виникнення ожеледі (станом на 01.01.2001 року) та безпосередньо після неї (станом на 01.01.2003 року). Загальний стовбурний запас насаджень за даними лісовпорядкування у межах лісових підприємств - об’єкту дослідження – зменшився на 1052,82 тис. куб. м або 11,76%. Відповідні розрахунки показали, що із загального втраченого запасу стовбурної деревини (1052,82 тис. куб. м) через зменшення повноти внаслідок зламу дерев втрачено 43,08% або 453,57 тис. куб. м.
Загальні втрати біологічної маси насаджень, які включають і масу зламаних частин крон дерев, визначено шляхом аналізу відповідних лісовпорядних даних щодо захаращеності ділянок. Вони становлять 561,1 тис. куб. м, в тому числі за рахунок зламаних стовбурів – 453,57 тис. куб. м і зламаних частин крон дерев – 107,53 тис. куб. м.
Моделювання інтенсивності пошкодження лісових насаджень. Метою моделювання є: по-перше, отримання через моделі пошкодження певних показників (коефіцієнтів), які б дали можливість достовірно без значних натурних досліджень визначити загальні втрати лісових насаджень у разі проявів ожеледей; по-друге, отримання показників (коефіцієнтів, балів) для оцінки стійкості лісових насаджень того чи іншого об’єкту лісового господарства до пошкоджень внаслідок льодоламів.
Розробка різних за призначенням моделей здійснювалася шляхом поетапної трансформації таблиць (моделей), створених за рівняннями регресії інтенсивності пошкодження насаджень у 2000 році у залежності від віку та зімкнутості деревного намету. Кінцевим результатом моделювання є формули і таблиці коефіцієнтів відносної інтенсивності пошкодження та стійкості до пошкодження насаджень в результаті взаємодії їх віку та зімкнутості.
Таблиці коефіцієнтів відносної інтенсивності пошкодження розроблено за моделями трьох видів пошкодження – кількості ділянок (насаджень), кількості дерев у пошкоджених насадженнях, крон у пошкоджених дерев. За окремо розробленими моделями співвідношення між ступенями пошкодження кількості дерев та значеннями відсотків пошкодження крон і зламів стовбурів виведено формули, за якими можна визначити теоретичні середні відсотки пошкодження крон і зламаних дерев відповідно до середнього емпірично визначеного пошкодження кількості дерев у насадженнях. За даними відповідних таксаційних таблиць виведена формула для визначення загального запасу крон дерев у залежності від віку насаджень.
Результати моделювання інтенсивності пошкодження у вигляді фрагменту таблиці коефіцієнтів (табл. 1) та відповідних формул (1-5) наведено нижче.
Таблиця 1
Коефіцієнти відносної інтенсивності пошкодження дерев
у насадженнях ()
Класи
віку () | Зімкнутість (повнота) насаджень ()
0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1.0
Всі породи
1 | 0,61 | 0,54 | 0,46 | 0,39 | 0,31 | 0,24 | 0,16 | 0,09
2 | 0,87 | 0,80 | 0,72 | 0,65 | 0,57 | 0,50 | 0,42 | 0,35
… | … | … | … | … | … | … | … | …
11 | 1,42 | 1,34 | 1,27 | 1,19 | 1,12 | 1,04 | 0,97 | 0,90
12 | 1,44 | 1,37 | 1,29 | 1,22 | 1,14 | 1,07 | 0,99 | 0,92
13 і в. | 1,49 | 1,42 | 1,34 | 1,27 | 1,19 | 1,12 | 1,04 | 0,97
Рівняння для визначення коефіцієнтів відносної інтенсивності пошкодження дерев у насадженнях за групами порід ():
- Дуби: ; (1)
- Інші листяні: ; (2)
- Сосни: ; (3)
- Ялини: ; (4)
- Всі породи: , (5)
де та - відповідні значення класів віку і зімкнутості (повноти) насаджень.
Нижче наводиться фрагмент таблиці коефіцієнтів відносної стійкості насаджень до пошкодження (табл. 2), формули для їх визначення у двох варіантах для чотирьох груп порід (6-9 і 6а-9а) та приклад графічного відображення (Рис. 1).
Таблиця 2
Коефіцієнти відносної стійкості насаджень до пошкодження
Класи
віку () | Зімкнутість (повнота) насаджень ()
0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1.0
Група порід – Дуби (
1 | 1,94 | 1,70 | 1,45 | 1,21 | 0,97 | 0,72 | 0,48 | 0,23
2 | 2,86 | 2,62 | 2,37 | 2,13 | 1,89 | 1,64 | 1,40 | 1,15
… | … | … | … | … | … | … | … | …
11 | 4,62 | 4,37 | 4,13 | 3,88 | 3,64 | 3,40 | 3,15 | 2,91
12 | 4,66 | 4,42 | 4,17 | 3,93 | 3,69 | 3,44 | 3,20 | 2,95
13 і в. | 4,79 | 4,55 | 4,30 | 4,06 | 3,82 | 3,57 | 3,33 | 3,08
Рівняння для визначення коефіцієнтів відносної стійкості насаджень () за групами порід:
- Дуби: , (6)
; (6а)
- Інші листяні: , (7)
; (7а)
- Сосни: , (8)
; (8а)
- Ялини: , (9)
. (9а)
де - у формулах: 6-9 значення класів віку, 6а-9а значення віку, років;
- значення зімкнутості (повноти).
Рис. 1. Графік коефіцієнтів стійкості насаджень з головними породами групи “Дуби “ до пошкоджень внаслідок ожеледей
Дія формул 6а-9а обмежується віком 125 років. Для насаджень з віком більше 125 років значення 125 вводиться як константа. Більша відносна стійкість насадження відповідає меншій величині коефіцієнта стійкості. Якщо заокруглити коефіцієнти до цілих значень, то буде отримана п’ятибальна кваліметрична шкала оцінки стійкості насаджень. Ця шкала може бути використана при натурному визначенні стійкості насаджень до пошкодження. Вона тут не приводиться.
Розробка моделі інтенсивності пошкодження ділянок здійснена у двох варіантах без об’єднання головних порід у групи. Перший варіант розроблено за кількістю пошкоджених ділянок, другий - за стовбурним запасом насаджень. Нижче наводиться фрагмент таблиці коефіцієнтів відносної інтенсивності пошкодження ділянок, визначених за стовбурним запасом насаджень (табл. 3), і відповідні формули (10-11). У таблиці всі значення коефіцієнтів пролонговані за значеннями зімкнутості.
Таблиця 3
Коефіцієнти відносної інтенсивності пошкодження ділянок ()
Класи
віку () | Зімкнутість (повнота) насаджень ()
0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0
Коефіцієнти, визначені за стовбурним запасом, ()
1 | 0,08 | 0,08 | 0,08 | 0,08 | 0,08 | 0,08 | 0,08 | 0,08
2 | 0,57 | 0,57 | 0,57 | 0,57 | 0,57 | 0,57 | 0,57 | 0,57
3 | 0,92 | 0,92 | 0,92 | 0,92 | 0,92 | 0,92 | 0,92 | 0,92
4 і в. | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12 | 1,12
Формули визначення коефіцієнтів відносної інтенсивності пошкодження ділянок:
- за кількістю ділянок: ; (10)
- за стовбурним запасом: . (11)
де та - відповідні значення класів віку і зімкнутості (повноти) насаджень.
Моделювання пошкодження дерев виконано за трьома напрямками. Це моделювання інтенсивності пошкодження крон дерев у залежності від віку і зімкнутості насаджень та середніх значень загального пошкодження крон дерев і (зламів) стовбурів дерев у відповідності з інтенсивністю пошкодження кількості дерев у насадженні. За розробленими моделями власне визначаються втрати біологічної маси насаджень в результаті ожеледі і льодоламу. Результати моделювання наведено у табл. 4 та представлено формулами 12-14.
Таблиця 4
Коефіцієнти відносної інтенсивності пошкодження крон дерев ()
Класи
віку () | Зімкнутість (повнота) насаджень ()
0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0
1 | 1,37 | 1,17 | 0,98 | 0,78 | 0,59 | 0,39 | 0,20 | 0,00
2 | 1,42 | 1,22 | 1,03 | 0,83 | 0,64 | 0,44 | 0,25 | 0,05
… | … | … | … | … | … | … | … | …
11 | 1,89 | 1,70 | 1,50 | 1,31 | 1,11 | 0,92 | 0,72 | 0,53
12 | 1,95 | 1,75 | 1,56 | 1,36 | 1,17 | 0,97 | 0,78 | 0,58
13 і в. | 2,00 | 1,80 | 1,61 | 1,41 | 1,22 | 1,02 | 0,83 | 0,63
Формул визначення коефіцієнтів відносної інтенсивності пошкодження крон дерев: (12)
Нижче наведено формули, за якими отримуються показники середнього пошкодження: крон дерев - ; (13)
зламів стовбурів дерев - , (14)
де (для обох рівнянь) - середнє значення відсотку пошкодженої кількості дерев у об’єкті досліджень (визначається шляхом вибіркових натурних обстежень пошкоджених насаджень).
Дія формул обмежується значеннями середньої інтенсивності пошкодження кількості дерев у об’єктах дослідження, тобто значеннями від 5 до 100%. Таким чином, можливі середні значення пошкодження крон дерев будуть знаходитися у межах від 6,29 до 14,98%, а зламу стовбурів – від 2,97 до 7,52%. Теоретично, виходячи з аналізу досить серйозних наслідків ожеледі 2000 року, можна вважати, що значення середнього пошкодження крон дерев та зламів стовбурів при проявах можливих ожеледей у майбутньому не будуть перевищувати максимальних значень наведених величин. У межах цих значень і розраховано практичне застосування розроблених моделей інтенсивності пошкодження насаджень у цілому.
Для визначення значень відсотків об’єму крони у залежності від класів віку насаджень пропонується формула 15, яку виведено за даними відповідних таксаційних таблиць.
Формула для визначення відсотків запасу крони у насадженнях від їх стовбурного запасу – , (15)
де - значення класів віку.
Експериментальна перевірка отриманих моделей (власне виведених на їх основі коефіцієнтів та формул) щодо параметрів пошкодження насаджень льодоламом та їх стійкості до пошкодження здійснена шляхом обробки різного об’єму вибірок з наявної бази даних. Перевірка здійснювалася за спеціально розробленими методиками щодо практичного використання моделей. Розроблено дві методики: „Методика визначення загального пошкодження лісових насаджень льодоламом внаслідок проявів ожеледей” і „Методика визначення балів відносної стійкості лісових насаджень до пошкодження льодоламом внаслідок проявів ожеледей”. Методики відповідним чином розглянуті , затверджені і видані накладом 300 примірників кожна.
У загальному плані підрахунок втрат насаджень в результаті пошкодження можна виразити такими рівняннями:
втрати від пошкодження крон дерев ():
; (16)
втрати від зламу стовбурів дерев ():
; (17)
загальні втрати біологічної маси (об’єм можливої захаращеності) ():
, (18)
де - запас стовбурної маси за і- тими значеннями класів віку і j- тими значеннями повноти у вихідній таблиці розподілу запасів за класами віку і повнотою насаджень;
- середнє значення відсотку пошкодженої кількості ділянок у об’єкті досліджень (визначається шляхом вибіркових натурних обстежень пошкоджених насаджень).
У загальному плані визначення середнього значення коефіцієнту (балу) стійкості () можна виразити такими рівняннями:
при використанні таблиць класів віку:
; (19)
при використанні повидільної бази даних:
, (20)
де - площа за і- тими значеннями класів віку і j-тими значеннями повноти у вихідній таблиці розподілу за групами порід площі за класами віку і повнотою насаджень;
- площа конкретної ділянки у повидільній базі даних, за головною породою віднесеної до відповідної групи порід;
- загальна площа вкритих лісовою рослинністю земель у об’єкті розрахунку.
У рівнянні 19 використовуються формули 6-9, у рівнянні 20 – 6а-9а.
За результатами моделювання виконана часткова експериментальна перевірка показників отриманих таблиць у вигляді прикладів їх практичного застосування. При цьому використана наявна база даних.
Порівняння отриманих за таблицями і формулами розроблених моделей теоретичних показників можливої захаращеності (як і за загальними так і вибірковими даними) з емпіричними показниками показує, що їх середня статистична похибка практично знаходиться у межах ±5%, що вказує на досить високу достовірність розроблених моделей. Деякі більш помітні відхилення можна пояснити тим, що емпіричні показники загальної захаращеності визначалися з певними аналоговими припущеннями. Парний коефіцієнт кореляції між рядами емпіричних і теоретичних показників становить 0,97.
Добре простежується відповідність значень середнього пошкодження кількості дерев значенням експериментально визначених середніх балів відносної стійкості насаджень до пошкоджень внаслідок льодоламу. Зі зростанням середньої величини балу стійкості, тобто зі зниженням стійкості насаджень, адекватно збільшується середній відсоток пошкодження кількості дерев в них. Парний коефіцієнт кореляції між рядами емпіричних показників пошкодження і визначних значень середніх балів становить 0,9969±0,0031, що свідчить про досить високу достовірність розроблених моделей стійкості.
Слід зауважити, що розроблені моделі можуть бути застосовані тільки в умовах, близьких до умов Вінницької області, тобто для Лісостепової зони України.
ВИСНОВКИ
В результаті проведеного еколого-лісівничого аналізу наслідків пошкодження ожеледдю та льодоламом лісових насаджень Вінниччини відповідно до поставленої в роботі мети зроблені наступні висновки.
1. Катастрофічний характер стихійного лиха, яке відбулось на Вінниччині в 2000 році, зумовлюється нетиповою довготривалістю впливу негативних природнокліматичних факторів (значних атмосферних опадів у вигляді мряки, переохолодженого дощу, мокрого снігу на тлі різких коливань температури, сильного (9-15м/с) південно-східного вітру, що спричинило потужне обледеніння і значне пошкодження деревно-чагарникової рослинності. В результаті дії комплексу негативних погодних факторів утворювались складні ожеледиво-паморозеві відклади, які формувалися різними видами обледеніння, а це посилило їх потужність і руйнівний ефект.
2. Основні види пошкоджень, які зазнали деревостани Вінниччини, - це злам стовбура, злам верхівки крони або втрата гілок крони різного порядку від скелетних до найдрібніших - однолітніх, часткова деформація, або невідновлюваний перегин стовбурів.
3. За результатами проведеного дослідження шляхом порівняння окремих характеристик лісового фонду за даними лісовпорядкування в період до 2000р.і після ожеледі 2003р., зроблено певні висновки, які містять в собі ознаки загального екологічного аналізу довкілля, оскільки стійкість лісових насаджень прямо залежить від їх продуктивності. Загальний стовбурний запас деревини по ДЛГО “Вінницяліс” зменшився на 1309, 37 тис.куб.м або 2,96%, по об‘єкту детальних досліджень – на 1058 тис.куб.м або 11,76%, тобто близько 80% втрат стовбурної деревини у Вінницькій області припадає на об‘єкти детальних досліджень. Відповідне зменшення запасу на 1 га вкритих лісовою рослинністю земель становить 1,83% по області і 11,44% по об‘єкту детальних досліджень. Зменшилася площа дуба високостовбурного в зв‘язку з переводами в насадження з іншими твердолистяними породами на 1228 га і твердолистяних молодняків на 465 га (3,8%), зменшилася площа лісових культур дуба звичайного на 0,2%.
4. На основі вивчення і систематизації наукових, географічних, біоценотичних і лісівничих аспектів місця таксаційного виділу (лісогосподарської ділянки) в природному середовищі визначена і обгрунтована правомірність і доцільність його використання в якості первинної науково-аналітичної і обліково-статистичної одиниці на рівні
