НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ЛАЩЕНКО

Андрій Григорович

УДК 630*5.582.632.2[477.4]

ПРОДУКТИВНІСТЬ, ФІТОМАСА ТА ДЕПОНОВАНИЙ ВУГЛЕЦЬ ШТУЧНИХ ДУБОВИХ ДЕРЕВОСТАНІВ ПОДІЛЛЯ

06.03.02 – лісовпорядкування та лісова таксація

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

Київ – 2004

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 Рябчук Василь Петрович,

Український державний лісотехнічний університет, завідувач кафедри ботаніки, деревинознавства і недеревних ресурсів лісу

кандидат сільськогосподарських наук

Швець Михайло Іванович,

Українське державне проектне лісовпорядне виробниче об’єднання "Укрдержліспроект", провідний інженер відділу алгоритмізації та програмування

Провідна установа - | Український ордена "Знак пошани" науково-дослідний інститут лісового господарства та агролісомеліорації ім. Г.М. Висоцького, лабораторія моніторингу і сертифікації лісів, Державний комітет лісового господарства України, м. Харків

Захист відбудеться “11” березня 2004 року о    годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .004.09 у 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, вул. Героїв оборони, 13, навчальний корпус 4, ауд. 41.

Автореферат розісланий “6” лютого 2004 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Кравець П.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасний період формування і осмислення принципово нового світогляду суспільства стосовно взаємин із природним середовищем вирізняється надзвичайним посиленням вимог з боку останнього щодо обов'язкового дотримання в процесі існування на планеті домінант гуманізму, принципів економічної доцільності та, що найголовніше, екологічної рівноваги.

Зіткнувшись на межі століть з можливістю настання в найближчому майбутньому низки катаклізмів, міжнародна спільнота створює та впроваджує протягом останнього часу різноманітні механізми, здатні запобігти глобальним катастрофам, першочергова роль серед яких належить проблемі глобального потепління клімату. Остання, на думку провідних науковців світу, пояснюється тепловим ефектом, спричиненим збільшенням у атмосфері парникових газів в результаті спалювання у великих об’ємах вуглеводневого палива.

До недавнього часу потоки вуглецю в системі атмосферно-біосферних зв’язків регулювалися рослинним покривом. Але трансформація близького до природної структури рослинного покриву, викликана лісовими пожежами, неконтрольованим вирубуванням лісових масивів, ерозійними процесами, а також відчуженням корінних лісових земель (наприклад, тропічних лісів) під різні види господарської діяльності послабила механізми регулювання потоків вуглецю в біосфері та розміри депонування атмосферного СО2 земною біотою.

Прийнята в 1992 році Рамкова Конвенція ООН щодо глобальних змін клімату і Протокол Кіото (1997 р.) вимагають від світової спільноти визначально нового відношення до лісів планети. Їх функціональна роль в біосфері з суто екологічного напрямку отримала високий суспільний рейтинг, стала предметом уваги при вирішенні низки економічних і навіть політичних питань.

Зважаючи на той факт, що Україна ратифікувала окремі із згаданих вище концепцій, а також є активним членом світової спільноти у боротьбі за екологічно чисте довкілля, вважаємо, що вивчення показників продукційного процесу, а саме пізнання вуглецевих циклів, є надзвичайно важливим для оцінки стану та функціонування лісів держави, які виконують у ній переважно екологічні функції.

Ліси України є її національним багатством. Інтегруючись у світове співтовариство, Україна приймає активну участь також і в міжнародному співробітництві в галузі лісового господарства. Підписавши низку міжнародних домовленостей, наша держава приєдналася до пан-європейського процесу захисту лісів задля усунення загрози їх нормальному розвиткові та функціонуванню. Визначальні та стратегічні позиції в прийнятих домовленостях виконують ряд резолюцій (H1, H2; L1, L2), які формулюють критерії та керівні принципи сталого управління лісами. Одним із головних критеріїв, без наявності якого майже унеможливлюється належний рівень управління лісами і втілення лісової політики, визнано критерій 1 резолюції L2 "Збереження та розширення (примноження) лісових ресурсів та їх вклад в глобальний вуглецевий цикл". Кількісними індикаторами критерію виступають загальні обсяги вуглецю, його кількісні зміни в запасах лісових насаджень, які виражаються через фракції фітомаси. Першочерговим в даному контексті для України, вважаємо, є отримання таких даних в розрізі основних лісоутворювальних порід: сосни, дуба, ялини. Така інформація безсумнівно буде корисною і у розділах звітності постійних лісокористувачів (насамперед - Державного комітету лісового господарства) щодо виконання положень Державної програми "Ліси України", одними із основних завдань якої є посилення в 2002   рр. екологічних функцій лісів, підвищення їх продуктивності та забезпечення галузі адекватною системою лісоуправління.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В процесі виконання дисертаційної роботи базовою для її підготовки слугувала науково-дослідна робота, розроблювана кафедрою лісового менеджменту Національного аграрного університету "Розробити наукові основи еколого-економічної оцінки лісів та управління ними на засадах сталого розвитку" (№ державної реєстрації 0196U013080), до виконання якої дисертант залучався в якості виконавця підрозділів.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційних досліджень є створення комплексу нормативно-довідкових даних, призначених для таксації штучних модальних деревостанів дуба звичайного Поділля, а саме - оцінки динаміки запасів фракцій фітомаси і депонованого в ній вуглецю. Метою досліджень є також експертна оцінка загальних запасів фітомаси штучних дубняків Поділля, об’ємів депонованого вуглецю, а також оцінка обсягів надходження в атмосферу СО2 від основних джерел забруднення на території регіону досліджень. Проміжними результатами, без наявності яких майже унеможливлюється досягнення мети досліджень, є розробка нормативів динаміки стовбурового запасу дослідних деревостанів. Для реалізації поставленої мети було сформульовано до виконання наступні задачі:

· розробити математичні моделі динаміки таксаційних показників штучних модальних дубових деревостанів Поділля;

· виявити закономірності формування компонентів надземної та підземної фітомаси на рівні окремого дерева і одержати відповідні математичні моделі;

· розробити математичні моделі динаміки запасів фітомаси дубових деревостанів в розрізі окремих фракцій: стовбурової деревини та кори, листя та гілок крони, кореневих систем.

Об’єктом дослідження є процеси росту та нагромадження живої органічної речовини в штучних модальних дубових деревостанах Поділля.

Предметом дослідження є продуктивність штучних модальних дубняків Поділля за запасами фітомаси та депонованого вуглецю.

Методи дослідження. Основою теоретичних досліджень даної роботи виступає системний підхід до моделювання ростових процесів лісу із використанням комп’ютерних технологій та відповідного програмного забезпечення. Для вирішення низки конкретних задач (виявлення наявності, форми та ступеню тісноти зв’язків між таксаційними показниками, моделювання зв’язків між цими величинами, обчисленні статистик рядів розподілу таксаційних і біометричних ознак) у процесі досліджень застосовано низку методів біометрії та лісової таксації.

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

· вперше на основі повидільного банку даних "Лісовий фонд України" розроблено математичні моделі ходу росту в розрізі типів росту штучних модальних деревостанів дуба звичайного на Поділлі;

· розроблено математичні моделі оцінки запасів фракцій фітомаси дубняків Поділля на рівні окремого дерева і деревостану в цілому;

· розроблено таблиці динаміки обсягів компонентів фітомаси та депонованого вуглецю штучних модальних дубових деревостанів Поділля;

· оцінено загальні обсяги фітомаси штучних дубняків Поділля та депонованого в ній вуглецю;

· досліджено зміни якісних показників деревини і кори стовбурів та гілок крони дерев дуба звичайного;

· сформульовано методичні підходи та здійснена оцінка стоку та емісії вуглецю в регіоні досліджень на прикладі штучних дубняків.

Практичне значення одержаних результатів. При вирішенні низки наукових та виробничих питань для практичного використання рекомендовані:

· таблиці ходу росту модальних штучних дубових деревостанів Поділля за типами росту;

· нормативи оцінки та динаміки компонентів фітомаси і депонованого вуглецю штучних модальних дубових деревостанів Поділля.

Експертні оцінки загальних обсягів фітомаси і депонованого вуглецю в штучних модальних дубняках Поділля пропонуються до використання під час складання звітності постійними лісокористувачами, урядовими структурами щодо виконання взятих на себе зобов’язань на державному та міжнародному рівнях, які стосуються впровадження різних еколого-соціальних програм розвитку лісового сектору.

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

Дисертація є завершеною науковою працею, у якій на основі викладених наукових положень розв’язано наступні завдання – розроблено математичні моделі динаміки таксаційних показників, моделі динаміки компонентів фітомаси і депонованого вуглецю штучних модальних дубових деревостанів Поділля із застосуванням диференційованого бонітування за типами росту; обгрунтовано використання в умовах Поділля одного із підходів, пов’язаних з оцінкою продуктивності лісових ресурсів та їх обліком.

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

1. Внутрішньодержавних:

· Перша всеукраїнська конференція молодих вчених-аграріїв "Роль молодих вчених в реформуванні аграрного сектору економіки України" (м. Київ, 15-16 березня 2001 р.);

· "Лісівницькі дослідження в Україні" (Дев’яті Погребняківські читання, м. Львів, 11-13 вересня 2003 р.).

2. Міжнародних:

· Международная научно-производственная конференция "Сбережение и улучшение лесов восточной Европы" (Беларусь, г. Гомель, 17-19 октября 2001 г.);

· Міжнародна науково-практична конференція "Сертифікація лісів України в контексті розвитку сучасної лісової політики" (м. Київ, 24-26 жовтня 2002 р.).

Публікації. Результати наукових досліджень за темою дисертаційної роботи опубліковані у чотирьох статтях збірників наукових праць і в одній статі матеріалів міжнародної конференції.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і додатків. Результати досліджень викладені на 189 сторінках комп’ютерного тексту, містять 34 таблиці та 22 рисунки на 25 сторінках. Список використаних джерел (390 найменувань) викладений на 23 сторінках, обсяг 6 додатків – 21 сторінка.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

Розділ 1. Характеристика регіону досліджень, основні біоекологічні та лісівничі особливості досліджуваної деревної породи. Наведено інформацію про регіон, в якому розміщені досліджувані деревостани, з описом основних біоекологічних та лісівничих особливостей головної лісоутворювальної породи тамтешніх лісів – дуба звичайного (Quercus robur L.).

Об’єктом нашої уваги слугували штучні модальні дубняки Поділля, які розташовані на території двох адміністративно-територіальних одиниць України – Вінницької та Хмельницької областей. Даному регіону притаманні характерні, специфічні риси, що відрізняють його з-поміж інших сусідніх – високе гіпсометричне положення, широке розповсюдження кристалічних порід, переважання денудаційних форм рельєфу та гірський, з порогами характер рік (В.П. Попов и др., 1968).

Провідну роль у формуванні рельєфу Поділля відіграла ерозійна діяльність Південного Бугу та його притоків, завдяки чому долини регіону врізані на глибину 100-180 м, добре терасовані і плоскодонні. Характерним для умов Поділля є також наявність ділянок каньйоноподібних долин (К.И. Геренчук, ; И.К. Королюк, 1950).

Клімат Поділля помірно континентальний, достатньо м’який та вологий, оскільки в регіоні спостерігається достатній оптимум кількості тепла, опадів та випаровування (К.Б. Лосицкий, В.С. Чуенков, 1980).

Гідротермічні умови Поділля найбільш сприятливі для росту лісового типу рослинності, а про суцільне розповсюдження в минулому лісів в регіоні свідчить грунтовий покрив, в якому на даний час переважають сірі та світло-сірі підтипи сірих лісових грунтів – типових лісових земель.

Сукупність перерахованих чинників створює комплекс найбільш сприятливих умов для розвитку лісового типу рослинності на Поділлі, дендрофлора якого представлена, в основному видами середньоєвропейських широколистяних лісів, що істотно відрізняє даний регіон від більш східних областей лісостепової зониВ.В. Осичнюк, 1960).

Зростають в подільських дібровах дуб скельний, ясен та граб звичайні, ряд інтродукованих в аборигенні насадження рослин - бук лісовий, горіх чорний, модрина європейська та інші (М.І. Гордієнко, А.О. Бондар, Г.Т. Криницький, Г.Г. Леонтяк, 2000).

Основні біоекологічні та лісівничі особливості дуба звичайного доволі грунтовно описано в роботах багатьох науковців (В.И. Белоус, ; М.І. Гордієнко, А.Ф. Гойчук, Н.М. Гордієнко, ; Е.М. Лавренко, ; Д.Д. Лавриненко, 1970; П.С. Погребняк, 1931; С.С. Пятницкий, 1955).

Сукупність кліматичних, гідрологічних та грунтових умов Поділля України створюють одні з найсприятливіших передумов для успішного росту та розвитку лісової рослинності в даній місцевості, в тому числі і деревостанів дуба звичайного.

Розділ 2. Структура інформаційного забезпечення досліджень, ключові положення методики збору та обробки дослідного матеріалу. Аналізуються основні показники лісового фонду, лісівничо-таксаційна характеристика штучних дубових деревостанів Поділля. Також подано характеристику дослідного матеріалу, основні положення методики його збору та обробки.

Лісовий фонд Поділля відіграє важливу роль в економіці регіону, справляє значний вплив на розвиток промисловості, сільського господарства, організацію відпочинку. Основне місце у лісовому фонді Поділля належить деревостанам дуба звичайного, які займають 84,5% від площі твердолистяних, 63,8% від загальної площі вкритих лісовою рослинністю земель Поділля та близько 14% дубових деревостанів України.

Розподіл земель лісового фонду, підпорядкованих Державному комітету лісового господарства України (ДКЛГ України), а також загальних запасів деревостанів регіону досліджень представлено в табл. 1.

Таблиця 1

Лісовий фонд Поділля

Адміністративно-територіальні одиниці | Площа земель лісового фонду | Загальний запас деревостанів

всього | в т. ч. вкритих лісовою рослинністю | всього | в т. ч. стиглих і перестійних

тис. га | % | тис. га | % | млн. куб. м | % | млн. куб. м | %

Вінницька | 216,0 | 53,2 | 202,9 | 54,6 | 41,4 | 54,4 | 5,8 | 53,0

Хмельницька | 189,7 | 46,8 | 168,8 | 45,4 | 34,6 | 45,6 | 5,2 | 47,0

По регіону | 405,8 | 100 | 371,7 | 100 | 76,0 | 100 | 11,1 | 100

З метою встановлення основних таксаційних характеристик штучних дубових деревостанів Поділля був використаний повидільний банк даних "Лісовий фонд України" (інформація станом на 01.01.1996 року), наданий виробничим об’єднанням "Укрдержліспроект". Складовою частиною цього банку даних є дві періодично оновлюванні інформаційні бази – повидільна таксаційна характеристика земельних ділянок лісового фонду і фонд нормативно-довідкової інформації (М.І. Швець, 1997).

Використовуючи в процесі роботи дані інформаційних баз банку даних, отримали таксаційну характеристику штучних дубняків Поділля. Вихідними слугували наступні таксаційні показники насіннєвих, штучних модальних деревостанів дуба звичайного Вінницької і Хмельницької областей: площа виділуS), га; вік деревостану (А), років; середня висота (H), м; середній діаметрD), см; відносна повнота (Р); запас (М), м3Iга-1; середній бонітет деревостануВ); тип лісу; склад деревостану. На завершальному етапі для аналізу лісового фонду було використано таксаційні характеристики 12 виділів, загальною площею 59806 га (близько 1/3 всіх дубняків Поділля).

Розподіл площі штучних дубняків Поділля за класами бонітету (згідно бонітетної шкали проф. М.М. Орлова) подано в табл. 2.

Таблиця 2

Продуктивність штучних модальних дубових деревостанів Поділля

Клас бонітету | Площа, га

(% за площею) | Середні таксаційні показники

вік (А), років | висота (H), м | діаметр (D), см | відносна повнота, (Р) | запас (М), м3Iга-1

Ic | 185,5 (0,3) | 24 | 15,2 | 14,3 | 0,74 | 148

Ib | 936,7 (1,6) | 28 | 14,8 | 14,4 | 0,73 | 144

Ia | 9181,1 (15,4) | 36 | 16,0 | 16,6 | 0,74 | 165

I | 29362,7 (49,1) | 41 | 15,5 | 16,4 | 0,74 | 158

II | 13658,9 (22,8) | 32 | 10,4 | 11,3 | 0,73 | 93

III | 4557,1 (7,6) | 17 | 4,6 | 4,8 | 0,71 | 30

IV | 1802,8 (3,0) | 9 | 1,8 | 1,3 | 0,72 | 12

V | 120,8 (0,2) | 12 | 1,5 | 1,0 | 0,71 | 14

По регіону | 59805,6 | 34 | 13,1 | 13,8 | 0,73 | 130

На основі аналізу даних табл. стає очевидним, що у лісовому фонді Поділля серед дубових переважають високобонітетні деревостани, площа яких становить 53324,9 га або 89,2%. Середній клас бонітету штучних дубових деревостанів Поділля дорівнює за нашими обрахунками I,3. Більшість наявних штучних дубняків Поділля, згідно проведеного аналізу, зростають у відповідних їм дібровних типах лісу – 92,1%, частина у судібровних – 7,8% та невелика частка у суборевих – 0,1%.

Відомо, що широкі теоретичні узагальнення, розробка та побудова відповідних нормативів в процесі аналізу біологічної продуктивності будь-яких екосистем (в т.ч. лісових, наприклад, при їх порівнянні в різних природних зонах) можливі лише при наявності співставного вихідного матеріалу. Досягнення останнього здійснене тільки при використанні однакових методичних підходів в процесі збору, обробки матеріалів, оформлення їх у публікаціях.

Проведена аналітична робота дозволила констатувати наявність більш ніж десяти методичних підходів, присвячених питанням вивчення біологічної продуктивності лісів. Грунтовний аналіз переваг та недоліків кожної із методик з позицій системного підходу та практичного застосування в умовах Поділля дав право виокремити, на нашу думку, найбільш оптимальну (П.І. Лакида, 1996).

Для досягнення ряду завдань запропонованої мети досліджень (оцінки обсягів та динаміки запасів підземних та надземних фракцій фітомаси штучних модальних дубняків Поділля, динаміки депонованого в них вуглецю) було також використано експериментальний матеріал наукової бази даних, яка включала в себе результати спостережень на 40 тимчасових пробних площах (ТПП). Всі пробні площі були підібрані та закладені згідно з лісівничими та лісотаксаційними вимогами, в переважаючих типах умов місцезростання (ТУМ), репрезентуючи штучні дубові деревостани продуктивністю Iа – II класів бонітету. Віковий діапазон деревостанів, що підлягали вивченню, становив від 9 до 128 років, діапазон відносних повнот - від 0,41 до 1,48. Детальна таксаційна характеристика дослідних деревостанів одержана в наслідок обробки на ПК вихідних даних ТПП (результати перелікової таксації та обміру модельних дерев) за програмою ПЕРТА (А.З. Швиденко, Я.А. Юдицький, 1984). В цілому, зібраний експериментальний матеріал адекватно репрезентує наявні в лісовому фонді Поділля штучні дубові деревостани, а його кількість дозволяє на належному рівні розв’язати задачі мети досліджень.

Розділ 3. Динаміка таксаційних показників модальних штучних дубових деревостанів Поділля. Даний розділ містить в собі інформацію про методику та результати моделювання основних таксаційних показників модальних штучних дубових деревостанів регіону досліджень. В процесі моделювання використано інформацію із двох джерел: дані повидільного банку даних "Лісовий фонд України" та результати таксації тимчасових пробних площ на Поділлі.

Аналізуючи літературні джерела за темою досліджень (Г.Ф. Гуменюк, ; Л.А. Едлін, 1965; М.В. Давідов, 1972; В.В. Данилов, 1970; А.Ф. Косенко, 1966; Е.И. Луций, 1964; Є.Г. Поляков, 1969), виявили, що в умовах України для дубових деревостанів характерним є розвиток за різними типами росту: поряд з помірним, звичайним типом росту за висотою (Тзв) культури дуба нерідко ростуть з прискореним ростом в молодому віці і спадаючою інтенсивністю в старшому (Ту), що супроводжується "падінням" класу бонітету з віком. Тип росту (Тзр) – з повільним ростом в молодому віці і зростаючою інтенсивністю в наступні роки виявився хоча й не таким поширеним, як (Тзв), (Ту), але також має місце в українських дібровах. З віком клас бонітету деревостанів, які зростають за таким типом росту "підвищується." Найчастіше такі деревостани зустрічаються на землях, що вийшли з-під сільськогосподарського користування, або ж у вологих та сирих гігротопах, приурочених до понижених місцеположень (Д.Д. Лавриненко, ; П.С. Погребняк, ).

Враховуючи перелічені вище особливості росту дубових деревостанів, які виявилися характерними для різних регіонів, цікавим було дослідити особливості росту культур дуба на Поділлі. З метою встановлення наявності (відсутності) різних типів росту використовувалися три методи (М.В. Давидов, ): рекогносцирувальний, графічний та аналітичний. Обробка вихідних даних графічним та рекогносцирувальним методами дала лише наближене уявлення про ріст подільських культур дуба. Використовуючи положення аналітичного методу, який, як найбільш точний, автор і рекомендує застосовувати при наукових дослідженнях, було виявлено наступні особливості. Аналізуючи, зокрема, хід росту модельних деревМД), зрубаних в дубових культурах Поділля, підтвердилася особливість росту, виявлена і іншими дослідниками, а саме - "зростання" класу бонітету в умовах вологої дібровиD3). Хід росту за висотою модельних дерев в умовах свіжої діброви (D2) характеризувався підвищенням класу бонітету в одному випадку та незмінністю в іншому, що давало змогу стверджувати про властивість окремих дерев розвиватися за різними типами росту навіть в одному типі умов місцезростання.

Порівнявши криві росту модельних дерев з інтерпольованими кривими бонітетної шкали розробленої проф. К.Є. Нікітіним (1959) для деревостанів з відносно повільним ростом в молодому віці та зростаючою інтенсивністю в наступні роки (тип росту - Тзр), виявили, що хід росту МД за висотою фактично повністю узгоджується з межами відповідних класів бонітету даної шкали.

Більшій частині проаналізованих модельних дерев в умовах свіжої діброви (D2), відповідав зростаючий (Тзр) тип росту, спостерігався також звичайний (Тзв) тип росту.

Однак, слід погодитися з думкою проф. М.В. Давідова, що хід росту модельних дерев "…строго говоря, не характеризуют еще ход роста средних высот древостоев…" (М.В. Давидов, , стор. ). Водночас, відомо також, що по відношенню до всіх дерев, з яких складався деревостан в процесі росту, найбільш стійкими є найвищі та найтовщі дерева (А.В. Тюрин, 1945). На думку деяких науковців (В.Ф. Багинский, 1984; Н.Н. Свалов, 1978), висота таких дерев, яку вони називають "верхньою", є величиною більш стабільною, порівняно із середньою висотою, в меншій мірі пов’язаною з розріджуванням деревостану. Ранг інших дерев звичайно понижується з часом, в зв’язку із проведенням людиною різного роду господарських заходів (Ю.Н. Савич, 1965). Проаналізовані нами модельні дерева переважною більшістю взяті з найбільш товстих ступенів товщини. Дерева саме таких розмірів, а також із середніх ступенів товщини, якщо мета досліджень – не сортиментація запасу деревостану, і рекомендує використовувати Ю.М. Савич (1965) при вивченні ходу росту. Таким чином, можна припустити, що затримки в розвитку аналізовані дерева не зазнавали і ріст їх цілком відповідає біологічним лініям розвитку самих деревостанів.

У спеціальній літературі, варто зауважити, відомі уже випадки використання аналізів модельних дерев при різних лісотаксаційних дослідженнях. Дані таких аналізів В.К. Захаров (1956), наприклад, пропонував використовувати в процесі складання таблиць ходу росту за ним же розробленим способом.

В якості класифікаційної основи в процесі розробки нормативів (таблиць ходу росту, зокрема), використано бонітетну шкалу проф. М.М. Орлова, де бонітет виражено через середнє значення висоти в 90-річному віці. Оскільки розробку таблиць ходу росту вирішено було проводити за типами росту, хід росту за висотою також моделювався в розрізі типів росту: (Тзв), (Ту), (Тзр) у відносних величинах (H/H90). Перехід від відносних до абсолютних значень модельованих показників здійснювали на основі базових значень висоти деревостанів шкали Орлова у віці 90 років, які становили для Ia, I та II класів бонітету відповідно 31,0; 27,4 та 23,8 (у метрах). В результаті багатоваріантного пошуку адекватних моделей росту в якості вихідних для побудови нормативів було використано криві-гід за висотою, запозичені з таблиць ходу росту культур дуба Ia –класів бонітету, розроблених проф. М.В. Давідовим (1972).

Серед значної кількості рівнянь, апробованих у процесі моделювання, найкращі результати отримали при використанні функції, розробленої Мітчерліхом (A.E. ), відомої в спеціальній літературі і як функція Дракіна-Вуєвського (В.Н. Дракин, Д.И. Вуевский, 1940):

(1)

Наведена модель характеризує динаміку відносних висот для (Тзв) типу росту. Варто зауважити, що апробована функція отримала широке застосування та позитивні оцінки при моделюванні ходу росту за висотою в дослідженнях лісівників багатьох країн і є, за твердженням А.К. Ківісте), найбільш перспективною функцією росту в моделюванні ходу росту деревостанів.

Як показали дослідження, в модальних дубових деревостанах Поділля значимий вплив на величину (D) справляють вік (А) та висота (H) деревостану. Використання при моделюванні динаміки середніх діаметрів подільських дубняків відношенняD/H), яке в спеціальній літературі (В.В. Загреев, ) отримало назву міри "нормальності" деревостану за густотою, не дало очікуваних позитивних результатів. Найбільш придатною математичною моделлю динаміки середнього діаметра в штучних подільських дібровах для всієї сукупності в цілому виявилася алометрична функція:

(2)

Наступним кроком було моделювання динаміки суми площ поперечних перетинів (G). В якості вихідної слугувала функція Томазіуса (А.З. Швиденко, Я.А. Юдицкий, 1983). Величина G отримана, як функція середньої висоти деревостануН), оскільки значимого впливу для дубових деревостанів Поділля на суму площ поперечних перетинів інших таксаційних показників не виявлено:

(3)

Однофакторна залежність (отримана як функція середньої висотиH)) суми площ поперечних перетинів для чистих та змішаних насіннєвих дубняків підтверджується дослідженнями колективу кафедри лісової таксації та лісовпорядкування НАУ (Разработать научные основы..., 1984), дослідженнями інших науковців (В.В. Данилов, ; С.Н. Кашпор, ; А.Ф. Косенко, ; Ф.П. Моисеенко, 1964).

Останнім із таксаційних показників, котрі підлягали моделюванню, було видове число (F). Найбільш придатною функцією для відображення динаміки видових чисел в штучних модальних дубняках Поділля виявилася гіпербола першого порядку:

(4)

Для моделювання частини деревостану, що вибирається, в штучних модальних дубняках Поділля аналізувалися таксаційні показники, які характеризували сукупність програмованих до вибірки дерев. Аналіз здійснювався на основі даних, які були отримані в результаті таксації тимчасових пробних площ на Поділлі. Перш за все досліджувалися редукційні числа (R) дерев, що вибираються, за висотою (RH) та діаметром (RD). Отримані були наступні моделі:

(5)

(6)

Інші таксаційні показники частини, що вибирається, знаходилися за добре відомою у лісовій таксації методикою.

Таким чином, враховуючи методичні рекомендації М.В. Третьякова (1927, 1937), який запропонував ідею типів ходу росту деревостанів, а також К.Є. Нікітіна (1959) та М.В. Давідова (1968, 1972), в працях яких цю ідею було розвинуто, розробили таблиці ходу росту (в розрізі типів росту) одновікових, чистих за складом, одноярусних за формою модальних штучних деревостанів дуба звичайного Поділля.

Фрагмент розроблених нормативів I класу бонітету для основної частини деревостану наведено в табл. .

Варто зауважити, що за літературними даними (В.И. Белоус, ), чистих за складом дубняків в умовах Поділля нараховується за площею близько 40%.

Таблиця 3

Хід росту штучних модальних деревостанів дуба звичайного на Поділлі

(Бонітет – I; типи росту – Тзв, Ту, Тзр)

Вік, років | Деревостан | Загальна

продуктивність, м3 | Загальний

приріст, м3

середня

висота, м | середній діаметр, см | кількість стовбурів,

шт | сума площ поперечних перетинів, м2 | видове число | запас, м3 | зміна запасу, м3 | середній | поточний

середня | поточна

Тзв

10 | 3,8 | 3,5 | 5093 | 4,9 | 0,701 | 13 | 1,3 | - | 15 | 1,5 | -

20 | 8,1 | 7,9 | 2387 | 11,7 | 0,565 | 54 | 2,7 | 4,1 | 82 | 4,1 | 6,7

... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ...

40 | 15,7 | 16,6 | 970 | 21,0 | 0,508 | 168 | 4,2 | 5,9 | 276 | 6,9 | 10,1

50 | 18,9 | 20,6 | 717 | 23,9 | 0,498 | 224 | 4,5 | 5,6 | 378 | 7,6 | 10,3

60 | 21,5 | 24,1 | 572 | 26,1 | 0,491 | 276 | 4,6 | 5,2 | 472 | 7,9 | 9,4

... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ...

100 | 28,7 | 35,3 | 316 | 30,9 | 0,480 | 425 | 4,3 | 2,9 | 767 | 7,7 | 5,9

110 | 29,8 | 37,5 | 285 | 31,5 | 0,479 | 450 | 4,1 | 2,5 | 822 | 7,5 | 5,4

Ту

10 | 5,6 | 4,8 | 4255 | 7,7 | 0,619 | 27 | 2,7 | - | 32 | 3,2 | -

20 | 10,3 | 9,6 | 2017 | 14,6 | 0,540 | 81 | 4,1 | 5,4 | 124 | 6,2 | 9,3

40 | 17,5 | 18,1 | 882 | 22,7 | 0,502 | 199 | 5,0 | 5,8 | 331 | 8,3 | 10,2

50 | 20,2 | 21,8 | 672 | 25,1 | 0,494 | 251 | 5,0 | 5,2 | 428 | 8,6 | 9,7

60 | 22,5 | 25,1 | 544 | 26,9 | 0,489 | 296 | 4,9 | 4,5 | 515 | 8,6 | 8,7

100 | 28,5 | 35,1 | 317 | 30,7 | 0,480 | 421 | 4,2 | 2,4 | 775 | 7,7 | 5,3

110 | 29,4 | 37,0 | 291 | 31,3 | 0,479 | 441 | 4,0 | 2,0 | 820 | 7,5 | 4,5

Тзр

10 | 2,2 | 2,2 | 4998 | 1,7 | 0,893 | 3 | 0,3 | - | 4 | 0,4 | -

20 | 5,8 | 6,0 | 2865 | 8,1 | 0,612 | 29 | 1,4 | 2,6 | 39 | 1,9 | 3,5

40 | 13,6 | 14,7 | 1102 | 18,7 | 0,517 | 132 | 3,3 | 5,7 | 207 | 5,2 | 9,5

50 | 17,1 | 19,0 | 787 | 22,3 | 0,503 | 193 | 3,9 | 6,1 | 312 | 6,2 | 10,5

60 | 20,3 | 22,9 | 609 | 25,1 | 0,494 | 251 | 4,2 | 5,8 | 414 | 6,9 | 10,3

100 | 28,9 | 35,6 | 311 | 31,0 | 0,480 | 430 | 4,3 | 3,6 | 757 | 7,6 | 7,1

110 | 30,3 | 38,0 | 280 | 31,7 | 0,478 | 460 | 4,2 | 3,0 | 819 | 7,4 | 6,2

Розроблені таблиці ходу росту носять регіональний характер. Найбільш коректне їх застосовування, вважаємо, можливе в наступних діапазонах величин таксаційних показників: вік – 10  років; відносна повнота – 0,7  ,8; клас бонітету – Iа - II.

Розділ 4. Фітомаса, продукція та депонований вуглець в штучних дубових деревостанах Поділля. Наведено методику та результати моделювання компонентів фітомаси модальних штучних дубових деревостанів Поділля та депонованого в них вуглецю. Оцінено основні складники біопродукційного процесу – нетто-первинну та нетто-екосистемну продукцію; представлено нормативи для обліку фітомаси та депонованого вуглецю, а також наведено порівняльну оцінку обсягів річного депонування вуглецю і кількості викидів вуглецевих сполук у атмосферу від стаціонарних та пересувних джерел забруднення.

Оцінка вуглецевого стоку в лісовій екосистемі, як згадувалося раніше, представляє собою перш за все оцінку фітомаси деревостану. З літературних джерел відомо (Л.Е. Родин, Н.П. Ремезов, Н.И. Базилевич, 1967; Н.И. Базилевич, 1993), що перші спроби таких досліджень виконувалися шляхом простої екстраполяції даних фітомаси окремих пробних площ на значні лісові регіони або біоми, звичайно, із значними завищеннями кінцевих результатів. Найбільш вживаними на сучасному етапі вивчення фітомаси (вуглецю) в лісових системах вважаються методи, пов’язані з оцінкою відповідних показників через регресійне моделювання компонентів фракцій у абсолютних величинах або застосування перевідних коефіцієнтів із суміщенням в подальшому з банками лісовпорядної інформації (П.І. Лакида, 2002; В.А. Усольцев, 1985, 1988; А.З. Швиденко, С. Нильсон, В.С. Столбовой и др., 2000, 2001). Під перевідними коефіцієнтами (Phfr/M) розуміють, в такому випадку, відношення фітомаси в абсолютно сухому стані тієї чи іншої фракції до маси стовбурової деревини (Phfr/M=Mfr/Mst), або запасу стовбурової деревини (Phfr/M=Mfr/M). Відомі також спроби використання різними науковцями в знаменнику в якості фактора у відношенні (Phfr/M=Mfr/f) об’єму стовбура, загальної (надземної та підземної) фітомаси, маси ліквідної деревини. Доведено (Д.Г. Замолодчиков, А.И. Уткин, ; А.С. Исаев, ; В.А. Усольцев, ; А.З. Швиденко, С. Нильсон, В.С. Столбовой и др., ), що оптимальним з причин адекватності, точності та зручності є метод з використанням перевідного коефіцієнту (Phfr/M=Mfr/M), який у спеціальній літературі отримав назву конверсійного.

Регресійні моделі конверсійних коефіцієнтів оцінки маси фракцій фітомаси в абсолютно сухому стані штучних модальних дубняків Поділля наведено в табл. .

Таблиця 4

Множинні регресійні рівняння конверсійних коефіцієнтів (Phfr/M) оцінки компонентів фітомаси штучних модальних дубняків Поділля

Номер моделі | Модель регресії | Fфакт | Fтабл | R2 | myx,%

(7) | 3,13 | 2,84 | 0,725 | 0,36

(8) | 13,97 | 2,84 | 0,938 | 0,24

(9) | 2,95 | 2,84 | 0,661 | 0,72

(10) | 19,70 | 2,84 | 0,956 | 0,31

(11) | 22,37 | 2,84 | 0,959 | 15,1

У якості вихідної використано алометричну функцію. Розрахунок конверсійних коефіцієнтів здійснювався для наступних фракцій фітомаси деревостанів: кора стовбура (Phb); фракції фітомаси крони – листя (Phl) та гілки в корі (Phbr); кореневі системиPhr). Аргументами у рівняннях (7  ) виступили наступні таксаційні показники: вікА), діаметр (D), висота (H), абсолютна повнота (G) деревостану. Модель для оцінки маси стовбура в корі (Phst) найкращого виду набула у вигляді рівняння (11) і призначена для прямої оцінки відповідного біометричного показника в штучних модальних дубняках Поділля.

Використовуючи розроблені моделі і дані повидільного банку даних "Лісовий фонд України", розрахували загальні обсяги фітомаси модальних штучних дубняків Поділля за класами бонітету, віку та повноти в розрізі окремих фракцій. Результати обрахунків обсягів фітомаси в розрізі класів бонітету подано в табл. 5.

Таблиця 5

Загальна фітомаса модальних штучних дубових деревостанів Поділля

Клас боні -тету | Площа, га

(% за площею) | Компонент фітомаси, тис. т / (%) | Загальна, тис. т / (%) | в т.ч. кора стовбура, тис. т / (%)

стовбур в корі | листя | гілки | кореневі системи

Ic | 185,5

(0,3) | 15,33

(73,3) | 0,44

(2,1) | 2,48

(11,8) | 2,67

(12,8) | 20,92

(100) | 2,36

(11,3)

Ib | 936,7

(1,6) | 75,14 (73,1) | 2,22

(2,2) | 12,24

(11,9) | 13,18

(12,8) | 102,78

(100) | 11,28

(11,0)

Ia | 9181,1

(15,4) | 830,87

(73,8) | 22,70

(2,0) | 133,47

(11,8) | 139,12

(12,4) | 1126,16

(100) | 118,65

(10,5)

I | 29362,7 (49,1) | 2535,91

(73,4) | 72,14

(2,1) | 412,66

(11,9) | 435,63

(12,6) | 3456,34

(100) | 359,99

(10,4)

II | 13658,9 (22,8) | 669,86

(67,9) | 31,68

(3,2) | 128,29

(13,0) | 156,78

(15,9) | 986,61

(100) | 106,46

(10,8)

III | 4557,1

(7,6) | 58,80

(45,2) | 11,68

(9,0) | 22,02

(16,9) | 37,61

(28,9) | 130,11

(100) | 15,09

(11,6)

IV | 1802,8

(3,0) | 2,01

(3,5) | 14,59

(25,3) | 12,76

(22,1) | 28,29

(49,1) | 57,65

(100) | 1,78

(3,1)

V | 120,8

(0,2) | 0,08

(1,4) | 1,61

(27,5) | 1,29

(22,1) | 2,87

(49,0) | 5,85

(100) | 0,07

(1,2)

Разом | 59805,6 | 4188,0 | 157,1 | 725,2 | 816,2 | 5886,5 | 615,7

Таким чином, використовуючи запропонований підхід, обрахували загальні обсяги фітомаси модальних штучних деревостанів дуба звичайного Поділля, які становлять 5886,5 тис. т. Розподіляється за фракціями вона наступним чином: на стовбурову частку припадає 60,7%, листя – 2,7%, гілки – ,3%, кореневі системи становлять 13,9%, фракція кори складає в загальній фітомасі 10,4%. На думку М.І. Калініна, (1978), для дерев дуба звичайного характерним є наступний розподіл органічної маси за фракціями: стовбур ,3  ,5%, гілки 5,1 – ,1%, листя 1,9 – 2,6%, корені 10,4  ,7%. Неважко помітити, що дані, які характеризують фракційний розподіл фітомаси в дубняках Поділля фактично повністю узгоджуються з наведеними літературними.

Вивчаючи питання біологічної продуктивності деревостанів та її складників, варто зауважити, що такі поняття, як "фітомаса" і "вуглець" є нерозривними, оскільки "Выявление запасов углерода в растительности лесных экосистем есть не что иное как выявление запасов их фитомассы" (В.А. Алексеев, Р.А. Бердси, 1994, стор. ).

Оцінка стану та функціонування наземних екосистем задля вивчення їх вуглецевих функцій неможливе в повній мірі без вивчення усіх показників біопродукційного процесу, одним із найважливіших серед яких є продукція (нетто-первинна продукція, net primary production, NPP) – щорічно створювана (генерована в результаті фотосинтезу) в підземній та надземній частинах деревостану органічна рослинна речовина (Н.И. Базилевич, 1993).

Величина продукції тісно пов’язана з такими лісівничо-фізіологічними факторами, як індекс листової поверхні, хлорофіловий індекс, в значній мірі величина первинної продукції визначається кількістю фотосинтетично активної радіаціїД.Г. Замолодчиков, А.И. Уткин, ; Ю.Л. Цельникер, И.С. Малкина, 1994).

В процесі обрахунків продукції модальних штучних дубових деревостанів Поділля вплив даних факторів не враховувався, що пов’язано з низкою методичних питань. Обрахунок згаданої величини здійснювався на основі методу із диференціюванням за віком моделей динаміки загальної продуктивності фітомаси штучних модальних дубових деревостанів Поділля, які були попередньо знайдені та описані математично, використовуючи дані розроблених таблиць динаміки фітомаси. Для математичного опису використовувалася функція Мітчерліха, її перша похідна (саме задля апроксимації продукції), властивості та параметри яких добре описані в науковій літературі (А.К. Кивисте, ), поліном другого порядку, де фактором виступав номер класу бонітету, а відгуками – коефіцієнти функції для обрахунку продукції (A.S.G.S. ), який застосовували з метою узагальнення результатів моделювання за класами бонітету:

; (12)

; (13)

, (14)

де B – номер класу бонітету, який для Iс дорівнює 1, а для V – 8;

s11, s12, s13, s21, s22, s23, s31, s32, s33 – регресійні коефіцієнти.

На кінцевому етапі функція обрахунку продукції набула наступного вигляду

(15)

де А – вік, років.

Використовуючи запропонований метод та інформацію банку даних "Лісовий фонд України", оцінили загальну продукцію (іншими словами, що стає цілком зрозумілим з наведеного алгоритму, – загальний поточний приріст фітомаси за загальною продуктивністю). Оцінена продукція штучних модальних дубняків Поділля склала за нашими обрахунками 217,8 тис. тIрік-1 сухої органічної речовини, що становить близько 3,64 тIга-1Iрік-1 чи 364 гIм-2Iрік-1 сухої органічної речовини. Для прикладу, величина середньої чистої первинної продукції дубових високостовбурних деревостанів Російської Федерації (включаючи нижні яруси) оцінена тутешніми дослідниками в 4,6-6,4 тIга-1Iрік-1 (Д.Г. Замолодчиков, А.И. Уткин, 2000).

В одиницях вуглецю продукція дубняків Поділля становить 182 гIС м-2Iрік-1. Тобто, середнє річне поглинання атмосферного вуглецю в розрахунку на 1 м2