Національний аграрний університет

Матушевич

Любов Миколаївна

УДК 630*2.674.031:630*228(477)

Продуктивність та надземна фітомаса берези

в насадженнях Українського Полісся

06.03.02 – лісовпорядкування та лісова таксація

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Київ - 2004

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України

Науковий керівник – доктор сільськогосподарських наук, професор

Лакида Петро Іванович, Національний аграрний університет, завідувач кафедри лісового менеджменту

Офіційні опоненти : доктор сільськогосподарських наук, професор

Ткач Віктор Петрович, Український ордена “Знак пошани” науково-дослідний інститут лісового господарства та агролісомеліорації ім. Г.М. Висоцького, директор

кандидат сільськогосподарських наук,

Полякова Любов Володимирівна, Науково-інформаційний центр лісоуправління, старший науковий співробітник

Провідна установа – Український державний лісотехнічний університет, кафедра лісової таксації та лісовпорядкування, Міністерства освіти і науки України, м. Львів

Захист відбудеться “ 7 ” липня 2004 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.09 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус 3, ауд. 

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці НАУ за адресою: 03041, м. Київ-41,

вул. Героїв оборони, 13, навчальний корпус 4, к. 41

Автореферат розісланий “ 3 ” червня 2004 року

Вчений секретар

cпеціалізованої вченої ради Кравець П. В.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Різкі зміни клімату та деградація навколишнього середовища ставлять під загрозу нормальне функціонування біосферних процесів і життя людини. У зв’язку з цим постає питання всебічного вирішення проблем оптимізації природокористування як частини екологічного моніторингу. Із наземних біомів ліси відіграють важливу роль у регулюванні багатьох природних процесів. Пріоритетною серед екологічних функцій лісу є його довготермінова здатність акумулювати вуглець біомасою деревних рослин та продукувати кисень. Вирішення ресурсо-енергетичних та екологічних проблем лісів потребує розробки системи нормативно-інформаційного забезпечення для кількісної та якісної оцінки біологічної продуктивності деревних порід за компонентами фітомаси в прийнятних одиницях маси або енергії. У свою чергу, воно поглиблює уявлення про біологічну продуктивність деревостанів головних лісоутворювальних порід та має практичну цінність для впровадження її нормативів у лісівничу та інвентаризаційну практику.

В Україні такі дослідження тільки розпочалися. Тому для деяких деревних порід нормативної інформації про біомасу в цілому та окремі її компоненти немає. Математичні моделі та нормативи оцінки компонентів надземної фітомаси для деревостанів сосни, дуба, бука та смереки розробив П. І. Лакида (1997). Для березових деревостанів в Україні такі дослідження не проводились.

Дисертаційну роботу присвячено вивченню біологічної продуктивності лісостанів берези повислої, широко розповсюдженої в Українському Поліссі, за компонентами надземної фітомаси та їх кількісною і якісною оцінкою.

Зв‘язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Проблемні питання, висвітлені в дисертації, є складовою частиною держбюджетної наукової теми 110/55 “Розробити теоретичні основи, методичне і нормативно-інформаційне забезпечення системи кадастрової оцінки лісосировинних ресурсів та їх раціонального використання в умовах ринкової економіки” (номер державної реєстрації 0196U013080), яку виконували співробітники кафедри лісової таксації та лісовпорядкування лісогосподарського факультету Національного аграрного університету в 1996–2000 рр. за участю дисертанта (розділ 3 “Вивчення біологічної продуктивності березових лісів України за компонентами фітомаси”).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційних досліджень були теоретичне обґрунтування та практична реалізація нормативно-інформаційного забезпечення оцінки якісних і кількісних параметрів компонентів надземної фітомаси дерев та деревостанів берези повислої в насадженнях Українського Полісся. Досягнення поставленої мети передбачало вирішення таких основних завдань:

-

-

-

Об’єктом дослідження є процеси росту та формування продуктивності лісостанів берези повислої в насадженнях Полісся України.

Предметом дослідження є особливості росту лісостанів берези повислої Полісся України, нагромадження в них фітомаси та депонованого в ній вуглецю.

Методи дослідження. Для вирішення сформульованих задач у процесі досліджень використано сучасні методи біометрії, лісової таксації, лісовпорядкування, лісівництва, деревообробки, фізіології рослин та інформаційні технології. Основними з них є теорія розподілу випадкових величин, регресійний аналіз, методи оцінювання, моделювання й апроксимації таксаційних показників, визначення показників природної та базисної щільності, встановлення вмісту листя у деревній зелені, абсолютно сухої речовини у свіжому листі. Камеральні роботи виконано на персональному комп’ютері (ПК) з використанням стандартних пакетів інформаційних технологій, програми множинного регресійного аналізу РЕГАНА (А. З. Швиденко, Я. А. Юдицький, 1983) та спеціальних таксаційних і біометричних програм PERTA, ZRIZ тощо, розроблених науковцями кафедри лісової таксації та лісовпорядкування Національного аграрного університету.

Інформаційною базою дослідження слугували матеріали банку даних “Повидільна таксаційна характеристика лісів” виробничого об’єднання “Укрдержліспроект” п’яти областей Поліського регіону – Волинської, Житомирської, Київської, Рівненської, Чернігівської, а також монографії, наукові статті, інформаційні матеріали вітчизняних та іноземних авторів, опубліковані в періодичних виданнях.

Наукова новизна одержаних результатів. Уперше в Україні з використанням системного підходу, науково обґрунтованих методик досліджень, репрезентативних дослідних даних, розроблено систему нормативно-інформаційного забезпечення оцінки компонентів надземної фітомаси дерев та лісостанів берези повислої в Українському Поліссі.

Новизна одержаних результатів полягає в наступному:

?

?

?

?

?

Теоретичне і практичне значення одержаних результатів. Розроблено систему нормативно-інформаційних критеріїв для оцінки компонентів надземної фітомаси дерев та лісостанів берези повислої в Українському Поліссі, яка потрібна для вирішення лісогосподарських, лісовпорядкувальних, ресурсознавчих і екологічних задач у системі Державного комітету лісового господарства та інших установах України.

Для практичного використання пропонуються:

?

?

?

?

?

Особистий внесок здобувача. Дисертація є завершеною науковою працею здобувача. Понад 80 % експериментального матеріалу зібрано автором особисто протягом 1995–2000 рр. Дисертанту належить обґрунтування проблеми, одержання результатів дослідження, їхній аналіз та узагальнення. Крім цього, з банку науково-дослідних даних кафедри лісової таксації та лісовпорядкування НАУ були використані експериментальні дані, зібрані за такою ж методикою під керівництвом проф. П. І. Лакиди.

Для первинної обробки дослідних даних на ПК автор використовувала пакет прикладних програм, розроблених під керівництвом професорів К. Є. Нікітіна та А. З. Швиденка, доцентом А. Я. Юдицьким.

Деякі наукові результати одержані разом із здобувачем В. О. Дибкалюком, про що свідчать спільні публікації та відповідні посилання у тексті дисертаційної роботи.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень періодично доповідалися на науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу, конференціях молодих учених, науково-технічних конференціях Навчально-наукового інституту лісового і садово-паркового господарства Національного аграрного університету (1998–2002 рр.), на міжнародних науково-практичних конференціях: “Ювілейна конференція з нагоди 100-річчя Національного аграрного університету” (Київ, 1998 р.); “Лісовий комплекс України на зламі тисячоліть: освіта, наука, виробництво” (Київ, 2000 р.); “Лісівницькі дослідження в Україні” (Львів, 2002 р.).

Публікації. За темою дисертаційних досліджень опубліковано 6 статей у наукових фахових виданнях. Загальний обсяг публікацій становить 3,2 друк. арк.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, 5 розділів, висновків, пропозицій виробництву, списку використаних джерел (284 найменувань, у тому числі 24 іноземних авторів) та 18 додатків на 70 сторінках. Роботу викладено на 251 сторінці комп’ютерного тексту; містить 44 таблиці та 26 рисунків.

Основний зміст

Розділ 1. Характеристика об’єкта дослідження. Викладено обґрунтування об’єкта дослідження, фізико-географічні умови регіону дослідження, лісівнича і таксаційна характеристики деревостанів берези повислої Полісся України.

В Україні береза створює чисті та мішані ліси. Близько 80% насаджень із переважанням берези зростає у Поліссі (С. А. Генсірук, В. С. Бондар, 1973), що й визначило регіон проведення дослідження. За даними державного обліку лісів України станом на 1.01.1996 р. березняків у Поліссі 10,8% від вкритих лісовою рослинністю земель і вони займають друге місце за площею. Серед м’яколистяних лісів Полісся України 40,0% площі припадає на березу повислу, де частіше вона утворює деревостани природного походження (92,8%), які зосереджені, здебільшого, в Рівненській (35,0%) та Житомирській (32,3%) областях. Більшість природних насаджень зростає за II класом бонітету, штучних – за I класом бонітету. Повнота як у природних, так і в штучних березових лісових фітоценозах становить близько 0,7 (рис. 1).

Характеристику природних деревостанів та штучних насаджень берези повислої в Українському Поліссі за площею, складом, класами віку, бонітетом, повнотою і типами лісорослинних умов у Волинській, Житомирській, Київській, Рівненській та Чернігівській областях проведено на основі банку даних “Лісовий фонд” ВО “Укрдержліспроект”. Результати цього дослідження дозволили деталізувати стан та поширення лісових формацій берези повислої та повніше охарактеризувати особливості її росту за таксаційними і лісівничими параметрами і розглядати цей вид, як один із перспективних щодо вирішення екологічних проблем довкілля в цьому регіоні.

Розділ 2. Сучасний стан вивчення біологічної продуктивності лісів. Висвітлено проблему вивчення біологічної продуктивності лісових деревостанів, системний підхід і математичне моделювання біологічної продуктивності деревостанів, роль лісових фітоценозів у регулюванні вмісту вуглецю в атмосфері, стан вивчення біологічної продуктивності березових деревостанів.

Аналіз дослідження біологічної продуктивності деревостанів різними науковцями (Н. В. Диліс, 1964, H.et al., 1964; Є. Л. Родін, Н. П. Ремезов, Н. І. Базілевич, 1968; Л. Ф. Правдін, 1969; І. І. Смольянінов, 1969; Л. І. Половніков, 1970, 1977; H.1970; А. І. Уткін, 1990, 1995 та ін.; В. К. М’якушко, 1972, 1978 та ін.) показав, що вони мають ресурсознавчу і біолого-лісівничу спрямованість і не відображають біологічну продуктивність деревостанів в умовах України.

Дослідженням закономірностей росту і розвитку лісових ценозів з використанням сучасних методів пізнання, які ґрунтуються на застосуванні математичних методів, електронно-обчислювальної техніки та відповідного програмного забезпечення займалися Т. Е.-А. Фрей (1971), К. К. Буш, І. К. Ієвінь (1975), І. В. Карманова (1976), К. Є. Нікітін (1978), К. Є. Нікітін, А. З. Швиденко (1978), І. Я. Лієпа (1980), Г. С. Розенберг (1981, 1984), О. А. Атрощенко (1984, 1986), В. А. Усольцев (1984, 1985, 1993), В. В. Загрєєв, А. З. Швиденко (1988), В. П. Ткач (1999) та ін. Завдання цієї роботи – пошук можливості прогнозування і керування процесами росту й розвитку дерев та лісостанів берези повислої у Поліссі України.

Моделі біологічної продуктивності деревостанів за окремими компонентами фітомаси часто розроблялись на логарифмічній основі з використанням рівняння множинної статистичної алометрії Кобба-Дугласса. Це рівняння вважається кращим для описування залежностей компонентів фітомаси від морфометричних показників дерева (І. В. Карманова, 1976; А. І. Уткін, 1979, 1978; В. А. Усольцев, 1985, 1976; П. І. Лакида, 1997, 2002).

У міжнародних документах (Кіотський протокол Рамкової конвенції ООН про зміну клімату, 1992; Національна доповідь України, 1991, 1996; Постанова Кабінету Міністрів України №583 від 14 квітня 1999 року) та в наукових статтях (В. А. Алєксєєв, Р. І. Бердсі, 1994; P.1996; П. І. Лакида, 1997; P.S.А.1997 та ін.), у яких розглядаються питання зміни клімату на Землі в зв’язку з викидами газів у атмосферу, особливе місце відведено вуглекислому газу. За цим показником Україна посідає восьме місце у світі. Одним зі шляхів скорочення концентрації СО2 в атмосфері є збереження лісів, поліпшення їхньої структури, підвищення продуктивності за рахунок лісовідновлення та лісорозведення. Березові лісові фітоценози, які відрізняються високою продуктивністю фотосинтезу (інтенсивність фотосинтезу берези повислої – 66,9 мг СО2 на 1 г сирої маси, П. Крамер, Т. Козловський, 1963) та не потребують великих витрат для створення, можуть стати потужним чинником регулювання СО2 в атмосфері.

Вивченням біологічної продуктивності березових насаджень займались У. І. Галвас, М. Я. Зуковська (1975), І. К. Ієвінь, Е. О. Дікельсон (1962), І. К. Ієвінь, В. Є. Гейне (1966) – у Латвії, А. Ф. Ільюшенко (1968, 1982) – в Ярославській області Росії, Н. І. Казиміров, Р. М. Морозова, В. К. Кулікова (1978) – у південній Карелії, А. А. Молчанов (1971, 1974, 1979) – в Архангельській та Московській областях, Л. К. Поздняков, В. В. Протопопов, В. М. Горбатенко (1969) – в Центральній Якутії, В. В. Смірнов (1971), В. В. Смірнов, В. І. Алєксєєв, В. Г. Семенова (1967), В. В. Смірнов, В. Г. Семенова (1969) – у Московській області та середній і південній тайзі, В. А. Усольцев (1976, 1979, 1985, 1988), В. А. Усольцев, А. М. Данченко (1981), В. А. Усольцев, В. М. Кричун (1982) – в Казахстані, І. Д. Юркевич, В. С. Гельтман (1956), І. Д. Юркевич, Е. П. Ярошевич (1974) – у Білорусі. Їхній ретроспективний аналіз показує, що вони є вагомим внеском у вирішення багатьох проблем лісівничої науки. Однак у більшості випадків через несумісність методичних підходів, обмежену кількість досліджуваних компонентів фітомаси, відмінність у географічних зонах, де проводились дослідження, і умовах місцезростання деревостанів, їх не можна використати для оцінки біологічної продуктивності березових деревостанів в Україні.

Розділ 3. Методика досліджень та характеристика дослідного матеріалу. Включає методи збору і обробки експериментальних даних, характеристику та загальну оцінку дослідного матеріалу, структурний аналіз дослідних даних та їхній поділ на однорідні елементи.

Продуктивність берези повислої вивчалась на тимчасових пробних площах (ТПП), які закладалися за загальноприйнятою лісотаксаційною методикою (Ю. М. Савич, 1962; К. Є. Нікітін, 1966; А. З. Швиденко, 1981; А. А. Строчинський, 1992). У роботі використано спеціальні біометричні прийоми та методику збору дослідного матеріалу (П. І. Лакида 1997, 2002), модифіковану відповідно до об’єкта дослідження. Вона відрізняється від існуючих (Є. Л. Родін, Н. П. Ремезов, Н. І. Базилевич, 1968; А. І. Уткін, 1975, 1982) тим, що увесь комплекс нормативів (для окремого дерева і деревостану) побудований на базі моделей фітомаси дерев та закономірностях будови деревостанів за діаметром.

Обробка дослідних даних виконувалась на ПК з використанням пакета Excel, спеціальної статистичної програми SPSS, програми множинного регресійного аналізу РЕГАНА (А. З. Швиденко, Я. А. Юдицький, 1983). Таксаційну характеристику досліджуваних насаджень одержано за спеціальною програмою РЕРТА (розробленою науковцями кафедри лісової таксації та лісовпорядкування НАУ). Біометрична обробка дослідних даних виконувалась за прикладними програмами ZRIZ, ZRIZ-K, PLOT, KRON, GIL, PAS, FITO, RATIO, розробленими проф. П. І. Лакидою (1997, 2002).

Усього закладено 35 тимчасових пробних площ з рубкою, обміром дерев та пофракційною оцінкою компонентів надземної фітомаси 192 модельних дерев. Дослідження проводились переважно у високопродуктивних середньовікових насадженнях. Вік березових насаджень, де закладені ТПП, коливався від 8 до 69 років. Вони характеризуються I, Ia, Ib, Ic, іноді II, III класами бонітету, повнотою 0,4–1,0 і ростуть у свіжих та вологих суборах і сугрудках (B2, B3, C2, C3). Масив даних для кожного модельного дерева (МД) має понад 20 таксаційних показників. З повидільного банку даних „Лісовий фонд” ВО „Укрдержліспроект” відібрано та використано таксаційний матеріал, який характеризує насадження берези повислої в держлісгоспах Поліської зони. Усього проаналізовано 58341 таксаційний виділ. У лабораторних умовах були встановлені показники щільності деревини та кори стовбурів і гілок дерев за відповідними методиками (П. І. Лакида, 1993) у 42 середніх МД, відібраних на пробних площах. Вологість листя і вміст у ньому абсолютно сухої речовини визначались зважуванням 103 модельних гілок та 57 наважок свіжого листя.

Проаналізовано статистики вихідних даних у натуральних і логарифмічних величинах за методиками викладеними у наукових працях К. Є. Нікітіна, А. З. Швиденка (1978), Є. М. Четиркіна, І. Л. Каліхмана (1982), С. М. Кашпора, А. А. Строчинського, Л. М. Березівського (2002). Виявлено, що статистики маси деревної зелені та гілок мають розподіл значень дещо відмінний від нормального. Моделі, побудовані на їхній основі, матимуть невисоку точність. З достатньою точністю вони зможуть оцінювати лише цю сукупність. Оцінено значущість різниці між масою деревної зелені та масою гілок дерев, що ростуть у свіжих і вологих суборах та у свіжих і вологих сугрудках за допомогою F-критерію Фішера та t-критерію Стьюдента (В. М. Іванова та ін., 1981; В. К. Горкавий, 1995 й ін.). Виявлено, що у дерев, які зростають у суборах і сугрудках, перерозподіл маси гілок і деревної зелені неоднаковий. Однак для достовірного розподілу масивів дерев, що зростають у різних типах умов місцезростання, необхідні додаткові експериментальні дослідження.

Розділ 4. Оцінка якісних ознак компонентів дерев берези повислої. У процесі дослідження компонентів фітомаси дерев і деревостанів берези повислої оцінено такі якісні параметри рослин: локальну природну щільність деревини та кори стовбурів, локальну базисну щільність деревини та кори стовбурів, середню природну щільність деревини та кори стовбурів, середню базисну щільність деревини та кори стовбурів, природну щільність деревини та кори гілок, базисну щільність деревини та кори гілок, частку листя у деревній зелені, вміст абсолютно сухої речовини в листі.

Для оцінки локальної щільності стовбурів МД їхні дані згруповано за такими віковими групами: моделі віком до 20 років; 20–40 років, 40–60 років, усі моделі разом. Установлено, що природна щільність деревини (рис. 2, а) на відносних висотах (0,1h; 0,25h; 0,5h і 0,75h) майже не змінюється від окоренка до 0,5h, а далі зменшується до вершини. Загалом до 40 років зі збільшенням висоти дерев щільність деревини на відносних висотах дещо зменшується, а після 40 років вона рівномірно, але не значно, збільшується від окоренка до вершини, що можна пов’язати зі зменшенням росту дерев у висоту. На відміну від природної щільності, базисна щільність деревини стовбурів на відносних висотах в усіх вікових групах зі збільшенням висоти дерев помітно зменшується у напрямі від окоренка до вершини (рис. 2, б). Зі збільшенням віку дерев щільність деревини стовбурів збільшується.

В усіх вікових групах природна та базисна щільність кори зрізів стовбура зростає у напрямі від окоренка до вершини. Зі збільшенням віку дерев щільність кори на відносних висотах зменшується.

Проаналізовано залежність природної та базисної щільності деревини й кори гілок від віку (а, років), діаметра (d1,3м, см) і висоти (h, м) МД (рис. 3). З’ясовано, що як природна, так і базисна щільність деревини гілок навіть у дерев однакових за віком, діаметром і висотою, значно різняться. Зі збільшенням віку, діаметра і висоти дерев природна й базисна щільність деревини гілок змінюється за висхідною, а кори гілок зменшується. Порівнюючи результати досліджень О. І. Полубояринова (1976) з отриманими в дисертаційній роботі, виявлено, що щільність деревини грубіших гілок менша, ніж тонших.

Середня щільність фракцій стовбура (деревини, кори і стовбура в корі) у свіжозрубаному та абсолютно сухому станах розраховувалась на основі локальних даних з використанням програми РLOT (П. І. Лакида, 2002) і аналізувалась залежно від віку, діаметра і висоти МД. Відзначено, що середня базисна щільність деревини стовбурів поступово зростає зі збільшенням віку, діаметра і висоти дерев, а кори стовбурів зменшується і характеризується високою дисперсією (табл. 1). Для визначення середньої базисної щільності деревини та кори стовбурів берези повислої пропонуються однофакторні моделі (за віком, діаметром і висотою).

У Поліссі України за результатами дослідження базисна середня щільність деревини стовбура становить 521 кг?(м3)-1, а за даними О. І. Полубояринова (1976) в Україні вона на 12 кг?(м3)-1менша і досягає 509 кг?(м3)-1. Дещо більша базисна щільність березової деревини в Поліссі України виявилася також порівняно з Сибіром (502 кг(м3)-1), Естонією (503 кг?(м3)-1), Білоруссю (479 кг?(м3)-1), Карелією (509 кг?(м3)-1) і Ленінградською областю (500 кг?(м3)-1) (О. І. Полубояринов, 1976).

Таблиця 1

Середня щільність компонентів надземної фітомаси дерев берези повислої,

кг?(м3)-1

Показник | Відносні висоти | Середня стовбура | Середня гілок

0 | 0,1h | 0,25h | 0,5h | 0,75h

Середня природна щільність

Деревина | 869 | 884 | 889 | 899 | 860 | 882 | 817

Кора | 790 | 894 | 947 | 1013 | 1060 | 857 | 1033

Деревина в корі | 849 | 883 | 898 | 919 | 898 | 886 | 855

Середня базисна щільність

Деревина | 559 | 531 | 518 | 509 | 487 | 521 | 499

Кора | 505 | 537 | 548 | 573 | 564 | 522 | 582

Деревина в корі | 537 | 531 | 521 | 520 | 498 | 523 | 513

Частка листя у фракції деревної зелені (PL) та вміст абсолютно сухої речовини в свіжому листі (SL) зі збільшенням віку і діаметра дерев зростає, а з висотою – спадає. Частка абсолютно сухої речовини в свіжому листі зменшується як зі збільшенням віку і діаметра, так і висоти дерев. Таким чином, виявлено тенденцію зміни частки листя у фракції деревної зелені та вмісту абсолютно сухої речовини в свіжому листі від віку, діаметра і висоти дерев. Тісної залежності між ними не виявлено. Середнє значення PL знаходиться в межах 56,1–58,7%, середнє значення SL – в межах 0,407–0,419.

Розділ 5. Нормативи оцінки компонентів надземної фітомаси дерев і насаджень берези повислої. Розглядаються залежність маси компонентів дерев від їхніх таксаційних показників, нормативи оцінки компонентів фітомаси крони, моделювання компонентів надземної фітомаси насаджень, розроблення нормативів компонентів надземної фітомаси насаджень.

Графоаналітичний і кореляційний аналіз залежності маси деревної зелені та гілок від морфометричних ознак дерева дозволив встановити, що зі збільшенням діаметра та висоти дерев маса деревної зелені та гілок берези повислої зростає поступово. У межах одного ступеня товщини дерев різної висоти їхні значення мають високу дисперсію і неординарний характер зміни (рис. 4).

Виявлено тісну кореляцію маси деревної зелені (qдз, кг) та гілок (qгіл, кг) з діаметром (d1,3м, см), висотою (h, м) дерев, діаметром крони (dкр, м) і похідною величиною – площею крони (Sкр, м2).

Об’єм стовбура обчислювався за класичною в лісовій таксації формулою (Vст=ghf). Модель видового числа підбиралася з урахуванням характеру його зміни зі зростанням діаметра і висоти дерев. Обчислені за отриманими рівняннями видові числа порівнювалися з фактичними накладанням їх на графік та оцінюванням їхніх залишків. Кращою моделлю, яка найбільш адекватно описує залежну змінну, визнано таку

(1)

Коефіцієнт детермінації отриманого рівняння становить 69%.

Рівняння об’єму кори берези повислої розроблялось за прямою залежністю, до складу якої входить діаметр і висота дерев. Отримано рівняння вигляду

(2)

Коефіцієнт детермінації рівняння (2) становить 85%. Переведення об’єму в масу виконано через показники середньої щільності.

Багатоваріантний пошук регресійних моделей оцінки маси деревної зелені та гілок залежно від таксаційних показників дерев показав, що найбільш інформативними та доступними для вимірювання є висота та діаметр дерева на висоті 1,3 м, які на 80–86% відображають мінливість досліджуваних ознак загального масиву (табл. 2).

Таблиця 2

Рівняння оцінки маси деревної зелені та маси гілок дерев берези повислої

Номер рівняння | Рівняння | Q2

Для маси деревної зелені та гілок у свіжозрубаному стані

3 | 0,86

4 | 0,80

Для маси гілок і листя в абсолютно сухому стані

5 | 0,80

6 | 0,86

Розрахунок нормативів оцінки компонентів надземної фітомаси дерев берези повислої у свіжозрубаному та абсолютно сухому станах виконувався за допомогою діалогової програми TREE на основі математичних моделей 1 – 6. Таблиці побудовано за двома входами – діаметром на висоті 1,3 м і висотою дерев для наступних компонентів фітомаси: деревини стовбура, кори стовбура, стовбура у корі, гілок у корі, листя, крони дерева, деревної зелені (свіжозрубаний стан), надземної частини дерева.

Виявлено, що зі збільшенням діаметра і висоти дерев маса деревини, кори і стовбурів у корі, маса гілок, листя, деревної зелені та загальна фітомаса крони зростає. У дерев одного ступеня товщини зі збільшенням їхньої висоти фітомаса крони і маса окремих її компонентів зменшується. Але незалежно від цього надземна фітомаса берези повислої зростає зі збільшенням діаметра та висоти дерев, що узгоджується із закономірностями фізіологічного розвитку рослин.

Моделювання надземної фітомаси насаджень берези повислої виконувалося шляхом встановлення одно- та багатофакторних залежностей компонентів фітомаси від таксаційних ознак насаджень, яким користувалися H.A.I.Madgwick (1970), T.Satoo, H.A.I.Madgwick (1982), В. А. Усольцев (1985, 1984, 1976, 1985), O.T.Helgerson et al. (1988), D.B.Botkin, L.G.Simpson (1990), П.І.Лакида (2002) та ін.

За оцінкою тестів нормального розподілу Колмагорова–Смірнова та Шапіто–Уілкса (А. Бююль, П. Цьофель, 2002) моделі, побудовані для компонентів надземної фітомаси насаджень берези повислої в абсолютно сухому стані, найбільш надійно працюватимуть для фракції листя і деревної зелені та дещо гірше – для компонентів фітомаси стовбурів і досить наближено – для компонентів фітомаси гілок.

Кращою, на нашу думку, є модель оцінки компонентів надземної фітомаси насаджень берези повислої в абсолютно сухому стані за діаметром (D), висотою (H) і повнотою (П) насаджень. Вона має вигляд де mi – відповідні компоненти надземної фітомаси в абсолютно сухому стані, т?га-1; a0 … a3 – коефіцієнти регресії. Характеристика рівнянь (7–14), які описують відповідні компоненти фітомаси насаджень берези повислої та їхні коефіцієнти детермінації, наведено в табл. 3.

Таблиця 3

Характеристика рівнянь оцінки компонентів надземної фітомаси насаджень

Номер рів-няння | Компоненти фітомаси | Коефіцієнти регресії | Q2

а0 | а1 | а2 | а3

Абсолютно сухий стан

7 | Деревина стовбурів | 1,595 | -0,035 | 1,475 | 1,002 | 0,93

8 | Кора стовбурів | 0,351 | -1,109 | 2,411 | 0,857 | 0,68

9 | Стовбур у корі | 1,948 | -0,180 | 1,599 | 0,963 | 0,94

10 | Деревина гілок | 2,411 | 1,260 | -0,605 | 1,085 | 0,70

11 | Кора гілок | 0,563 | 1,019 | -0,393 | 0,719 | 0,54

12 | Гілки в корі | 3,023 | 1,217 | -0,573 | 1,011 | 0,68

13 | Листя | 4,134 | 0,853 | -0,783 | 0,867 | 0,62

Свіжозрубаний стан

14 | Деревна зелень | 19,413 | 0,809 | -0,783 | 0,867 | 0,60

Компоненти фітомаси березових насаджень зі свіжозрубаного стану в абсолютно сухий перераховувалися через показники середньої базисної щільності та вміст абсолютно сухої речовини в свіжому листі, знайдених у процесі дослідження. Отримано комплекс нормативів оцінки абсолютно сухого стану надземної фітомаси насаджень за такими компонентами: стовбурова деревина, кора стовбурів дерев, стовбури у корі, деревина гілок, кора гілок, гілки у корі, листя, крона дерева, загальна надземна фітомаса, відношення надземної фітомаси дерев до запасу насаджень у корі, деревна зелень насаджень (свіжозрубаний стан). Фрагменти нормативів для оцінки компонентів фітомаси деревостанів берези повислої в насадженнях із відносною повнотою 0,7 наведено в табл. 4.

Таблиця 4

Фітомаса компонентів насаджень берези повислої в абсолютно сухому стані (т?га-1)

Середній діаметр, см | Середня висота, м

14 | 16 | 18 | 20 | 22 | 24 | 26

Деревина стовбурів

16 | 49,7 | 60,5 | 71,9 | 84,0

18 | 60,2 | 71,6 | 83,7 | 96,3

20 | 60,0 | 71,4 | 83,4 | 96,0

22 | 71,1 | 83,1 | 95,6 | 108,7

24 | 70,9 | 82,8 | 95,3 | 108,4

26 | 82,6 | 95,1 | 108,1 | 121,6

28 | 82,4 | 94,8 | 107,8 | 121,3

Кора стовбурів

16 | 6,9 | 9,6 | 12,7 | 16,4

18 | 8,4 | 11,1 | 14,4 | 18,1

20 | 7,5 | 9,9 | 12,8 | 16,1

22 | 8,9 | 11,5 | 14,5 | 17,8

24 | 8,1 | 10,4 | 13,1 | 16,2

26 | 9,6 | 12,0 | 14,8 | 18,0

28 | 8,8 | 11,1 | 13,7 | 16,6

Листя

16 | 4,1 | 3,7 | 3,4 | 3,1

18 | 4,1 | 3,7 | 3,4 | 3,2

20 | 4,5 | 4,1 | 3,7 | 3,5

22 | 4,4 | 4,1 | 3,8 | 3,5

24 | 4,7 | 4,4 | 4,1 | 3,8

26 | 4,7 | 4,3 | 4,1 | 3,8

28 | 5,0 | 4,6 | 4,3 | 4,1

Нормативи оцінки біологічної продуктивності компонентів фітомаси насаджень в абсолютно сухому стані в одиницях маси дозволяють визначати через перевідні коефіцієнти вміст вуглецю, депонованого у надземній фітомасі насаджень берези повислої у Поліссі України. Розрахунок виконано за перевідними коефіцієнтами, запозиченими з роботи Матзевса (G.Matthews, 1993), значення яких для всіх компонентів фітомаси насаджень берези, крім листя, становить 0,5, а для листя – 0,45 (фрагмент нормативу з відносною повнотою деревостану 0,7 наведено в табл. 5).

Таблиця 5

Вміст вуглецю у надземній фітомасі насаджень берези повислої в Поліссі України, т?га-1

Середній діаметр, см | Середня висота, м

6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 22 | 24 | 26

4 | 12,7 | 18,2 | 25,3

6 | 17,9 | 23,7 | 30,7

8 | 18,7 | 23,7 | 29,7 | 36,8

10 | 24,2 | 29,7 | 36,1 | 43,5

12 | 30,1 | 36,0 | 42,8 | 50,4

14 | 30,8 | 36,3 | 42,7 | 49,8 | 57,6

16 | 36,9 | 42,9 | 49,7 | 57,1

…

20 | 44,0 | 50,2 | 57,0 | 64,4

…

28 | 58,7 | 65,4 | 72,5 | 80,2

…

32 | 66,4 | 73,3 | 80,6

Нормативи компонентів фітомаси дерев і насаджень берези повислої для Полісся України порівнювалися із подібними таблицями В. А. Усольцева (1985), розробленими для умов Казахстану. Зіставлялася маса компонентів в абсолютно сухому стані насаджень з однаковими діаметрами, наближеною висотою та повнотою 0,7. Вибіркові дані для насадження наведено в табл. 6. При однакових діаметрах і наближеній висоті загальна надземна фітомаса насаджень, як і для окремих дерев, виявилася близькою. Спостерігається відмінність у перерозподілі маси окремих компонентів.

Таблиця 6

Маса компонентів березових насаджень залежно від діаметра і висоти

при повноті 0,7, т?га-1 *

Діа-метр, см | Висота, м | Фітомаса

стовбура | гілок | листя | Загальна надземна

деревина | кора | деревина | кора

8 | 9,2 | 22,8 | 6,4 | 3,2 | 2,7 | 2,7 | 37,8

10,0 | 31,0 | 6,6 | 5,6 | 1,5 | 2,9 | 47,6

12 | 13,6 | 40,4 | 9,8 | 5,3 | 3,9 | 2,7 | 62,1

14,0 | 50,2 | 9,5 | 7,6 | 1,9 | 3,2 | 72,4

22 | 22,3 | 93,0 | 19,4 | 14,3 | 7,4 | 4,1 | 138,2

22,0 | 95,6 | 14,5 | 12,4 | 3,0 | 3,8 | 129,3

30 | 26,7 | 113,9 | 24,9 | 23,5 | 9,5 | 4,8 | 176,6

26,0 | 121,0 | 15,3 | 16,6 | 3,9 | 4,3 | 161,1

*Примітка: (верхній рядок – дані В. А. Усольцева (1985 р.), нижній – автора)

ВИСНОВКИ І ПРОПОЗИЦІЇ

Дослідження біологічної продуктивності лісових фітоценозів на основі системного підходу та вивчення їхньої ролі у регулюванні вмісту вуглецю в атмосфері показали багатопланове значення визначення фітомаси окремих дерев та деревостанів і засвідчили необхідність розробки нормативів оцінки її компонентів у берези повислої, широко розповсюдженої в Поліссі України. У результаті проведених досліджень побудовано систему математичних моделей оцінки компонентів фітомаси берези повислої залежно від таксаційних показників дерев і насаджень.

1. Згруповані матеріали банку даних “Лісовий фонд” ВО “Укрдержліспроект”, які характеризують природні та штучні деревостани берези повислої в Українському Поліссі за площею, складом, класами віку, бонітетом, повнотою і типами лісорослинних умов у Волинській, Житомирській, Київській, Рівненській, Чернігівській областях, дозволили з’ясувати, що серед насаджень м’яколистяних порід Українського Полісся 40% площі припадає на березу повислу. Більшість її деревостанів – природного походження (92,8%). Домінують насадження I, II класів бонітету з повнотою 0,7. Ростуть вони майже в усіх типах лісорослинних умов, крім сухих сугрудків та сухих і мокрих грудів. Значна частина березняків зосереджена в свіжих, вологих і сирих суборах і сугрудках. Найбільше їх у вологих суборах і сугрудках. Переважають у Поліссі середньовікові природні деревостани із вмістом берези 60 – 80%, а серед штучних – чисті молоді березняки.

2. Виявлено необхідність і доцільність створення інформаційно-нормативної бази для якісної та кількісної оцінки компонентів фітомаси дерев і деревостанів берези повислої для умов Українського Полісся, яку можна буде використовувати для вирішення ресурсознавчих і екологічних проблем.

3. Установлено, що між показниками фітомаси крони дерев берези повислої і їхніми розмірами існує тісний зв’язок. Зі збільшенням діаметра і висоти дерев маса деревини, кори стовбурів, маса гілок, листя, деревної зелені та загальна фітомаса крони зростає. У межах ступеня товщини зі зростанням висоти дерев маса компонентів крони зменшується. Загальна ж надземна фітомаса берези повислої, незалежно від того, як змінюється маса компонентів крони, зростає зі збільшенням діаметра та висоти дерев. У межах одного ступеня товщини дерев різної висоти спостерігається висока дисперсія маси гілок.

4. Дослідження параметрів природної та базисної щільності деревини стовбурів на відносних висотах 0,1h, 0,25h, 0,5h і 0,75h, середньої щільності компонентів фітомаси стовбурів і гілок берези повислої та розроблені математичні моделі їхньої залежності від морфометричних показників дерев показали, що природна та базисна щільність деревини, кори стовбурів і гілок змінюється не тільки вздовж стовбура й гілок, а залежить також від віку дерев. Природна щільність деревини стовбурів до 0,5h неістотно збільшується, а потім зменшується. Базисна щільність зменшується від окоренка до вершини стовбура. Природна щільність деревини стовбурів може мати незмінний, висхідний і спадний типи зміни вздовж стовбура, базисна – тільки спадний. Природна щільність кори має висхідний, а базисна – висхідний, спадний і v-подібний типи зміни вздовж стовбура. З віком природна і базисна щільність кори дерев і гілок зменшується, а деревини гілок – збільшується. Вона також зростає зі збільшенням діаметра і висоти дерев. З віком, зі збільшенням діаметра і висоти дерев зростає також середня базисна щільність деревини стовбурів, а кори – зменшується. У дерев берези повислої середня базисна щільність деревини стовбурів дорівнює 521 кг?(м3)-1, кори – 522 кг?(м3)-1, деревини гілок – 499 кг?(м3)-1, кори гілок – 582 кг?(м3)-1.

5. Якісна та кількісна оцінка листяної фракції дерев показали, що у деревній зелені берези повислої листя займає 57,4 %. Зі збільшенням віку і діаметра дерева його маса дещо зростає, а зі збільшенням висоти спадає. Середній вміст абсолютно сухої речовини в 1 г свіжого листя становить 0,410. Зі збільшенням віку, діаметра, висоти дерев він зменшується. Тісної залежності частки листя у деревній зелені та вмісту абсолютно сухої речовини у свіжому листі від віку, діаметра і висоти дерев не виявлено.

6. Перевірка значущості різниці між основними параметрами крони дерев, що зростають у суборах і сугрудках, за t- критерієм Стьюдента та F-критерієм Фішера показала, що в різних типах лісорослинних умов маса деревної зелені, маса гілок і загальна фітомаса крони дерев берези повислої різні. Для достовірного встановлення залежності зміни показників фітомаси крон дерев від типів умов місцезростання необхідні додаткові експериментальні дослідження.

7. Виявлено, що маса компонентів надземної частини берези в абсолютно сухому стані зростає зі збільшенням діаметра, висоти й повноти насаджень. У межах одного ступеня товщини зі збільшенням висоти дерев маса гілок, листя і деревної зелені зменшується. Загальна надземна фітомаса насаджень зі зростанням діаметра, висоти та повноти насаджень збільшується як у цілому, так і в межах окремого ступеня товщини.

8. Розраховано коефіцієнти відношення надземної фітомаси насаджень до запасу насаджень у корі при повноті 0,6, 0,7 і 0,8. З’ясовано, що значення цих коефіцієнтів досить стійкі і можуть використовуватись для оцінки загальної фітомаси деревостану. На значення відносних коефіцієнтів впливає висота насаджень, зі збільшенням якої в межах ступеня товщини вони зменшуються.

9. З’ясовано, що на зміну компонентів фітомаси найбільше впливають вік, діаметр, висота, діаметр крони, довжина крони дерев і повнота насаджень. Для практичної оцінки компонентів надземної фітомаси дерев берези запропоновано моделі, в яких аргументованими параметрами є діаметр і висота дерев. На їхній основі розроблено комплекс нормативів для оцінки фітомаси дерев берези повислої у свіжозрубаному й абсолютно сухому станах, де виділено деревину стовбура, кору стовбура, стовбур у корі, гілки у корі, листя, крону дерева, надземну частину дерева, деревну зелень у свіжозрубаному стані.

10. Розроблено нормативи оцінки вмісту вуглецю в надземній фітомасі лісостанів берези повислої.

ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

Для практичного використання запропоновано комплекс лісотаксаційних нормативів для оцінки фітомаси дерев і лісостанів берези повислої:–

математичні моделі якісних показників основних компонентів фітомаси дерев;–

компонентів надземної фітомаси дерев у свіжозрубаному та абсолютно сухому станах;–

компонентів надземної фітомаси насаджень в абсолютно сухому стані;–

відношення надземної фітомаси насаджень до запасу насаджень у корі;–

вмісту вуглецю в абсолютно сухій надземній фітомасі насаджень.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЙ

1.

2.