Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы 11
1.1. Методы определения надземной фитомассы насаждений 11
1.2. Биологическая продуктивность насаждений искусственного и естественного происхождения 21
1.3. Некоторые географические аспекты продуктивности насаждений 28
1.4. Методы и результаты оценки запасов фитомассы на лесопокрытых площадях Евразии 33
Глава 2. Общая характеристика районов и объектов исследования 41
2.1. Природные условия и состояние лесного фонда Билимбаевского лесхоза Свердловской области 41
2.2. Объекты исследований и объем работ 47
2.3. Характеристика базы данных о фитомассе и первичной продукции насаждений на территории Уральского региона 53
2.4. Природные условия и состояние лесного фонда Башкирии 56
Глава 3. Методика работы на пробных площадях 72
3.1. Выбор и обоснование метода определения фитомассы 72
3.2. Закладка пробных площадей 74
3.3. Отбор, рубка и обработка модельных деревьев 75
Глава 4. Фракционная структура углерода в фитомассе культур ели в Билимбаевском лесхозе в связи со способами выращивания 77
4.1. Структура углерода фитомассы в культурах ели на уровне дерева 77
4.2. Фракционный состав углерода в фитомассе на уровне древостоя 88
4.3. Эскизы таблиц хода роста по запасу углерода в фитомассе еловых молодняков искусственного происхождения 91
Глава 5. Распределение запасов и годичного депонирования углерода в насаждениях лесопокрытых площадей Башкирии 99
5.1. Регрессионные модели фитомассы и первичной продукции насаждений лесообразующих пород 99
5.2.Определение запаса углерода в фитомассе лесопокрытых площадей Башкирии 107
5.3.Определение годичного депонирования углерода в фитомассе лесопокрытых площадей Башкирии 119
5.4.Карты-схемы распределения запаса и годичного депонирования углерода на лесопокрытых площадях Башкирии и их анализ 124
Заключение 128
Литература 131
Приложения 150
- Биологическая продуктивность насаждений искусственного и естественного происхождения
- Характеристика базы данных о фитомассе и первичной продукции насаждений на территории Уральского региона
- Отбор, рубка и обработка модельных деревьев
- Фракционный состав углерода в фитомассе на уровне древостоя
Введение к работе
Актуальность темы. Протокол Киото обязывает мировое сообщество разработать стратегию компенсации промышленных выбросов биологической фиксацией атмосферного углерода как основного биогена планеты и стимулирует первый шаг человечества в познании глобального углеродного цикла Предполагают, что путем интенсивного лесоразведения можно скомпенсировать от 11-15% (Brown, 1996) до 60 % антропогенных выбросов ССь (Сонген и др, 2005) Искусственные лесные фитоценозы, особенно молодые, связывают атмосферный углерод более интенсивно в сравнении с естественными насаждениями Средства от реализации квот на выбросы СО? через механизмы Киотского протокола могут быть привлечены в виде инвестиций в устойчивое управление российскими лесами, в том числе - на лесовосстановление и лесоразведение (Замолодчиков и др , 2005)
Однако оценки углерододепонирующей способности лесов неоднозначны и для лесов России по данным разных исследователей варьируют по углеродному пулу от 28 до 50 Гт (Kurbanov, 2000) и по годичному стоку углерода в лесные экосистемы от 58 до 429 Мт (Залиханов и др , 2006) Соответственно остаются неопределенными и оценки относительного нет-то-стока CQ. в лесах России — от 41 (Гитарский и др , 2002) до 17% (Сон-ген и др . 2005) от общей эмиссии
Настоящяя работа посвящена оценке углерододепонирующей способности лесных насаждений на лесопокрытых площадях юго-запада уральского региона (на примере лесов Башкирии) С целью показать возможности депонирования углерода молодыми искусственными фитоцено-зами, а также - пополнить базу эмпирических данных о запасах углерода в фитомассе лесов уральского региона, в одном из лесхозов Свердловской области заложена серия пробных площадей в искусственных еловых насаждениях II класса возраста
Исследования автора проводились в 2005-2007 гг в рамках проектов «Картирование углерододепонирующей емкости лесных экосистем Уральского региона» и «Разработка системы пространственного анализа депонирования углерода лесными экосистемами Уральского региона», гранты РФФИ№№ 04-05-96083 и 07-07-96010
Цель и задачи исследования Целью диссертационной работы была оценка депонирования органического углерода в фитомассе насаждений на двух уровнях - локальном и региональном В первом случае поставлена цель изучения структуры органического углерода в культурах ели 33-35-летнего возраста на Среднем Урале (Свердловская обл ) с составлением нормативов ее учета, а во втором - разработан и реализован метод определения запаса и годичного депонирования углерода в фитомассе насаждений лесопокрытых площадей на юго-западе уральского региона (Башкирия) с использованием фактических данных о фитомассе и первичной про-
дукции насаждений и материалов Государственного учета лесного фонда (ГУЛФ) с построением карт-схем в качестве заключительного этапа В связи с поставленной целью конкретные задачи исследования
изучить структуру углеродного пула в фитомассе ельников искусственного происхождения II класса возраста на территории Среднего Урала,
сформировать базу данных о фитомассе и первичной продукции лесо-образующих пород уральского региона,
разработать систему эмпирических регрессионных моделей фитомассы и ее первичной продукции для лесообразующих пород и совместить их с данными ГУЛФ Башкирии,
построить карты-схемы распределения запасов и годичного депониро
вания углерода на лесопокрытых площадях Башкирии
Перечисленные положения выносятся на защиту
Научная новизна Впервые эмпирическим путем определены запасы углерода, накапливаемые в культурах ели II класса возраста при разных способах их создания и формирования на Среднем Урале, и составлены таблицы хода роста по запасу углерода (ТХРУ) Сформирована база эмпирических данных о фитомассе и первичной продукции лесообразующих пород и рассчитаны соответствующие эмпирические модели, экстраполированные по материалам ГУЛФ на лесопокрытые площади 59 лесхозов Башкирии Впервые с использованием материалов ГУЛФ выполнено картирование запасов и годичного депонирования углерода на лесопокрытых площадях Башкирии на уровне лесхозов
Практическая значимость работы состоит в разработке исходной базы для расчета углеродного бюджета лесных экосистем, для реализации систем лесохозяиственных мероприятий, направленных на повышение продуктивности и комплексного освоения лесов Урала Результаты работы могут быть полезны при разработке лесного кадастра, осуществлении лесного мониторинга и экологических программ разного уровня
Разработанные нормативы используются Свердловской тесоустрои-тельной экспедицией и Северо-Казахстанским филиалом Казахского государственного института по проектированию лесного хозяйства в лесах Урало-Тургайского региона
Обоснованность выводов и предложений Использование обширного экспериментального материала и современных методов статистического анализа, системный подход при анализе фактических материалов и интерпретации полученных результатов, реализация поставленных задач на уровне рекурсивных регрессионных моделей, использование современной вычислительной техники и адекватных компьютерных программ определяют обоснованность приведенных в диссертации выводов и предложений
Личное участие автора. Все виды работ по теме диссертации от сбора экспериментального материала до анализа и обработки полученных
результатов осуществлены автором или при его непосредственном участии
Апробация работы Основные результаты исследований изложены на международной научно-практической конференции «Современные проблемы устойчивого управления лесами, инвентаризации и мониторинга лесов», Санкт-Петербург. 2006, международной научно-технической конференции «Урал промышленный - Урал полярный», Екатеринбург, 2007, международной научной конференции «Биологическое разнообразие азиатских степей», Казахстан, Кустанай, 2007, международной научно-практической конференции «Современное состояние лесного хозяйства и озеленения в республике Казахстан проблемы, пути их решения и перспективы», Казахстан, Щучинск, 2007, Третьем международном научно-практическом интернет-семинаре «Лесное хозяйство и зеленое строительство в Западной Сибири», Томск, 2007, Восьмой международной научно-технической интернет-конференции «Лес-2007», Брянск, 2007, всероссийской научной конференции с международным участием «Новые методы в дендроэкологии», Иркутск, 2007
Публикации, Основное содержание диссертации изложено в 14 печатных работах, в том числе 2 - в рецензируемых журналах «Хвойные бо-реальной зоны» и «Лесной вестник»
Структура и объем диссертации Диссертация изложена на 130 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, заключения и 4 приложений Список использованной литературы включает 208 наименований, в том числе 35 иностранных Текст иллюстрирован 27 таблицами и 10 рисунками
Биологическая продуктивность насаждений искусственного и естественного происхождения
Если леса Западной Европы представлены, в основном, культурами, то в России преобладают естественные леса, занимающие наибольшую площадь бо-реальной зоны. Однако в связи с общим спадом производства, начавшимся в 1993 году, в том числе - 2-кратным снижением объемов рубок, площадь лесо-восстановления значительно превосходила площадь вырубок. В результате на начало 2001 года лесопокрытая площадь, например в Свердловской области, увеличилась на 153 тыс. га, главным образом, за счет лесных культур. Больше половины площадей лесных культур в нашей стране представлены сосной (Золотухин, 1966).
Хотя лесные культуры отличаются от естественных насаждений наиболее активным связыванием атмосферного углерода, особенно в первых двух классах возраста, их первичная продукция изучена слабо, в частности, в сравнении с естественными насаждениями.
Сравнительный анализ биологической продуктивности по надземной и подземной фитомассе естественных сосняков и культур был выполнен в Аман-Карагайском бору, входящему в зону степей в Тургайском прогибе (Усольцев и др., 1994). Результаты по возрастной динамике среднего диаметра и густоты в культурах и естественных сосняках прямо противоположные: на статистически достоверном уровне средний диаметр больше, а число стволов на 1 га - меньше в культурах. Однако средняя высота, сумма площадей сечений, запас стволовой древесины, а также надземная, подземная и общая фитомасса в культурах и естественных сосняках И-Ш классов бонитета Аман-Карагайского бора на возрастном диапазоне от 20 до 50 лет достоверно не различались. Следовательно, поч-венно-климатический потенциал культуры и естественные насаждения реализуют одинаково. Это может быть интерпретировано с позиций теории «пайп-модели» (Усольцев, 1997) таким образом, что при полной сомкнутости полога и соответственно одинаковой массе ассимиляционного аппарата площадь проводящей ксилемы (или сумма площадей сечений) также одинакова в культурах и естественных сосняках. При этом не имеет значения, поддерживается это соотношение стабильным при большом числе тонких деревьев или при малом числе - более толстых. Правда, масса хвои в течение первых 10-15 лет жизни больше в культурах.
Н.А. Луганским (1972) в подзоне южной тайги на Среднем Урале изучены различия естественных сосновых молодняков и культур (возраст - 14-19 лет) по морфолого-анатомическому строению хвои. Установлено, что количество и диаметр смоляных ходов, а также ширина и толщина проводящего пучка в культурах существенно выше, чем в естественных сосняках, что автор объясняет лучшими эдафическими и ценотическими условиями роста культур, но имеющиеся результаты разрозненны и несопоставимы.
В значительно большей степени изучены лесные культуры и естественные насаждения в аспекте их формирования и роста. Изучая строение и рост искусственных сосновых древостоев Европейского Севера России, Л.Ф. Ипатов (1974) отмечал, что начальная густота древостоя оказывает сильнейшее влияние на дальнейший процесс его изреживания. Довольно значительно на величину отпада влияет также размещение деревьев по площади.
Н.А. Бабич с соавторами (1999) установили, что повышенная продуктивность лесных культур Европейского Севера в основном обеспечивается: обработкой почвы, производимой применительно к конкретным типам условий местопроизрастания; выравненностью условий почвенной среды; соответствием биолого-экологических свойств культивируемой породы условиям местопроизрастания; использованием высококачественного селекционного посадочного (посевного) материала; проведением уходов; равномерностью распределения культивируемых деревьев по площади, которая, в свою очередь, ведет в некоторой степени к уменьшению их дифференциации, что служит основной причиной ослабления процесса сомоизре-живания и обеспечивает выживание большого числа деревьев на единице площади (Залесов и др., 2002).
Число деревьев на 1 га в естественных насаждениях Белоруссии, по данным Ф.М. Золотухина (1966), в возрасте 5 лет в 4,1-5,3 раза больше по сравнению с лесными культурами, в 20 лет - на 20-52%, в 35 лет - только на 3,2-19%. Также отмечается более высокий процент отпада в естественных насаждениях по сравнению с искусственными. Примерно такие же результаты были получены В.К. Захаровым и О.А. Труллем (1959). Согласно данным А.В. Поповой (1972), естественное изреживание в искусственных сосняках Пермской области идёт с меньшей интенсивностью по сравнению с насаждениями естественного происхождения. Так, если в возрасте 10 лет число деревьев в естественных сосняках больше в 2,5 раза, чем в искусственных, то в 57 лет количество их выравнивается, в дальнейшем с увеличением возраста естественные сосняки становятся намного более редкими, чем сосняки искусственного происхождения.
А.Н. Поляков с соавт. (1986) видят причины различий между насаждениями, имеющими разное происхождение, в следующем. Возникновение и развитие естественных древостаев происходит биогруппами при большом количестве всходов, которые вскоре вступают в конкурентные отношения. Из одной биогруппы возникает несколько перспективных деревьев, большинство же других отпадает, а часть вынуждено довольствоваться угнетённым положением. В итоге из биогруппы выделяется лидер, который сохраняет свое положение при благоприятных условиях на протяжении всего периода роста. Густота таких древостоев с возрастом уменьшается за счёт убыли деревьев V и IV классов роста, число же лидеров сохраняется, а относительное их участие (доля) возрастает.
По-иному происходит этот процесс в лесных культурах. Равномерное размещение сеянцев по площади создаёт близкие условия для роста всех растений. Это предопределяет хороший первоначальный рост большинства растений и последующее формирование большого количества деревьев 1 класса роста. Быстрое одноярусное смыкание лесных культур приводит к интенсивному отпаду деревьев. Поэтому значительное количество деревьев 1 класса роста сохраняется, хотя в дальнейшем их дифференциация продолжается.
Характеристика базы данных о фитомассе и первичной продукции насаждений на территории Уральского региона
Точность оценки запасов и депонирования углерода на лесопокрытых площадях определяется количеством их экспериментальных определений на пробных площадях. В известных мировых сводках о запасах и депонировании углерода по Уральскому региону никаких данных нет. В литературе отсутствуют также какие-либо сведения о депонировании углерода в лесах Уральского региона в разрезе лесхозов. Поэтому первоочередную важность представляет формирование наиболее представленных на сегодня базы данных о депонировании углерода (фитомассы) в Уральском регионе с привлечением всех имеющихся опубликованных данных.
Сформированная нами база данных о запасах фитомассы в насаждениях основных лесообразующих древесных пород Урала и прилегающих к нему регионов включает в себя 1372 определений, в том числе: сосна - 326, ель -71, пихта -52, лиственница - 176, кедр - 73, дуб - 100, береза- 172, осина -81, ольха серая - 34, ольха черная - 30, липа - 215, ясень - 36; клен - 6 определений фитомассы, т/га (приложение 1).
Данных о первичной продуктивности насаждений в несколько раз меньше по сравнению с материалами по их фитомассе вследствие значительно более трудоемкой процедуры определения первого из упомянутых показателей. Поэтому лишь в незначительной части публикаций, содержащих информацию о фитомассе насаждений, есть данные о их первичной продукции. И напротив, все публикации, содержащие информацию о первичной продукции, включают в себя также данные о фитомассе насаждений. Сформированная база данных о фитомассе и первичной продукции насаждений Уральского региона включает в себя 237 определений, в том числе: сосна (кедр)- 59, ель (пихта)- 50, лиственница - 19, дуб - 26, береза- 31, осина - 23, ольха- 5, липа - 16, ясень - 3; клен - 5 определений годичной продукции, т/га (Усоль-цев, Залесов, 2005).
Однако в базу данных не включены абиотические (климатические) характеристики, поскольку они либо проигнорированы исследователями, либо приводились с разным периодом осреднения и были несопоставимы. С учетом же специфики принятого автором метода анализа необходимости в них не было. Эти показатели по мере надобности могут быть получены дополнительно из соответствующих справочников.
То же самое относится и к вертикальной составляющей местоположения пробных площадей: обычно исследователями высота над уровнем моря не фиксировалась, но ее ориентировочные значения по мере надобности могут быть получены по приводимым в базе координатам, во всяком случае для равнинных лесов.
Заслуживает специального упоминания вопрос методически обусловленной точности определения первичной продукции фитомассы лесообра-зующих пород на пробных площадях. Она была разной, поскольку применялись разные методики: по надземной части - методы как среднего дерева, так и ступеней толщины, по подземной - методы площади питания среднего дерева, малых или больших почвенных монолитов; корни как отмывались, так и отбирались вручную, с отсеиванием или без него; мелкая фракция корней иногда вообще не учитывалась.
В базу данных включены показатели первичной продукции фитомассы не только основных (собственно древостоя), но и нижних ярусов: подлеска, подроста и напочвенного покрова. Наличие или отсутствие каждого из перечисленных нижних ярусов в отдельности определяется многими факторами, которые в базе данных учесть не представляется возможным. Кроме того, не все исследователи ставили целью учесть все нижние ярусы, тем более с разделением их фитомассы на надземную и подземную. Последняя часто игнорировалась или включалась в фитомассу корней древостоя. Поэтому в базу данных введен один показатель первичной продукции, общий для всех нижних ярусов. Другая неопределенность - отсутствие разграничения между пробными площадями, где нижние ярусы не были учтены исследователями, и площадями, где они отсутствовали вследствие высокой сомкнутости полога либо из-за специфичных эдафических условий.
Следующая неопределенность состояла в степени соответствия фактических данных первичной продукции насаждения его морфологии. Часто в характеристике пробных площадей отсутствовал показатель густоты древостоя, но при наличии данных о сумме площадей сечений и среднем диаметре ствола густота определялась однозначно. Вместо абсолютной часто указывалась относительная полнота без указания базовой стандартной таблицы. В этом случае, как и при отсутствии показателя относительной полноты, густота рассчитывалась нами по стандартной таблице ЦНИИЛХ в последовательности: средняя высота древостоя - сумма площадей сечений (запас древостоя) - средний диаметр - густота. Это обуславливало некоторые расхождения с фактической (но не показанной) густотой древостоя.
Но гораздо большее несоответствие показателей фитомассы и комплекса таксационных показателей вносит наличие в некоторых случаях двух-ярусности и очень редко - трехярусности полога. Если в таком случае брать высоту полога по верхнему ярусу, а густоту - по всем ярусам, то не выходим на запас стволов и фитомассу фракций по совокупности густоты и средних высоты и диаметра. Если исключать число стволов II яруса из общей густоты, то получаем недооценку запаса фитомассы. Поэтому средняя высота и диаметр в таких случаях пересчитывались как взвешенные по запасам ярусов. Указание на наличие III яруса имелось в двух-трех случаях, и он был отнесен в графу «нижние ярусы».
Упомянутое несоответствие имело место и применительно к смешанным насаждениям. Соотношения фракций у разных пород различаются, особенно у листопадных и вечнозеленых. Поэтому при высокой доле участия хвойных в лиственных насаждениях значение первичной продукции листвы оказывалось завышенным по сравнению с чистыми лиственными насаждениями, а при высоком участии лиственных пород в хвойных насаждениях -заниженным по сравнению с чистыми хвойными.
Экспериментальных данных по первичной продукции насаждений ле-сообразующих пород Урала и прилегающих регионов в сформированных базах данных примерно в 5 раз меньше, чем данных по фракционному составу фитомассы. Тем не менее, достаточно обширный объем фактической информации и специальные рекурсивные методы совмещения двух баз дали возможность получить достоверные результаты по углерододепонирующей способности лесных экосистем и ее географии.
Отбор, рубка и обработка модельных деревьев
Для определения фитомассы деревьев и древостоев взяты модельные деревья. Систематическая выборка их формируется в соответствии с рядом распределения деревьев по диаметру. Модельные деревья отбирались средними по диаметру, высоте и размерам кроны для ступени толщины.
Модельные деревья брали в августе месяце после полного формирования хвои. После рубки измерялись длина дерева, протяженность бессучковой части, диаметр ствола у основания кроны. Возраст устанавливался по числу годичных слоев на пне.
Модельные деревья взяты в количестве 6 шт. на каждой пробе, по 2 модели от каждой из трех градаций толщины стволов в пределах ее варьирования. После обрубки крону делили на три равных секции вдоль по стволу и каждую секцию взвешивали с точностью 50 г на весах грузоподъемностью 10-20 кг. Для определения массы хвои и скелета кроны модельная часть кроны, образованная из средних по размеру ветвей, взятых из середины каждой секции, взвешивалась с точностью до 5 г. Затем ощипывали всю хвою и повторно взвешивали оставшийся скелет ветви. По соотношениям хвои и скелета в каждой секции рассчитывали массу хвои и скелета всего дерева. От каждой секции брали навески для определения содержания сухого вещества в хвое и скелете.
Фитомасса стволов определялась непосредственным взвешиванием на весах. Стволы после спиливания расчленялись на 50-сантиметровые отрубки, которые затем взвешивались в сыром состоянии с точностью 50 г. С торцов этих отрубков выпиливались диски для определения содержания коры и абсолютно сухого вещества в древесине и коре. Диски взвешивались с точностью до 0,1 г, затем в лабораторных условиях сушились в термостатах при температуре 100 - 105 С до постоянного веса. По результатам взвешивания древесины и коры дисков до и после сушки определялось содержание абсолютно сухой массы этих компонентов в сырой навеске и в целом в стволе.
Расчет фитомассы на 1 га (Pj, т/га) выполнен по соотношению площадей сечений: Pj = (Hpj / Sgi) G, где G - сумма площадей сечений древостоя на пробной площади, м /га; Ірі и Sgj - соответственно суммарная масса 1-й фракции и суммарная площадь сечений всех моделей на пробе. Метод по точности не уступает регрессионному (Madgwick, 1982; Усольцев, 2007).
Согласно К. И. Кобак (1988), содержание углерода в абсолютно сухой фитомассе деревьев характеризуется переводными коэффициентами, равными 0,5 для ствола и ветвей и 0,45 - для хвои и нижних ярусов. Для пихты бальзамической (Xing et al., 2005) установлены переводные коэффициенты для стволов и ветвей - 0,52, для корней - 0,50 и для хвои - 0,53. В наших расчетах для всех фракций фитомассы принят единый переводной коэффициент, равный 0,5.
Обычно при оценке углерода фитомассы деревьев используются в качестве регрессоров легко измеряемые массообразующие показатели деревьев. Оценочная модель по своей экспериментальной базе данных должна быть адекватной диапазону названных массоопределяющих показателей генеральной совокупности, т.е. данные об углероде фитомассы должны быть репрезентативными и взяты в пределах всего размаха их варьирования по каждому показателю.
Для практических целей, а именно, при расчетах углерода фитомассы на уровне таксационных нормативов, необходимы регрессионные уравнения и составленные на их основе таблицы углерода фитомассы деревьев по образцу традиционных объемных таблиц с двумя входами - диаметром и высотой дерева, иногда в уравнение включается третий фактор - возраст дерева.
В нашем случае регрессионные уравнения вначале использованы для выявления различий по углероду фитомассы деревьев при разных вариантах выращивания. Если сравнивать непосредственно совокупности фактических данных углерода фитомассы по вариантам, то это заведомо обречено на неудачу, поскольку варьирование углерода фитомассы деревьев (вследствие их дифференциации по размерам и ценотическому положению) в пределах одного варианта перекрывает таковое между вариантами.
Фракционный состав углерода в фитомассе на уровне древостоя
Запасы углерода в фитомассе культур ели при различных вариантах способов выращивания на уровне древостоя показаны в табл. 4.4.
Наличие в 33-35-летних культурах широкого спектра вариантов их закладки и формирования с достаточно представленным набором модельных деревьев дает возможность проанализировать влияние способа создания культур на фракционный состав углерода в фитомассе не только на уровне дерева (см. раздел 4.1), но и на уровне древостоя.
Показатели запаса углерода в фитомассе 33-35-летних культур ели, рассчитанные на 1 га по разным вариантам подготовки почвы и продублированные в каждом варианте (открытое место и под пологом), приведены в сравнении с контролем в табл. 4.4. Кодировка вариантов аналогична выше приведенной кодировке при анализе фитомассы на уровне дерева (см. приложение 3 и табл. 4.1).
Сравнительный анализ запаса углерода в фитомассе ели на уровне древостоя по вариантам и подвариантам выполнен по той же схеме, что и на уровне дерева в разделе 4.1, с той лишь разницей, что в данном случае сопоставляются не уравнения, а непосредственно совокупности значений запаса углерода в фитомассе по фракционному составу на 1 га древостоя.
Углерод в фитомассе модельных деревьев, взятых на опытно-производственном участке Билимбаевского лесхоза в 33-35-летних культурах ели при различных вариантах способов выращивания, закодированных бинарными переменными Контроль 6 2,11 0,25 0,94 0,50 3,55 0 0 Контроль 19 4,74 0,92 2,07 1,46 8,26 1 0 19 1,40 0,24 0,69 0,32 2,42 0 0 - открытое место; - в коридорах, под пологом мелколиственного древостоя; - обозначения см. по тексту Показатели достоверности различия запасов углерода в фитомассе еловых культур на уровне древостоя по вариантам и подвариантам способов выращивания сведены в табл. 4.5.
Если при сопоставлении запаса углерода в фитомассе культур на уровне дерева массообразующие показатели (диаметр, высота, возраст) в разных вариантах предполагались одинаковыми, т.е. сравнивались лишь равновеликие деревья, то при сопоставлении культур на уровне древостоя различия по вариантам учитывали не только разницу запаса углерода в фитомассе при условии равенства массообразующих показателей, но и разницу в самих массо-образующих показателях древостоев, которые, естественно, сильно различаются по вариантам.
Этим в основном обусловлено различие в показателях достоверности, приведенных в табл. 4.1 (уровень дерева) и 4.5 (уровень древостоя). Если при сопоставлении показателей углерода на уровне дерева различие достоверно лишь на открытых местах между вариантами «в бороздах» и «химобработка целинного участка» (Цакт= 2,6-3,3 to,s = 2,0), то при сопоставлении вариантов на уровне древостоя статистически достоверно различие по всем фракциям фитомассы лишь между открытыми участками и участками под пологом лиственного древостоя (блоковая переменная Х\), а в остальных случаях разница между вариантами недостоверна.
Фактические значения биологической продуктивности (см. табл. 4.4) включены в базу фактических данных пробных площадей, используемую в следующей главе при расчете запасов углерода на лесопокрытых площадях уральского региона на примере Башкирии.
Поскольку различие по запасам углерода в фитомассе древостоев достоверно между вариантами «на открытых местах» и «под пологом» (4-кратное превышение первого варинта над вторым), причем независимо от способа подготовки почвы, дальнейший сравнительный анализ с целью со 91 ставлення ТХРУ выполнен раздельно для каждого из упомянутых двух вариантов.
Наличие возрастного ряда культур от 8 до 35 лет с известными запасами углерода в их фитомассе, включая ранее полученные данные, упомянутые выше (Терехов, Усольцев, 2006), дает возможность впервые на Среднем Урале составить таблицы биологической продуктивности по углероду при различных способах выращивания ели. При этом для каждого из анализируемых отдельно вариантов - «на открытых местах» и «под пологом» - выделены по три подварианта: 1) посадка без подготовки почвы и химухода (контроль), 2) посадка по пластам и 3) химобработка по целине. Отсутствие достоверности различия запаса углерода в фитомассе куль тур между подвариантами обработки почвы обусловлено тем, что при сопос тавлении предполагалось равенство их массообразующих показателей - воз раста, густоты и средней высоты древостоя. Но в действительности различие подвариантов по величине массообразующих показателей достоверно. По этому ТХРУ составлены по двум вариантам с выделением в каждом трех подвариантов. Алгоритм составления ТХРУ включает в себя последователь ный расчет возрастной динамики: вначале - массообразующих (таксацион ных) показателей, а затем по их возрастным трендам - расчет возрастной ди намики запасов углерода по полному фракционному составу фитомассы.
Составленные ТХРУ (табл. 4.8 и 4.9) показывают совершенно разные закономерности роста культур по вариантам их формирования. Наиболее низкой продуктивностью (V класс бонитета) характеризуется вариант «контроль, под пологом». В этом случае культуры не выходят за пределы V класса бонитета (по шкале М.М. Орлова для семенных древостоев) на протяжении всего исследованного возрастного диапазона. В отличие от контроля, в вариантах «пласты и гряды, под пологом» и «хим. обработка, под пологом» культуры, начав расти в I классе возраста по V классу бонитета, с возрастом ускоряют рост и к концу II класса возраста достигают в первом случае III и во втором - IV класса бонитета.
