Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы 11
1.1. Некоторые географические аспекты продуктивности насаждений 11
1.2. Методы и результаты оценки запасов фитомассы на лесопокрытых площадях России 16
1.3. Методы и результаты оценки годичной продукции фитомассы на лесопокрытых площадях России 22
Глава 2. Природные условия и состояние лесного фонда Оренбургской области 26
2.1. Общая характеристика природных условий Оренбургской области 26
2.2. Состояние лесного фонда Оренбургской области 44
Глава 3. Методика работы 56
3.1. Структуризация данных Государственного учета лесного фонда (ГУЛФ) по Оренбургской области 56
3.2. Формирование базы данных о фитомассе и ее годичном приросте в насаждениях Уральского региона и ее характеристика 65
3.3. Разработка регрессионных моделей фитомассы и ее годичного прироста в насаждениях лесообразующих пород 69
3.4. Совмещение регрессионных моделей фитомассы и ее годичного прироста в насаждениях лесопокрытых площадей Оренбургской области с базой данных ГУЛФ 73
Глава 4. Распределение фитомассы в насаждениях лесопокрытых площадей Оренбургской области 83
4.1. Результаты совмещения регрессионных моделей фитомассы насаждений с базой данных ГУЛФ Оренбургской области и их анализ за период с 1983 по 2007 гг 83
4.2. Карты-схемы распределения углерода насаждений на лесопокрытых площадях Оренбургской области и их анализ 96
Глава 5. Распределение годичного прироста фитомассы в насаждениях лесопокрытых площадей Оренбургской области 106
5.1. Результаты совмещения регрессионных моделей годичного прироста насаждений с базой данных ГУЛФ Оренбургской области за период с 1983 по 2007 гг 106
5.2. Карты-схемы распределения годичного депонирования углерода
на лесопокрытых площадях Оренбургской области и их анализ 110
Выводы 121
Литература
- Методы и результаты оценки запасов фитомассы на лесопокрытых площадях России
- Состояние лесного фонда Оренбургской области
- Формирование базы данных о фитомассе и ее годичном приросте в насаждениях Уральского региона и ее характеристика
- Карты-схемы распределения углерода насаждений на лесопокрытых площадях Оренбургской области и их анализ
Введение к работе
Актуальность темы. Идея устойчивого развития имеет глубокие исторические корни и отражает глубочайший кризис непрерывного технического прогресса, возникший в результате либерально-демократических воззрений на человечество. Выделяют два естественных процесса и один искусственный, которые обусловлены развитием цивилизации и фактически определяют будущее нашей планеты (Писаренко, Страхов, 2006). Один из естественных процессов был предвиден еще в начале XVIII в.: исчерпание ограниченных и неравномерно распределенных по географическим причинам природных ресурсов, необходимых для существования экономических систем, создаваемых людьми. Другой естественный процесс стал очевиден только к середине XX в.: размещение всех видов отходов жизнедеятельности человека, включая промышленное производство, в окружающей природной среде. Оба процесса имеют непрерывный и взаимосвязанный характер, т. е. ведут к неустойчивости развития и экологических, и экономических систем.
Поэтому необходима государственная экологическая политика, направленная на обеспечение экологической безопасности населения, сохранение и воспроизводство естественных экосистем и природных комплексов, эффективное экологически безопасное природопользование, обеспечение национальных интересов при решении глобальных экологических проблем и др. (Лопатин, Исаев, Кузьмин, 2005).
Доминирование либерально-демократических ценностей в современном мире привело к тому, что главной целью экономического развития стало удовлетворение всех материальных запросов человека для обеспечения роста качества его жизни, которое оценивают в первую очередь количеством потребляемой им энергии.
Стратегической задачей теплоэнергетики в России является диверсификация структуры топливно-энергетического баланса для обеспечения безопасности и устойчивости энергоснабжения. Ожидается дальнейший рост цен на энергию, топливо, ГСМ, который приведет к повышению производственных затрат предприятий и затрат на приобретаемые услуги, в первую очередь транспортные. В данной ситуации нужна соответствующая долгосрочная политика использования древесного биотоплива.
При любом способе энергетического применения биомассы как возобновляемого источника энергии сохраняются природные ресурсы, кардинально решается проблема выбросов СОг (парниковых газов), уменьшается загрязнение атмосферы. Улучшение экологической ситуации при энергетическом использовании биомассы связано прежде всего с уменьшением доли их сжигания и гниения в отвалах.
При управляемом сжигании биомасса — важный источник энергии для многих отраслей промышленности как в индустриальных, так и в развивающихся странах. Ежегодный воспроизводимый потенциал биомассы оценивается в 10 раз выше мировой добычи полезных ископаемых. Экономически оправданное использование растительного топлива позволит удовлетворить 26% мировой энергетической потребности.
С точки зрения обязательств по Киотскому протоколу Рамочной конвенции ООН об изменении климата образующийся при производстве энергии из биотоплива углекислый газ не относится к парниковым газам, так как биомасса и продукты ее сгорания рассматриваются как часть природного углеродного цикла.
Киотский протокол четко определил магистральное развитие мировой-энергетики — от невозобновляемых источников к возобновляемым и фактически определил направление развития лесопользования и деревоперера-ботки исходя из целей достижения глобального баланса атмосферного углерода и снижения парникового эффекта атмосферы. Это значит, что в России пришло время переходить к разработке и реализации региональных стратегий комплексного использования лесных ресурсов и реализации принципов Киотского протокола по предотвращению глобального изменения климата (Писаренко, Страхов, 2006).
Поскольку основную часть потенциального биотоплива составляет фитомасса лесного покрова, необходимо в первую очередь знать ресурсы лесной фитомассы и их распределение на покрытой лесом площади страны. Поскольку фитомасса и органический углерод являются по существу синонимами и связаны стабильным соотношением 2: 1, то оценка биологической продуктивности лесов означает и оценку их углерододепонирую-щей способности.
Однако вследствие чрезвычайного дефицита информации о фактических запасах фитомассы лесов во всем их многообразии, некорректных экстраполяции и несовершенства применяемых методик точность имеющихся оценок ежегодно депонируемого в лесной фитомассе углерода совершенно неприемлема для целей прогнозирования глобальной экологической ситуации. Как в 1960-е годы эти оценки на планетарном уровне различались на порядок, варьируя в пределах от 4 (Miiller, 1960) до 41 Гт (Deevey, 1960), так и спустя 30 лет, снизившись по общему уровню вчетверо, они тем не менее сохранили десятикратный перепад, от 1 (Krauchi, 1993) до ЮГт (Global..., 1991). Последняя оценка углеродного стока в наземные экосистемы составляет 2,9 Гт/год (Залиханов и др., 2006).
Для лесов России оценки также неоднозначны и 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 нетто-стока СОг в лесах России - от 41 (Гитарский и др., 2002) до 17% (Сонген и др., 2005) от общей эмиссии.
В литературе отсутствуют также какие-либо сведения о депонировании углерода в лесах Уральского региона, в том числе Оренбургской области, на уровне отдельных лесхозов. Настоящая работа посвящена оценке фитомассы и ее годичного прироста, т.е. углерододепонирующей способности лесных насаждений на лесопокрытых площадях Оренбургской области с принятием в качестве исходной (базовой) единицы расчетов территории отдельного лесхоза.
Исследования автора проводились в 2005-2008 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 распределения и динамики фитомассы и ее годичного прироста в насаждениях лесопокрытых площадей Оренбургской области с использованием фактических данных о фитомассе и первичной продукции насаждений и материалов Государственного учета лесного фонда (ГУЛФ) с построением соответствующих карт-схем за период с 1983 по 2007 гг.
В связи с поставленной целью конкретные задачи исследования:
структурировать материалы ГУЛФ (форма 2) по состоянию на 1983, 1993 и 2007 гг. с целью их последующей стыковки с фактическими данными фитомассы и ее годичного прироста на 1 га насаждений;
сформировать базу данных о фитомассы и ее годичной продукции лесооб-разующих пород уральского региона;
разработать систему эмпирических регрессионных моделей фитомассы и ее годичной продукции для лесообразующих пород;
совместить эмпирические модели фитомассы с данными ГУЛФ Оренбургской области по учетам 1983, 1993 и 2007 гг. и проанализировать изменение углеродного пула за данный период;
совместить эмпирические модели годичной продукции фитомассы с данными ГУЛФ Оренбургской области по учетам 1983, 1993 и 2007 гг.; • построить карты-схемы распределения запасов и годичного депонирования углерода на лесопокрытых площадях Оренбургской области.
На защиту выносятся следующие положения:
• таблицы распределения запаса общей (надземной и подземной) фитомассы и ее годичного прироста в насаждениях лесопокрытых площадей на территории 27 лесхозов Оренбургской области, по состоянию на 1983, 1993 и
2007 гг.;
• карты-схемы распределения углеродного пула и годичного депонирования углерода, отнесенных на 1 га насаждений лесопокрытых площадей Оренбургской области, по состоянию на 1983, 1993 и 2007 гг.;
• регрессионные зависимости углеродного пула и годичного депонирования углерода, отнесенных на 1 га насаждений лесопокрытых площадей, от гидротермического коэффициента Селянинова, дифференцированные по годам лесоинвентаризации;
• метод расчленения приращения запаса фитомассы за 24-летний период на две составляющие: за счет увеличения (а) лесопокрытой площади и (б) продуктивности насаждений.
Научная новизна. Впервые выполнен анализ динамики основных показателей лесного фонда Оренбургской области за последние 24 года, сформирована база эмпирических данных о фитомассе и ее годичной продукции лесообразующих пород и рассчитаны соответствующие эмпирические модели, экстраполированные по материалам ГУЛФ на лесопокрытые площади лесхозов Оренбургской области. Впервые с использованием материалов ГУЛФ выполнено картирование запасов и годичного депонирования углерода на лесопокрытых площадях Оренбургской области на уровне лесхозов за последние 24 года.
Практическая значимость работы состоит в разработке исходной базы для расчета углеродного бюджета лесных экосистем, для реализации систем лесохозяйственных мероприятий, направленных на повышение продук 9
тивности и комплексного освоения лесов Оренбургской области. Результаты работы могут быть полезны при разработке лесного кадастра, осуществлении лесного мониторинга и экологических программ разного уровня.
Разработанные нормативы используются Управлением Федеральной службы по надзору в сфере природопользования (Росприроднадзора) по Оренбургской области и ГУП Оренбургской области «Оренбургский лесхоз».
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, Щу-чинск, 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 12 печатных работах, в том числе 2 - в рецензируемых журналах «Хвойные бореаль-ной зоны» и «Лесной вестник».
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 120 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, заключения и 11 приложений. Список использованной литературы включает 115 наименований, в том числе 24 иностранных. Текст иллюстрирован 12 таблицами и 21 рисунком.
Методы и результаты оценки запасов фитомассы на лесопокрытых площадях России
При первых оценках биологической продуктивности лесов и депонирования углерода, выполненных на евразийском континенте, использовался экспериментальный материал небольшого числа пробных площадей. Зарубежными исследователями предпринимались попытки расчета запасов углерода специально для территории бывшего СССР (Kolchugina, Vinson, 1993), а также на уровне биомов, в том числе таежных и листопадных лесов (куда входил и СССР) (Olson et al., 1983). Полученные ими значения запасов углерода составили в первом случае 88 Гт и во втором - в диапазоне от 135 до 291 Гт.
При этом экспериментальный материал с нескольких «ключевых» точек экстраполировался на достаточно обширные площади. Их репрезентативность была неизвестна, критерий воспроизводимости оценки фитомассы и связываемого ею углерода отсутствовал. Невоспроизводимые же схемы выборочного учета хуже, чем бесполезные, поскольку они создают эффект ложной точности, которая может ввести в большое заблуждение (Cottam et al., 1953). Очевидно, что правомерность распространения данных фитомассы небольших выборок на обширные площади без учета породного, возрастного и структурного разнообразия лесов весьма сомнительна.
Первая попытка построения профиля продуктивности растительного покрова по природным зонам и подзонам европейской части России была предпринята, как уже упоминалось, Е. М. Лавренко с соавторами (1955). В дальнейшем российскими климатологами и фитогеографами установлено, что изменения в растительном покрове происходят не только в широтном направлении (по зональному градиенту) в связи с интенсивностью солнечной радиации, но и в меридиональном (по провинциальному градиенту) — от морских побережий внутрь континента в связи с континентальностью климата (Докучаев, 1899; Высоцкий, 1905; Григорьев, Будыко, 1956; Курнаев, 1973; Горев, 1974; Назимова, 1995; Калашников, 2002). Однако согласно картам-схемам по меридиональному (провинциальному) градиенту какой-либо четкой закономерности не было показано.
Снижение показателя лесопригодности климата по меридиональному градиенту Европейской России от 20 до 60 в. д. в связи с возрастанием контрастности климата было установлено Г. И. Горевым (1974). Н. И. Базилевич (1993) в своей более поздней работе также отмечает изменение запасов фи-томассы растительного покрова не только по зональному, но и по провинциальному (меридиональному) градиенту: наибольшие показатели имеют место в Европейской России, затем идет последовательное их снижение в Западной и Средней Сибири, достигая минимума в Восточной Сибири. Далее к Прити-хоокеанскому региону названные показатели возрастают, однако не достигают уровня Европейской России.
Оценка запасов углерода в фитомассе лесов по составляющим фракциям по трудоемкости не сопоставима с традиционной оценкой запасов стволовой древесины. За 150-летнюю историю лесотаксационной науки накоплены огромные банки данных о запасах стволовой древесины в системе государственного учета лесов, имеются многочисленные данные перечислительной таксации временных и постоянных пробных площадей и составлено большое количество региональных таблиц хода роста (ТХР) древостоев разных пород.
Данные же о запасах углерода и биологической продуктивности фито-массы настолько отрывочны и малочисленны, что создание приемлемой нормативной базы для оценки фитомассы традиционными таксационными методами, причем в кратчайшие сроки, практически невозможно. Единственно приемлемый путь для заполнения информационных «белых пятен» по фитомассе - сопряжение традиционных нормативов и банков лесоустроительных данных по запасам стволовой древесины с данными о запасах углерода в фитомассе лесов на основе эмпирических оценочных моделей фито массы и углерода насаждений, в том числе переводных коэффициентов (ПК) углерод фитомассы : запас стволовой древесины.
ПК впервые был предложен в прошлом веке Ф. Флури (Flury, 1892) как отношение объема ветвей к объему ликвидной древесины. К настоящему времени его применение при оценке фитомассы лесов претерпело ряд методических модификаций, в частности, используются отношения: массы фракций к объему стволовой древесины (Поздняков и др., 1969; Протопопов, Зю-бина, 1977; Hitchcock, 1979; Adams, 1982; Опритова и др., 1982; Онучин, Борисов, 1984; Усольцев, 1985; 1988; Макаревский, 1991; Исаев и др., 1993; Алексеев, Бердси, 1994), массы фракций к общей фитомассе (надземной и подземной) или к массе ствола (Smith, 1976; Семечкина, 1978), общей фитомассы к массе ликвидной древесины (Sharp et al., 1975; Johnson, Sharpe, 1983; Brown, 1997). ПК даже в пределах одной древесной породы оказался чрезвычайно изменчив, и в первую очередь теснейшим образом связан с возрастом древостоя.
Отказавшись от прямой экстраполяции данных об углероде в фитомассе, полученных на пробных площадях, завышающей среднерегиональные оценки в 2-3 раза, М. Ф. Макаревский (1991) впервые в России на примере Карелии применил ПК общей фитомассы и углерода, выделив три породные группы (сосняки, ельники и мелколиственные) и дифференцировав его по трем возрастным группам {а - молодняки, б - средневозрастные и приспевающие и в — спелые и перестойные). Тем самым была реализована корректная стыковка фактических данных об углероде на пробных площадях с данными государственного учета лесного фонда (ГУЛФ).
Состояние лесного фонда Оренбургской области
Общая площадь современных лесов области составляет около 4,3% ее территории. По степени облесенности Оренбуржье находится на предпоследнем месте среди регионов России, превосходя по этому показателю только Калмыкию. Наибольшую лесистость имеют Бузулукский (22%) и Северный (19%) районы, наименьшую — Светлинский (полностью безлесный), Домбаровский (0,4%) и Акбулакский (0,5%) (Чибилев, 2000).
Историческая справка. Слабая облесенность территории области объясняется как неблагоприятными для произрастания леса почвенно-климатическими условиями, так и истреблением лесов в исторический период. В последние десятилетия сокращение площади естественных лесов практически остановилось, а лесопокрытая площадь незначительно возрастает за счет искусственных лесонасаждений (около 90,0 тыс. га).
Низкая облесенность области в историческом прошлом подтверждается археологическими материалами. Но этот же материал свидетельствует о том, что многие ценные древесные виды (дуб, сосна, береза и др.) сократили свой ареал и истреблены в ряде районов. Об этом говорят и многие косвенные данные. Например, в лесных березово-осиновых колках и пойменных лесах к югу от р. Урал до сих пор произрастают типичные спутники дуба ландыш майский, кирказон, будра плющевидная — обитатели некогда произраставших здесь дубрав. Некоторые виды деревьев (например, граб) полностью исчезли из флоры области (Чибилев, 2000).
Недостаток лесов вынудил ограничивать их употребление при самом начале хозяйственного освоения русскими заволжских степей. Так, например, в 1750 г. оренбургский губернатор И.И.Неплюев запретил казакам рубку леса по Сакмаре, Самаре и по Уралу от Оренбурга до крепости Рассыпной.
В связи с ухудшением климатических условий после вырубки лесов, в 1836 г. было принято «Высочайшее утверждение положения комитета министров об учреждении в Оренбурге училища для образования лесничих и о разведении лесов по тамошней пограничной линии». С этой целью в Оренбурге было создано лесное училище, которое просуществовало до 1867 г. (Чибилев, 2000).
Основные лесообразующие породы. Из хвойных пород на территории Оренбуржья в естественном виде произрастают лиственница сибирская и сосна.
Лиственница сибирская произрастает только в северо-восточной части области. Она известна в сосновых борах и березовых лесах Кваркенского района, встречаясь единично и небольшими группами. Свидетелем более широкого некогда распространения лиственницы является одиночное дерево лиственницы сибирской на крайнем северо-востоке Адамовского района. Ее возраст оценивается в 750 лет. В культуре одиночные лиственницы можно встретить на кладбищах и в старых усадьбах северных районов области. Кроме того, она использовалась при создании лесной полосы «Гора Вишневая — Каспийское море» и при озеленении городов и сел (Чибилев, 2000).
Современное распространение сосны обыкновенной отражает то, насколько человек за длительную историю освоения края потеснил ее с типич ных мест обитания. Кроме Бузулукского бора, где она является главной ле-сообразующей породой на площади около 57 тыс. га, сосна в естественном виде встречается еще в восьми районах области. Небольшие участки боров и сосновых редколесий сохранились на междуречье Самары и Тока (Пронь-кинский бор), в долине Самары у с. Никифоровки, в верховьях Усаклы близ с. Подлесный Грачевского района, на сыртах междуречья Малого и Большого Кинеля в Бугурусланском и Асекеевском районах. Одиночные сосны естественного происхождения сохранились на хр. Шайтантау и в некоторых лесистых оврагах бассейна Катралы. Фрагменты сосновых боров и редкостойные сосны имеются на сланцах и кварцитах в верховьях Губерли близ с. Карагай-Покровки. Достаточно широко в виде степных боров (Андрианопольский, Болотовский, Аландский и др.) и редколесий сосна произрастает в верхней части бассейна Суундука. Имеются свидетельства о недавнем (в середине 20 в.) истреблении последних сосен естественного происхождения в Северном, Тюльганском (Малый Накас), Курманаевском районах.
Широкомасштабные лесомелиоративные работы 30-х и особенно 50-70-х гг. прошлого столетия практически восстановили прошлый ареал сосны в области. Значительную площадь искусственные сосновые боры занимают в Соль-Илецком, Сорочинском, Курманаевском, Первомайском, Тоцком, Но-восергиевском, Акбулакском, Красногвардейском, Грачевском, Адамовском и других районах области (Чибилев, 2000).
Лиственные виды деревьев представлены на территории области широколиственными породами, к которым относятся дуб черешчатый, липа серд-целистная, клен остролистный, вязы гладкий и шершавый. Все эти виды имеют европейское происхождение, требовательны к теплу, влаге и почвам. Поэтому их ареал не продвигается далеко на юго-восток и восток от средней полосы Русской равнины в связи с увеличением суровости и континентальное климата в направлении к Сибири и Казахстану.
Из числа широколиственных пород наибольшее распространение имеет дуб черешчатый. Юго-восточная граница его ареала проходит по долине Урала от г. Уральска до западной окраины Губерлинских гор. Причем дуб растет не только в пойме Урала, но и встречается к югу от реки по балкам и левым притокам. Так, еще в середине века дуб произрастал в долине Илека близ г. Соль-Илецка. В настоящее время фрагменты пойменных дубрав сохранились вверх по Илеку до с. Озерки. Крайнее восточное местопроизрастание дуба в долине Урала находится близ с. Донское у подножья г. Верб-люжки. Восточные пределы произрастания дубрав в горной части отмечены у деревень Сара и Чукари-Ивановка Кувандыкского района.
Характерными спутниками дуба в остепненных дубравах области являются вязы гладкий и шершавый, липа сердцелистная, клен остролистный, яблоня лесная, лещина обыкновенная, жимолость татарская, крушина слабительная, а также многие виды дубравного широкотравья.
В Оренбуржье имеется хороший опыт искусственного разведения дуба. Одно из наиболее показательных лесокультурных насаждений дуба — Платовская дача на междуречье Киндели и Самары, заложенная в 1882 г. Лучшие образцы культурных насаждений дуба за пределами его современного ареала созданы в 50-е гг. прошлого столетия в лесных дачах Шубарагаш (20 км южнее Соль-Илецка) и Шийлиагаш (10 км юго-восточнее райцентра Адамовки).
Распространение вяза шершавого (ильма) ограничено в области лесостепной зоной. Он нигде не встречается южнее Большого Кинеля и Сакмары. Более обычен в лесах области вяз гладкий, который характерен для пойменных лесов. Общепринятая граница его ареала проводится по р. Урал от г. Уральска до г. Магнитогорска, во многих местах он встречается и южнее — по долинам левых притоков Урала, в том числе по Илеку (вплоть до его верховьев у подножья Мугоджар), Ори, Кумаку, Киялыбурте, Черной и др.
Формирование базы данных о фитомассе и ее годичном приросте в насаждениях Уральского региона и ее характеристика
Точность оценки запасов и депонирования углерода на лесопокрытых площадях определяется качеством материалов ГУЛФ и количеством экспериментальных определений биопродуктивности насаждений на пробных площадях. Для отдельно взятой области, в том числе для Оренбургской, нет достаточно полных фактических данных фитомассы и ее годичного прироста по каждой породе и по всему возрастному диапазону, и такие данные можно реально получить из литературных источников только для довольно обширного региона, в том числе Уральского. Поэтому первоочередную важность представляет формирование наиболее представленной на сегодня базы данных о фитомассе и ее годичном приросте 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 1399 определений, в том числе: сосна- 326, ель пихта -52, лиственница - 176, кедр - 73, дуб - 127, береза- 172, осина и тополь -81, ольха серая - 34, ольха черная - 30, липа - 215, ясень - 37; клен -5 определений фитомассы, т/га (приложение 4). Сюда вошли данные фито-массы лесных культур сосны обыкновенной, ясеня зеленого и тополя черного в количестве 12 пробных площадей, заложенных нами в лесном фонде Оренбургской области (Колтунова и др., 2007).
Наряду с базой данных о фитомассе насаждений, не меньшую ценность для расчетов приходной части углеродного баланса и углерододепонирую-щей способности лесов представляют сводные данные о ее годичном приросте или годичной первичной продукции (NPP) насаждений. Эти данные определяют энергетический потенциал лесных экосистем и являются одним из важнейших критериев количественной оценки их функционирования (Бази-левич и др., 1986).
Вследствие значительно более трудоемкой и методически недостаточно отработанной процедуры определения NPP насаждений по сравнению с получением данных по их фитомассе объем информации о NPP в несколько раз меньше, чем о запасах наличной фитомассы. 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 ее годичном приросте насаждений Уральского региона включает в себя 265 определений, в том числе: сосна - 101, ель - 50, лиственница - 18, береза-31, осина и тополь - 23, ольха- 5, липа - 16, дуб - 15, ясень - 3 и клен - 3 определений годичной продукции, совмещенных с данными о фитомассе на тех же пробных площадях, т/га (приложение 5).
Базы данных о фактической биопродуктивности насаждений (Уткин и др., 1994), и иных категорий растительного покрова (Sommerhalder et al., 1986) являются одним из необходимых связующих звеньев между получением данных о биопродуктивности наземных экосистем и их экстраполяцией на те или иные территории с целью картирования и расчета их углерододепони-рующей способности. Вторым таким связующим звеном являются базы данных ГУЛФ и сельскохозяйственных угодий, которые дают возможность корректно экстраполировать фактические данные о биопродуктивности растительности на наземные территории.
Однако в нашу 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.
Карты-схемы распределения углерода насаждений на лесопокрытых площадях Оренбургской области и их анализ
Очевидно, что значения углового коэффициента а\ уравнения (4.5) возрастают по годам учета, т.е. для учетов 1983, 1993 и 2007 гг. угловые коэффициенты равны соответственно 72,6; 80,7 и 86,8 (см. табл. 4.3). Проранжи-ровав периоды учета 1983, 1993 и 2007 гг. числами натурального ряда соответственно 1, 2 и 3 и скорелировав их с константами аь получили коэффициент корреляции г = 0,997, т.е. почти функциональную связь, описываемую уравнением ai = 65,8 + 7,1 X, (4.6) где X - числа номинального ряда 1, 2, 3. Подставив в уравнение (4.5) для периода учета 1983 г., модифицированного к виду Ctot =-26,1 + ах (GTK), (4.7) вместо углового коэффициента &\ его выражение в виде уравнения (4.6), получили уравнение Сш = -26,1 + 65,8 (GTK) + 7,1 (GTK)X. (4.8)
Уравнение (4.8) фактически скомбинировано из двух уравнений (4.7) и (4.6) по методу сокращения размерности (Усольцев, 1998) с целью найти оптимальную структуру 2-факторного (GTK и X) уравнения регрессии и не имеет подтверждения адекватности, т.е. характеристик R2 и SE. Для корректировки констант уравнения (4.8) методом наименьших квадратов структура уравнения (4.8) заведена в программу STATGRAPHICS и в результате получено окончательное уравнение Сш = -26,3 + 66,2 (GTK) + 7,0 (GTK)X; R2= 0,463; SE= 10,5. (4.9)
Константы при переменных уравнения (4.9) достоверны на уровне значимости t05 (іфакт= 5,8 и 3,5 tos =2,0). Это означает, что уравнение (4.9) дает статистически значимое аналитическое описание, во-первых, зависимости запаса углерода на 1 га площади того или иного лесхоза от гидротермическо го коэффициента и, во-вторых, временного сдвига этой зависимости в виде последовательного увеличения углового коэффициента по годам 1983, 1993 и 2007. Иными словами, в исследованном временном диапазоне происходит последовательное увеличение крутизны наклона линии регрессии, характеризующей связь запаса углерода с GTK.
Протабулировав уравнение (4.9) по задаваемым значениям X, равным 1, 2 и 3, которые соответствуют 1983, 1993 и 2007 гг. учета, а затем - по задаваемым значениям гидротермического коэффициента, изменяющегося на территории Оренбургской области от 0,55 на юге до 0,85 на севере, получаем, что увеличению GTK на величину 0,1 соответствует возрастание запаса углерода на 1 га общей площади в 1983, 1993 и 2007 гг. соответственно на 7,3; 8,0 и 8,7 т/га.
Таким образом, на статистически достоверном уровне установлена прямая зависимость запаса углерода насаждений на 1 га общей площади лесхозов от гидротермического коэффициента.
Поскольку в расчет приняты лишь лесоустроительные базы данных о запасах стволовой древесины и лесопокрытых площадях, полученные результаты не учитывают величину углерододепонирующей емкости нелесных и не покрытых лесом площадей, т.е. запасы углерода на 1 га общей площади представляют собой запасы на 1 га лесопокрытой площади, экстраполированные на общую площадь.
В нашей работе не учтены запасы углерода в почвах, а также огромные запасы его в торфе болот, но эти категории не входят в объем понятия фи-томасса: это - детриты, входящие в расходную часть углеродного баланса.
В таблице 4.4 сопоставляются результаты оценок фитомассы на покрытых лесом площадях, полученных для разных регионов путем: 1) названного выше совмещения и 2) простой экстраполяции данных пробных площадей на природные зоны и подзоны. Очевидно, что карты-схемы Н.И. Базилевич и Л.Е. Родина (1967) для северной и центральной частей бореальной зоны завышают оценки фитомассы примерно втрое, а для лесостепной и степной, напротив, занижают в 4-6 раз, а по Р.Ш. Кашапову - даже в 11 раз. Наши данные для Оренбургской области и значения фитомассы на названной карте-схеме для степей находятся в соотношении 10:1.
Если 3-кратное завышение оценок Н.И. Базилевич и Л.Е. Родина (1967) для таежной зоны и 4-6- кратное занижение для лесостепи и степи можно объяснить (правда, с малой долей вероятности) применением простой эктраполяции данных пробных площадей на лесопокрытую площадь, то в 11 раз завышенные оценки Р.Ш. Кашапова по сравнению с данными карты-схемы Н.И. Базилевич и Л.Е. Родина, объяснению не подлежат, поскольку в обоих случаях использована методика прямой экстраполяции данных пробных площадей на лесопокрытую площадь. При этом, в обоих случаях использованы данные фи-томассы, полученные на одних и тех же 26 пробных площадях, заложенных в лесах бывшего СССР и опубликованных в монографии Л.Е. Родина и Н.И. Базилевич (1965).
На момент составления карты-схемы в распоряжении Н.И. Базилевич и Л.Е. Родина (1967) других данных не имелось, но Р.Ш. Кашапов мог бы использовать более поздние сводки, опубликованные на момент проведения его исследования в работах А.И. Уткина (1970), Л.К. Позднякова (1975) и В.А. Усольцева (2001) и включающие в себя соответственно 194 (бывший СССР), 114 (Сибирь) и более 5 тыс. пробных площадей (Северная Евразия).
