Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы 10
1.1. Общие представления о высотных и зональных экотонах 10
1.2 О динамике лесной растительности на экотонах Северной Евразии в прошлом и будущем 47
1.3. Продуктивность лесных экосистем на высотных экотонах 61
1.4. Продуктивность лесных экосистем на зональных экотонах 75
1.5. Методы и результаты оценки запасов углерода на лесопокрытых площадях Северной Евразии 82
Глава 2. Общая характеристика районов и объектов исследования 96
2.1. Общая характеристика высотного экотона лес-тундра на западном склоне Тылайско-Конжаковско-Серебрянского горного массива 96
2.2. Общая характеристика зонального экотона лес-тундра в нижнем течении р. Пур 104
2.3. Характеристика базы данных о содержании углерода в фитомассе лесообразующих пород Уральского региона 111
Глава 3. Методика исследований 115
3.1. Методика закладки пробных площадей 115
3.2. Отбор, рубка и обработка модельных деревьев 116
Глава 4. Запасы углерода на некоторых экотонах Уральского региона 121
4.1. Высотный экотон Тылайско-Конжаковско-Серебрянского горного массива 121
4.2. Зональный экотон в лесотундре низовий р. Пур 124
Глава 5. Запасы углерода на лесопокрытых площадях Уральского региона 128
5.1. Регрессионные модели переводных коэффициентов фитомасса:запас стволов 128
5.2. Определение запаса углерода в фитомассе лесопокрытых площадей Уральского федерального округа (Ямало-Ненецкий и Ханты-Мансийский национальные округи, области Тюменская (без округов), Свердловская, Курганская и Челябинская)
5.3. Общая карта-схема распределения запасов углерода на лесопокрытых площадях Уральского региона и их зональный анализ
Заключение
Литература
Приложения
- О динамике лесной растительности на экотонах Северной Евразии в прошлом и будущем
- Методы и результаты оценки запасов углерода на лесопокрытых площадях Северной Евразии
- Характеристика базы данных о содержании углерода в фитомассе лесообразующих пород Уральского региона
- Отбор, рубка и обработка модельных деревьев
Введение к работе
Актуальность темы. Согласно концепции устойчивого развития промышленно развитые страны в рамках Протокола Киото в 1997 г. взяли обязательства о снижении эмиссии парниковых газов на 8 % в течение 10 лет. Протокол Киото обязывает научное сообщество разработать стратегию компенсации промышленных выбросов биологической фиксацией атмосферного углерода как основного биогена планеты и стимулирует по существу первый шаг человечества в направлении познания биологии глобального углеродного цикла.
После ратификации Россией Протокола Киото в октябре 2004 г. для нашей страны открываются новые перспективы в оценке биосферной роли национальных лесов. Для России, располагающей 22 % площади планетарных лесов, оценка углерододепонирующей роли лесного покрова особенно актуальна. Это может обеспечить высокие экологические и экономические выгоды,.поскольку удельные затраты на сокращение 1 тонны выбросов СОг в России на два порядка ниже, чем в США и Японии (Ануфриев, 2004).
Известно, что климатические ситуации, подобные нынешней, уже имели место в прошлом. Отличие нынешней ситуации в том, что при относительно небольшой доле антропогенного фактора (20 %), во-первых, он никогда ранее такого уровня не достигал, и во-вторых, его действие нарастает экспоненциально. Если естественные факторы не имели следствием долговременное потепление катастрофического уровня по причине уравновешивания отрицательных и положительных обратных связей, то этот ныне 20-процентный и неуклонно нарастающий вклад может оказаться пусковым механизмом для доминирования положительной обратной связи, когда климатические изменения станут необратимыми (Perry et al., 1991).
Уже есть первые признаки подобной тенденции, обнаруженные британскими учеными при мониторинге торфяных болот Земли, запасы углерода в которых эквивалентны суммарным выбросам антропогенного углерода нынешнего уровня за 70 лет. По неизвестным пока причинам повышение уровня СОг в атмосфере вызывает спонтанную утечку газа из болот. "Похоже, мы нарушили стабильность углеродного цикла на нашей планете", пишет Ф. Уоррен (цит. по: Немченко, 2005).
Для оценки климатогенных изменений в структуре лесного покрова особый интерес представляют экосистемы экотонов, поскольку именно здесь наблюдаются наиболее существенные изменения климатических условий (Изменение климата, 2001, 2003). Изучению пространственно-временной динамики лесотундровых сообществ в высокогорьях и на северной и южной зональных границах лесной растительности уделяется исключительно большое внимание в связи с необходимостью оценки их реакции на современные и будущие изменения климата (Kullman, 1990; Korner, 1999; Bugmann, Pfister, 2000; Holtmeier, 2003; Shiyatov, 2003, Шиятов и др., 2005).
Начиная с 1970-х гг. исследования первичной продукции (NPP) лесных экосистем сместились с уровня отдельных насаждений на ландшафтный уровень, столкнувшись при этом с массой неопределенностей, обусловленных нехваткой и неточностью эмпирических данных о фитомассе и первичной продукции наземных экосистем, особенно их подземной сферы.
Сегодня сложилась диспропорция между двумя уровнями определения углерододепонирующей способности лесных экосистем. С одной стороны, брошены колоссальные средства на оценку названной способности лесов (рынок "углеродных" проектов достигает 10 млрд. долларов в год, из которых 4,5 млрд. приходится на долю США, и он продолжает расти), и в результате наблюдается небывалый после Международной биологической программы «всплеск» публикаций по фактическим данным о фитомассе и первичной продукции лесных экосистем.
С другой стороны, европейские страны, подписавшие Протокол Киото, спешат доказать положительный вклад своих лесов в углеродный баланс, не особенно заботясь о корректности методов экстраполяции эмпирических данных о фитомассе и первичной продукции на лесопокрытую площадь. В итоге их оценки для одной и той же страны, полученные по разным программам, никак между собой не связаны, т.е. представляют случайную величину (Schoene, 2002).
Настоящяя работа посвящена оценке углерододепонирующей способности лесных насаждений в некоторых экотонах и на лесопокрытых площадях Уральского федерального округа.
Исследования автора проводились в 2001-2005 гг. в рамках проектов «Региональные закономерности депонирования углерода экосистемами основных лесных формаций России» и «Оценка запасов углерода и углеродно-кислородного бюджета в лесных экосистемах Уральского региона», гранты РФФИ №№ 00-05-64532 и 01-04-96424; работа также поддержана проектом INTAS 2001-0052.
Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы - изучение структуры органического углерода, депонируемого в фитомассе естественных насаждений по высотному и зональному градиентам в соответствующих экотонах Тылайского Камня и лесотундре низовий р. Пур, а также на лесопокрытых площадях Уральского федерального округа с использованием фактических данных о фитомассе насаждений и материалов Государственного учета лесного фонда (ГУЛФ).
В связи с поставленной целью конкретными задачами исследования были:
• изучить закономерности распределения углерода в фитомассе насаждений на высотном экотоне Тылайского Камня;
• изучить закономерности распределения углерода в фитомассе насаждений на зональном экотоне лесотундры в низовьях р. Пур;
• сформировать базу данных о фитомассе лесообразующих пород Уральского федерального округа;
• разработать систему эмпирических регрессионных моделей фитомассы лесообразующих пород и совместить ее с данными ГУЛФ;
• построить карты-схемы распределения запасов углерода на лесопокрытых площадях по областям Уральского федерального округа.
Перечисленные положения выносятся на защиту.
Научная новизна. Впервые эмпирическим путем определены запасы углерода, накапливаемые на высотном экотоне Тылайско-Конжаковско-Серебрянского горного массива в полосе подъема верхней границы леса за последние 70-100 лет, а также - запасы и депонирование углерода в лиственничниках на экотоне лес-тундра по экологическому профилю пойма-плакоры в лесотундре низовий р. Пур. Сформирована база эмпирических данных о фитомассе лесообразующих пород и рассчитаны соответствующие эмпирические модели фитомассы, экстраполированные по материалам ГУЛФ на ле-сопокрытые площади на уровне лесхозов. Выполнено картирование запасов углерода на лесопокрытых площадях на уровне административных областей УрФО и на зональном уровне для УрФО в целом.
Практическая значимость работы состоит в разработке исходной базы для расчета углеродного бюджета лесных экосистем Уральского федерального округа, для реализации систем лесохозяйственных мероприятий, направленных на повышение продуктивности и комплексного освоения лесов УрФО. Результаты работы могут быть полезны при разработке лесного кадастра, осуществлении лесного мониторинга и экологических программ разного уровня.
Разработанные нормативы используются Свердловской лесоустроительной экспедицией при устройстве лесов УрФО и Агентством лесного хозяйства по Ханты-Мансийскому автономному округу.
Обоснованность выводов и предложений. Использование обширного экспериментального материала и современных методов статистического анализа, системный подход при содержательном анализе фактических мате риалов и интерпретации полученных результатов, реализация поставленных задач на уровне эмпирических 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 научно-технических конференциях студентов и аспирантов УГЛТУ, 2003, 2005; Международных научно-технических конференциях «Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса», Екатеринбург, 2003, 2005; 6-й Пущинской школы-конференции молодых ученых "Биология - наука XXI века", Пущино, 2002; IV Всероссийской научной интернет-конференции «Компьютерное и математическое моделирование в естественных и технических науках», Тамбов, 2002; Международной научно-практической конференции «География и регион. Биогеография и биоразнообразие Прикамья», Пермь, 2002; Международной научно-практической конференции «Аэрокосмические методы в лесном комплексе», СПб, 2002; Третьей международной научно-технической конференции «Лес-2002», Брянск, 2002; Международной научно-практической конференции «Экология: наука, образование, воспитание», Брянск, 2002; II Пущинской международной школы-семинара по экологии "Экология 2002: Эстафета поколений", Пущино, 2002; Всероссийской научно-практической конференции "Химико-лесной комплекс: проблемы и решения", Красноярск, 2002; II международной научно-практической конференции "Экология: образование, наука, промышленность и здоровье", Белгород, 2004; Всероссийской научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития лесного комплекса", Вологда, 2004; Международной конференции "Современная наука и образование в решении проблем экономики Европейского Севера", Архангельск, 2004; IV международной научно-технической интернет-конференции "Лесной комплекс: состояние и перспективы развития", Брянск, 2004.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 25 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на ПО страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, заключения и 9 приложений. Список использованной литературы включает 288 наименований, в том числе 47 иностранных. Текст иллюстрирован 10 таблицами и 54 рисунками.
О динамике лесной растительности на экотонах Северной Евразии в прошлом и будущем
Некоторые закономерности динамики лесной растительности на экотонах Северной Евразии в прошлом можно проследить на примере лиственницы. Например, И. М. Крашенинников (1937) полагает, что южноуральские лиственнично-сосново-березовые леса на экотоне лес-степь представляют собой хорошо сохранившуюся «плейстоценовую лесостепь», аналогичную лиственнично-сосново-березовой лесостепи холодных и сухих эпох плейстоцена горной Сибири и Северной Монголии. Д. А. Герасимов (1926) относит максимум распространения лиственницы в этом регионе к континентальному и теплому бореальному периоду и первой половине более влажного атлантического периода, а Ч. Дугаржав (1996) - к рубежу атлантического и субборе-ального времени голоцена (3-5 тыс. лет).
В последовавший затем суббореальный, или по В. Н. Сукачеву (1926), ксеротермический период (соответствующий послеледниковому максимуму тепла, имевшему место 2-3 тыс. лет назад) и вплоть до середины более влажного и прохладного субатлантического периода (около 700 г. н. э.) леса были вытеснены степями. В то время как на Хангае, начиная с субатлантического периода, вплоть до настоящего времени ареал лиственницы непрерывно сокращается (Дугаржав, 1996), на Южном Урале с середины субатлантического периода в условиях более влажного климата степи интенсивно покрывались лиственничными лесами. Остатки этих лесов в виде «живых великанов лет 400» с диаметром на высоте груди 1,5 м Л. Н. Тюлина (1929) повсеместно встречала на опушках степных полян и юго-восточных склонах Ильменского хребта преимущественно на карбонатных породах. Они имели корявый ствол с отмершей вершиной и чрезвычайно мелкослойную древесину, т. е. несли на себе «следы более чем 300-летней жестокой борьбы леса с последними остатками степи» (с. 10). В настоящее время вырабатываются новые взаимоотношения леса и степи, в которых в качестве активных облесителей выступают береза и сосна (Тюлина, 1929).
В Общем Сырте (53 с. ш., 57 в.д.), примыкающем к Южному Уралу с запада, еще в конце XIX века находили совершенно здоровые лиственницы возрастом более 400 лет с корой толщиной 27 см. У основания кроны, поднятой на высоту 32 м, деревья имели диаметр 18 см. Древесина такой лиственницы - чрезвычайной твердости, «у комлевой части не берется ни пилой, ни топором; для срезки ее устраивают особые подмости, чтобы срезать ее выше человеческого роста» (Симон, 1910; с. 1137). Здесь на девонских песчаниках «посреди насаждений имеются громаднейшие пни лиственниц и остатки от сосновых пней. При Петре эта часть леса была записана в корабельную. При Екатерине здесь проезжал академик Лепехин; он писал, что всюду видел лиственничный лес, который преобладал. Теперь лиственничных лесов незаметно» (там же, с. 1134).
Одним из наиболее перспективных горных районов для изучения реакции биоты на изменения климата является Полярный Урал (Шиятов, 1965; Шиятов и др., 2002; Shiyatov, 2003). Для этого района характерна сильная изменчивость климатических условий различной длительности (Шиятов, 1986), а высокогорная растительность не испытывает существенных антропогенных воздействий. На верхней границе леса произрастают простые по составу древостой, что намного облегчает изучение их климатогенной динамики.
Исключительная сохранность древесных остатков на северном пределе лесной растительности позволила реконструировать полярную границу распространения лиственницы и установить, что она произрастала на Ямале уже в начале голоцена, т. е. 9,0-10,5 тыс. лет назад. В течение всего голоцена граница распространения лиственницы последовательно смещалась к югу, и было выделено три хронологических отрезка: ранний (10500-7400 лет назад), средний (7400-3700 лет назад) и поздний (последние 3700 лет) голоцен, в каждом из которых положение упомянутой границы было относительно стабильным. На вторую половину позднего голоцена (начиная с 500-700 гг. н. э.) пришлось последнее, довольно резкое перемещение северного предела лиственницы к югу (Хантемиров, Шиятов, 1999). Это было связано с развитием влажного и прохладного субатлантического периода и на южном пределе ареала по времени совпало с выше упомянутым последним наступлением лиственницы на степь.
В это же время, примерно с 745 г. н. э. началась интенсивная экспансия лиственницы в горы Полярного Урала. Она продолжалась до 13-го столетия, достигнув высоты 340 м н. у. м. при максимальных размерах деревьев и густоте по сравнению с другими периодами, а затем процесс пошел в обратном направлении. В целом за последние 1250 лет верхняя граница лиственницы спустилась вниз на 430-800 м вдоль по склону и на 60-80 м н. у. м. (Shiyatov, 1995).
В последнее 100-летие в связи с потеплением климата происходят существенные сдвиги как высотных, так и зональных границ леса. Эти процессы идут и в Средиземноморье (рис. 1.11), и в Арктике (рис. 1.12), и на Полярном Урале (рис. 1.13).
С целью количественной оценки изменений в составе, структуре и пространственном распределении лесотундровых сообществ, которые произошли на Полярном Урале в течение последних 90 лет, С. Г. Шиятов с соавторами (Шиятов и др, 2001, 2005; Шиятов, Мазепа, 2002) произвели крупномасштабное наземное картирование и описание лесотундровых сообществ, произрастающих в пределах экотона верхней границы древесной растительности (ЭВГДР). Под термином ЭВГДР авторы понимают, вслед за X. Кернером (Korner, 1999), переходный пояс растительности в горах между верхней границей распространения одиночных деревьев в тундре и верхней границей распространения сомкнутых лесов. Этот экотон занимает более широкую полосу по сравнению с подгольцовым поясом, так как в него входит нижняя часть горно-тундрового пояса, где одиночно произрастают древесные растения
Методы и результаты оценки запасов углерода на лесопокрытых площадях Северной Евразии
При современных расчетах регионального и глобального углеродных циклов согласно Протоколу Киото продукция наземных растительных сообществ подразделяется на четыре категории - общая первичная (GPP), чистая первичная (NPP), чистая экосистемная (NEP) и чистая биомная (NBP) (рис. 1.28).
Определение годичной продукции и соответственно годичного депонирования углерода первых двух категорий выполняется обычно на уровне отдельных насаждений (рис. 1.29), а последних двух - на региональном и глобальном уровнях.
Первые попытки оценки региональной и глобальной продуктивности лесов носили расчетный характер и основывались на учете ведущих климатических характеристик - температуры воздуха и осадков (Paterson, 1956; Week, 1960). Расчетные данные сопоставляли с фактическими по материалам пробных площадей и, экстраполируя их на всю территорию или отдельные регионы, получали показатели потенциальной продуктивности.
При первых оценках биологической продуктивности лесов и депонирования углерода, выполненных на евразийском континенте, использовался экспериментальный материал небольшого числа пробных площадей. В период развернутых исследований лесов по Международной биологической программе часто имело место локальное сопоставление их биопродуктивности по двум, реже - трем регионам. Так, при исследовании биопродуктивности светлохвойных лесов Якутии констатировалось: «Фитомасса лиственичников и сосняков в общих чертах мало отличается от величины фитомассы хвойных лесов севера лесной зоны» (Поздняков, 1967; стр. 37), или: «При сравнении общего веса надземной части фитомассы березовых древостоев Западного Саяна с близкими по типу леса и возрасту древостоями из европейской части Союза значительной разницы в этих величинах не обнаруживается. Незначительными оказались различия и в массах крон при сравнении исследуемых березняков со смешанными древостоями Латвии и березовыми древостоями Центральной Якутии» (Протопопов, Грибов, 1971; стр. 33).
При ограниченном материале и недостаточно полном учете "экологических фонов" сопоставляемых насаждений о достоверности различий их биопродуктивности не могло быть и речи. При этом экспериментальный материал с нескольких 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.
Следующий существенный шаг в районировании биопродуктивности был осуществлен в обобщении Л. Е. Родина и Н. И. Базилевич (1965), где для основных природных зон от тундр до тропиков и саванн по данным 150 пробных площадей были приведены показатели запасов органического вещества и биологического круговорота главнейших типов растительности суши. Затем были построены планетарные картосхемы названных показателей (Базилевич, Родин, 1967), и завершающий этап представлен справочной монографией Н. И. Базилевич (1993) по первичной продуктивности экосистем (не только лесных) Северной Евразии, где был использован наиболее обширный на тот момент материал более чем по 2500 пробным площадям. Работы Н. И. Базилевич с коллегами, как и другие подобные исследования (Olson et al., 1983; Kolchugina, Vinson, 1993), были основаны на экстраполяции биопродуктивности растительных сообществ на пробных площадях или ключевых участках на территорию региона или биома. Данные систем ГУЛФ при этом не использовались. М. И. Будыко и Н. А. Ефимова (1968), используя зависимость продуктивности растительного покрова от радиационного баланса и индекса сухости, составили карту-схему для Евразии, согласно которой на пространстве от западной до восточной границ России годичный прирост органического вещества составляет в полярном поясе 2- 4 т/га, а в пограничном с ним боре-альном - 4 - 6 т/га. Позднее Н. А. Ефимова (1977) модифицировала карту-схему и показала, что в меридиональном направлении биопро-дуктивность снижается в направлении от Европейской России (10 т/га) к Забайкалью (6 т/га), а затем в Приморье вновь возрастает до 10 т/га (рис. 1.30).
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) также отмечает изменение запасов фитомассы 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 Притихоокеанскому региону названные показатели возрастают, однако не достигают уровня Европейской России.
Характеристика базы данных о содержании углерода в фитомассе лесообразующих пород Уральского региона
Точность оценки запасов углерода на лесопокрытых площадях определяется количеством их экспериментальных определений на ключевых участках (пробных площадях). В известных мировых сводках о запасах углерода по Уральскому региону никаких данных нет. В литературе отсутствуют также какие-либо сведения о запасах углерода в лесах Уральского региона в разрезе лесхозов. Поэтому первоочередную важность представляет формирование наиболее представленной на сегодня базы данных о запасах углерода (фитомассы) в Уральском регионе с привлечением всех имеющихся опубликованных данных.
Подобная работа была выполнена нами, и в результате сформирована база данных о запасах фитомассы в насаждениях основных лесообразующих древесных пород Урала и прилегающих к нему регионов, которая включает в себя 1177 определений, в том числе: сосна — 306, ель - 46, пихта -80, лиственница - 166, кедр - 95, береза- 147, осина - 66, ольха серая - 34, ольха черная - 28, липа- 209 определений запасов углерода, т/га (приложение 1).
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 фитомассы лесообразующих 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. Имела место и неопределенность с разделением фитомассы на надземную и подземную, поскольку точку гипокотиля (начала роста) обычно не устанавливали и в подземную фитомассу включали весь пень, куда входила и какая-то часть ствола.
В базу данных включены показатели 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 фитомассы, общий для всех нижних ярусов. Другая неопределенность, связанная с названным показателем, - 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 фитомассы 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 массы листвы оказывалось завышенным по сравнению с чистыми лиственными насаждениями, а при высоком участии лиственных пород в хвойных насаждениях - заниженным по сравнению с чистыми хвойными.
Часто в исходных данных отсутствовал показатель запаса стволовой древесины при наличии ее фитомассы, иногда отсутствовал показатель последней при наличии запаса стволовой древесины. В подобных случаях недостающий показатель рассчитывался по базисной (условной) плотности ствола, взятой из близлежащих объектов, а при отсутствии таковых - по О. И. Полубояринову (1976). Поскольку за рубежом измеряют не общий, а коммерческий запас стволов ( 7 см), то показатель базисной плотности часто оказывался очень высоким, особенно в древостоях низших классов возраста.
В случаях, когда исследователи публиковали показатели массы кроны без ее разделения на скелет и листву, последние рассчитывались по их соотношению в массе крон древостоев близкого возраста и сходной морфострук-туры, исследованных другими авторами в данном или прилегающем регионе. Подобным образом рассчитывалась и масса сухого вещества фракций, если авторы приводили такие данные лишь в свежем состоянии.
Не все регионы обеспечены данными о массе коры, корней и нижних ярусов. Для таких регионов значения констант соответствующих блоковых переменных принимали равными таковым для соседних регионов. Если варьирование массы коры стволов относительно массы стволов в коре довольно стабильно и мало различается по отдельным регионам, то о массе корней и нижних ярусов этого сказать нельзя, и упомянутый прием дает какое-то расхождение между фактическим (но пока неизвестным) и рассчитанным таким способом (условным) показателем массы корней или нижних ярусов.
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 7-10 шт. на каждой пробе, по ступеням толщины стволов в пределах ее варьирования. После обрубки кроны ее 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 всей 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 масс хвои и скелета кроны в каждой секции рассчитывали массу хвои и скелета всего дерева. От каждой секции брали навески для определения содержания сухого вещества в хвое и скелете кроны.
Фитомасса стволов определялась непосредственным взвешиванием на весах. Стволы после валки делили на 10 равных частей, 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.
У лиственницы прирост древесины ствола определен путем "расчехления" ствола по 10 отрезкам и определения объемного прироста, среднего за последние 5 лет, с последующим пересчетом на абсолютно сухое состояние по базисной плотности, определенной по навескам. Прирост коры рассчитан по приросту древесины и соотношению массы древесины и коры ствола. Прирост хвои принимался равным ее наличной массе. Прирост ветвей определен упрощенным методом (Русаленко, Петров, 1975) путем деления их удвоенной массы на возраст кроны, измеренный по годичным кольцам у ее основания. Это согласуется с известным фактом (Уткин, 1975), что средняя по массе мутовка у сосен приходится примерно на середину кроны. Метод при всей своей простоте по точности не уступает методу определения прироста крон по мутовкам (Whittaker, 1962; Уткин, 1975; Усольцев и др., 2004).
Масса корней определена только на высотном экотоне Тылайско-Конжаковско-Серебрянского горного массива по комплексному методу А.Ф. Чмыра (1984). Первый этап заключался в осторожном обнажении корневой системы у ствола радиусом от 30 до 100 см (в зависимости от величины дерева) на глубину 10 - 15 см с целью определения количества крупных скелетных корней, их диаметра и характера распространения в горизонтальной проекции. Определив средний диаметр скелетных корней, выбирались 2 — 3 корня, разделяющих своим направлением окружность проекции кроны на примерно равновеликие секторы. Затем прерывистым вскрытием почвы по ходу этих корней через 15 - 20 см устанавливалась их протяжённость. Средняя протяжённость корней, формирующих скелет, принималась за радиус зоны распространения коневой системы модели, по которому вычислялась площадь поверхности почвы, занятой корнями.
После приступали к закладке монолитов почвы объёмом 5 дм3 (50x10x10 см) по ходу выбранных скелетных корней. Первый монолит закладывался на границе окружности вскрытой корневой системы, последний - за границей зоны распространения исследуемого корня. Вынутые почвенные монолиты с помощью лопаты укладывались на плотную бумагу или полиэтиленовую плёнку. Почва осторожно просеивалась через три сита диаметром 2; 1 и 0,3 мм, после чего выбирались все мелкие корешки, пропущенные при первоначальной выборке.
Взяв верхний 10-сантиметровый слой почвы по ходу корней, закладывали монолиты в тех же местах с 10 до 20 см и так далее до глубины распространения корней исследуемой модели. После закладки профильных монолитов по ходу скелетных корней приступали к закладке так называемых «вольных» монолитов, по концентричным кругам в зоне распространения корневой системы, на равном расстоянии между собой. Глубина закладки вольных монолитов по концентричным кругам производилась до горизонта проникновения корней модельного дерева. Завершающим этапом являлась выкопка модели или закладка так называемого «седлающего» монолита. Размер седлающего монолита равен площади круга первоначально обнажённой корневой системы вокруг ствола радиусом 30 - 100 см, глубина закладки на 10 см больше установленного предела распространения корней исследуемой модели в глубину. Масса всех корней переведена на абсолютно сухое состояние по трем навескам, взятым от каждого дерева от корней разной толщины, и высушенным до постоянной массы при температуре 100С.
