Матушевич Л.М. Продуктивність та надземна фітомаса берези в насадженнях Українського Полісся

Краткое содержание

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Проаналізовано залежність природної та базисної щільності деревини й кори гілок від віку (а, років), діаметра (d_1,3м, см) і висоти (h, м) МД (рис. 3). З’ясовано, що як природна, так і базисна щільність деревини гілок навіть у дерев однакових за віком, діаметром і висотою, значно різняться. Зі збільшенням віку, діаметра і висоти дерев природна й базисна щільність деревини гілок змінюється за висхідною, а кори гілок зменшується. Порівнюючи результати досліджень О. І. Полубояринова (1976) з отриманими в дисертаційній роботі, виявлено, що щільність деревини грубіших гілок менша, ніж тонших.

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