Блищик І.В. Продуктивність та надземна фітомаса вільхи клейкої у деревостанах Західного Полісся України

Краткое содержание

Розділ 1. Деревостани Західного Полісся як об’єкт дослідження. Наведено обґрунтування об’єкта дослідження, фізико-географічні  умови регіону дослідження, лісівничо-таксаційна характеристика вільшняків Західного  Полісся.

  Вільха клейка (Alnus glutinosa (L.) Gaerth) є лісотвірною деревною породою у сирих і мокрих сугрудках та грудах. Вільшняки  на  Поліссі  становлять             близько 7%  вкритих лісовою рослинністю земель (Генсірук С.А., 2002; Юхновський І.Р., 2003),  у Західному Поліссі вільха клейка поширена на всій території (36,3% за площею та 35,0%  за запасом, підсумки державного обліку лісів України станом на 01.01.1996 р.). 

У лісовому фонді Західного Полісся домінують високопродуктивні насадження, площа яких становить 90,3 тис. га, або 75,5%, середньовікові   59,3 тис. га, або 52,2% та середньоповнотні деревостани 82,8 тис. га                           або 74,8% (рис. 1).

а)                                                                  б)

Рис. 1. Розподіл площі  вільшняків Західного   Полісся: а) за класами віку;

б) за повнотою.

Дендрофлора цього району різноманітна й нараховує майже 150 видів, переважно дерев (49) та кущів (66). Вільшняки Західного Полісся зростають, переважно, у відповідних  типах лісорослинних умов – 91,7% (С₄–С₅; D₄).  Запас збільшується з віком, досягаючи максимуму у перестиглому віці (247 м³∙га^-1), хоча цілком логічно, що абсолютні величини запасу оптимальних вільхових деревостанів вищі. У складі вільшняків, крім вільхи клейкої, є значна частка берези пухнастої (Betula pubescens Ehrh.),  сосни звичайної (Pinus silvestris L.), ясена звичайного (болотяний екотип, Fraxinus excelsior L.) та  ялини  звичайної (Picea abies (L.) Karsten). Як  невелика  домішка трапляється осика (Populus tremula L.), дуб звичайний (Quercus robur L.), граб звичайний (Carpinus betulus L.). Дуже часто зустрічаються березово-вільхові та вільхово-березові ліси. Чисті вільшняки ростуть у більш багатих лісорослинних умовах, а мішані − переважно на бідних, піщаних і супіщаних ґрунтах. Чисті вільшняки поширені значно частіше, ніж мішані (Брадіс Є.М., 1971; Гончар М.Т., 1983; Григора І.М.  та              ін., 1998).

В  результаті  цього  дослідження  ми  отримали  повну характеристику поширення лісових формацій вільхи клейкої, з’ясували  особливості її росту за таксаційними й лісівничими ознаками. Слід зазначити, що вільха клейка в Західному  Поліссі  є одним       із перспективних видів, які сприяють вирішенню екологічних проблем довкілля досліджуваного регіону, а тому заслуговує на всебічне вивчення.

Розділ 2. Біологічна продуктивність лісів та стан її дослідженності. Аналізуються основні складові біологічної продуктивності деревостанів за компонентами фітомаси, висвітлено головні напрями вивчення та дослідження біологічної продуктивності насаджень на основі системного підходу та математичного моделювання лісових  фітоценозів та їх ролі у регулюванні вмісту вуглецю в атмосфері.

Аналіз дослідження дозволяє константувати наявність різних підходів пов’язаних з вивченням даної теми. Науковці: І.І. Смольянінов (1968, 1969),              Л.І. Половніков (1970), А.І. Уткін (1970-1995),  В.М. Горбатенко, В.В. Протопопов (1971), М.В. Диліс, Л.М. Носова (1977), В.К. М’якушко (1978),  П.І. Лакида (1997),  H.E. Youg et al. (1964),   H.A.I. Madgwick (1970) та інші  віддавали перевагу вивченню продуктивності цінних твердолистяних і хвойних порід, що мало ресурсознавчу та біогеоценологічну спрямованість та не відображало біологічної продуктивності деревостанів за компонентами фітомаси в умовах України.

Вивчення закономірностей росту й розвитку дерев у лісових фітоценозах            як системи, теоретичні основи та рекомендації з практичного застосування системного аналізу в лісівничих  дослідженнях вперше розпочали   лісівники К.К. Буш, І.К. Ієвінь (1975), І.В. Карманова (1976),  К.Є. Нікітін,  З. Швиденко (1978), І.Я. Лієпа (1980), О.А. Атрощенко (1984, 1986),                       В.В. Загрєєв, А.З. Швиденко (1988) та ін.

 Методологія системного аналізу ґрунтується на системному вивченні природних явищ. Метод моделювання біологічної продуктивності деревостанів за компонентами фітомаси полягає у розгляді поряд із системою, яку позначають   У⁰ = У⁰ (V⁰ , X⁰ , ∑⁰, F⁰), її моделі, якою виступає система – У = У (V , X , ∑, F), що являє собою образ (подобу) оригіналу S⁰  у процесі моделюючого відображення ѓ, яку прийнято позначати записом:

                              ѓ  :  У⁰           У,                                                     (1)                                     

де ѓ – частково визначене відображення, тобто не всі риси складу і структури оригіналу відображаються моделлю.

Моделі часто розробляються на логарифмічній основі з використанням рівняння множинної статистичної алометрії:           

                    _{··· ... ·,}                                                          (2)

де а₀, а₁, а_п – константи, відомі в економетрії як похідна функція                   Кобба-Дугласа;

          х₁,  х₂,  х_п – морфометричні показники дерева.

Це рівняння є оптимальним при встановленні залежностей  компонентів фітомаси від таксаційних показників дерева (Карманова І.В., 1976; Уткін А.І., 1978, 1979; Усольцев В.А., 1985; Лакида П.І., 1997, 2002).  Кінцевою метою моделювання даного дослідження є можливість прогнозування і управління процесами росту й розвитку вільшняків з метою отримання кількісної оцінки взаємозв’язків між  окремими елементами системи у різних галузях пізнання Полісся та їхня оптимізація.

Над вивченням продуктивності деревостанів вільхи клейкої працювали    В.К. Захаров (1928), М.В. Давідов (1958, 1979), І.К. Ієвінь, В.Є. Гейне (1966),               І.Д. Юркевич, В.С. Гельтман (1968),  У.І. Галвас, М.Я. Зуковська (1975),                   М.Г. Гончар (1983),  В.А. Усольцев (1985) та ін.

Ретроспективний аналіз біологічної продуктивності лісових фітоценозів за компонентами фітомаси показує, що вони є вагомим внеском у вирішенні багатьох проблем лісівничої науки. Однак через несумісність методичних підходів, обмежену кількість досліджуваних компонентів фітомаси, різницю в географічних зонах та лісорослинних умовах вони не можуть бути використані для оцінки біологічної продуктивності деревостанів вільхи клейкої в Україні.

Розділ 3. Методичні підходи з оцінки компонентів біологічної продуктивності      лісів    та       характеристики       дослідних         даних.

Розглядається методика збору  експериментального  матеріалу, камеральна  та лабораторна обробка дослідних даних, наведено характеристику та загальну оцінку  експериментального матеріалу з поділом на однорідні елементи.

Біологічна продуктивність насаджень вільхи клейкої за компонентами надземної фітомаси вивчалася враховуючи особливості деревостану як об’єкта дослідження. Збір дослідних даних проводився на тимчасових пробних площах (ТПП), які закладалися за лісотаксаційною методикою (Нікітін К.Є., 1966; Швиденко А.З., 1981; Строчинський А.А., 1992). При науковому дослідженні             для збору матеріалу за основу була використана методика проф.  П.І. Лакиди (1988, 1997, 2002), яка модифікована у відповідності до об’єкта досліджень і відрізняється від існуючих (Родін Є.Л., Ремезов М.П.,     Базилевич М.І., 1968; Уткін А.І., 1975, 1982) тим, що весь комплекс таблиць (для одного дерева та деревостану) побудований на базі моделей фітомаси дерев і деревостанів.

Результати польових і лабораторних досліджень були опрацьовані на ПК з використанням пакета Excel, спеціальної статистичної програми SPSS, STATISTICA Report. Повну таксаційну характеристику досліджуваних насаджень отримали за результатами перелікової таксації та обміру модельних дерев на ТПП за спеціальною програмою PERTA, розробленою співробітниками кафедри лісової таксації та лісовпорядкування НАУ. Спеціальна біометрична обробка дослідних даних здійснювалась за прикладними програмами ZRIZ, ZRIZ-K, PLOT, KRON, GIL, PAS, FITO, RATIO,  які  пов’язані з кількісною та якісною  оцінкою параметрів фітомаси дерев і насаджень, розроблені проф.    П.І. Лакидою (1997, 2002).

Аналіз компонентів фітомаси дерев вільхи клейкої проводився на основі 31 ТПП. Загальна кількість опрацьованих модельних дерев (МД)  – 106 штук, у тому числі 96 МД виростали в складі насадження в типі лісорослинних умов – С₄,  інші – С₅. Віковий діапазон  МД  становить від  10 до 61 року, а стосовно повноти деревостану – більшість  дерев (82 шт.) виростали у високоповнотних,                     інші (24 шт.) –  середньоповнотних деревостанах. Масив даних для кожного   МД має понад 20 таксаційних показників. Щоб встановити показники щільності деревини та кори стовбурів на пробних площах, було відібрано дослідні зрізи      зі 28 МД (усього 160 зрізів стовбура). За розробленою П.І. Лакидою та    Я.А. Юдицьким (1993) формулою розрахована середня щільність деревини, кори та стовбура в корі у свіжозрубаному та абсолютно сухому стані досліджуваних МД. Для визначення щільності деревини та кори гілок на МД було зроблено 81 зріз із середньої частини живих гілок різної довжини і товщини  (Лакида П.І., 1993). Для дослідження вагових параметрів листяної фракції фітомаси дерев вільхи клейкої проаналізовано 268 модельних гілок та 82 наважки свіжого листя, одержаного з МД, які були зрубані на пробних площах.

У натуральних і логарифмічних величинах аналізувалися статистики вихідних даних за методиками К.Є. Нікітіна, А.З. Швиденка (1978);  М.П. Горошка, С.І. Миклуша (1999); С.М. Кашпора, А.А. Строчинського,  Л.М.  Березівського (2002). Слід відзначити, що для маси гілля та деревної зелені характерна висока мінливість, правостороння асиметрія та висока крутість (крива гостровершинна). Моделі, побудовані на їх основі, з достатньою точністю характеризуватимуть лише дану сукупність. Для достовірного розподілу необхідні подальші  експериментальні дослідження.

Розділ 4. Моделювання якісних показників фітомаси дерев вільхи клейкої. Даний розділ містить в собі інформацію про оцінку якісних показників  фітомаси дерев вільхи клейкої: локальну природну та базисну щільність деревини, кори й  деревини в корі стовбурів; середню природну та середню базисну щільність деревини, кори й деревини в корі стовбурів; природну та базисну щільність деревини, кори й  деревини в корі гілок; частка листя у деревній зелені; вміст абсолютно сухої речовини в листі.

З метою оцінки локальної щільності зрізів стовбурів МД отримані результати було згруповано за такими віковими групами: 1 – моделі віком     до 20 років (2 дерева); 2 – моделі віком 21–40 років (16 дерев); 3 – моделі віком більше 40 років (10 дерев); 4 − усі моделі разом (середня щільність, 28 дерев). Встановлено, що природна щільність деревини вільхи (рис. 2, (а)) зростає від окоренка до відносної висоти 0,50h, а далі – зменшується (за винятком віку модельних дерев до 20 років, (2 шт.); необхідні подальші дослідження).

На відносних висотах дерев відбувається варіювання показників базисної щільності деревини, яке поступово зменшується від окоренка до відносної висоти деревостану 0,25h-0,50h і зростає до вершини МД (рис. 2, (б)). Природна  і базисна щільність кори менша в окоренкованній частині стовбура дерев усіх вікових груп у порівняні з верхівковою частиною стовбура. Отже, найістотніше на показники щільності кори стовбура впливає вік стовбура дерев.  Аналізуючи зміну природної та базисної щільності деревини у корі на відносних висотах стовбурів вільхи клейкої, робимо висновок, що вона змінюється так же само, як і природна та базисна щільність деревини без кори.

     а)                                                                       б)

 

Рис. 2. Зміна локальної щільності деревини стовбурів вільхи клейкої з відносною висотою та віком дерев: а) природна; б) базисна.

  За результатами проведених досліджень можна стверджувати, що залежно від віку локальна природна і базисна щільність деревини, кори, деревини в корі зрізів стовбура вільхи клейкої характеризується зростаючим, спадним і                            v-подібним типами зміни щільності вздовж  деревного стовбура.

Природну та базисну щільність деревини, кори та деревини у корі гілок аналізували залежно від основних таксаційних показників МД . Встановлено,  що як  природна, так і базисна щільність деревини, кори та  деревини в корі гілок навіть у дерев однакових за віком, діаметром і висотою, значно відрізняються, змінючись по висхідній. Аналіз статистик розподілу показників базисної щільності показує, що дана сукупність значень  характеризується близьким  до нормального розподілу з незначною косістю. Як природна, так і базисна щільність має прямий зв’язок. Не виявлено, при ймовірності 0,95, достовірних одно-, дво- та трифакторних регресійних рівнянь залежності базисної щільності деревини, кори та деревини в корі гілок від віку, висоти та діаметра на висоті 1,3 м дерев.

Середню щільність фракцій стовбура вільхи клейкої (деревини, кори і деревини у корі) у свіжозрубаному та абсолютно сухому станах розраховували на основі локальних даних за допомогою прикладної програми PLOT (Лакида П.І.  та Юдицький Я.А., 1993; Лакида П.І., 1997, 2002) та аналізували  залежно від основних таксаційних ознак МД. Слід зазначити, що середня  базисна щільність деревини стовбурів   із віком дерев,    висоти та   діаметра  на  висоті  1,3 м зростає, а в кори відмічається тенденція до зменшення показників.

За допомогою кореляційного аналізу встановлено тісноту зв’язку. Коефіцієнти кореляції природної та базисної щільності деревини і деревини в корі стовбура додатні (прямий), а кори – від¢ємні (обернений зв¢язок). Найтісніший  зв’язок середньої базисної щільності деревини (r =0,68)  та деревини в корі    (r =0,66) стовбура спостерігається з діаметром на висоті 1,3 м та висотою (відповідно r =0,68;  r =0,64). При цьому середня базисна щільність кори стовбура має слабкий (критичне значення коефіцієнта кореляції r =0,25), але значущий кореляційний зв’язок з висотою і дуже слабкий з віком (r =0,17)  та з діаметром дерев на висоті 1,3 м (r =0,09).

Задовільними для оцінки середньої базисної щільності деревини і деревини в корі стовбурів вільхи клейкої виявились однофакторні моделі, для яких вік, діаметр на висоті  1,3 м і висоту  вводили окремо; двофакторні − при включенні віку та висоти й віку та діаметра на висоті 1,3 м дерев і трифакторні моделі,  при введенні в розрахунок середньої базисної щільності деревини стовбура одночасно цих трьох показників. Не виявлено задовільної моделі зв’язку таксаційних показників дерев із середньою базисною щільністю кори. В процесі  розрахунку в довірчий інтервал коефіцієнта регресії потрапляв „нуль”. У кінцевому результаті це означає, що при обчисленні за  цими   моделями  фактичних   значень  середньої  базисної щільності  кори,  їх  окремі  значення  можуть  дорівнювати  „нулю”, а це суперечить логічному тлумаченню.