Залежність компонентів надземної фітомаси ялинових деревостанів від середніх таксаційних показників у переважаючих типах лісорослинних умов полонинського хребта українських Карпат

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Залежність компонентів надземної фітомаси ялинових деревостанів від середніх таксаційних показників у переважаючих типах лісорослинних умов полонинського хребта українських Карпат

Вступ

Гірські ліси відіграють надзвичайно важливу роль та виконують низку функцій: окрім суто господарських - стокорегуляційну, кліматотвірну, вуглецеде- понувальну та багато інших (Harmon et al., 1986; Shvi- denko, 1981; Svalov, 1979; Utkin & Vomperskii, 1988). З огляду на різноманітні умови росту та розвитку надзвичайно важливим для формування надземної фітомаси в гірських умовах є таксаційні показники деревостанів та особливості типологічної характеристики субстрату. Зважаючи на актуальні дослідження в царині вивчення впливу визначених лісівничо-таксаційних показників, ведення господарської діяльності та типологічних характеристик деревостанів на якість деревини, її морфологічну будову та фізико-механічні властивості, зокрема і на щільність, можна дійти висновку, що значення загальної надземної фітомаси деревостанів і її компонентів також істотно залежить від цих показників (Barrios, Trincado & Watt, 2017; Carson et al., 2014; Geren- diain et al., 2007; Harmon et al., 1986; Maclaren et al., 1995; Sutton & Harris, 1973; Zoric, 2008; Sopushynskyy etal., 2016). Разом з тим впродовж тривалого часу значну увагу науковці приділяли і моделюванню залежності біомаси від окремих лісівничо-таксаційних показників (Gillespie, 1989; Lakyda, 2002; Lakyda et al., 2011; Utkin & Vomperskii, 1988; Watt et al., 2006). Для більшої інформативності та прогнозування динаміки залежності надземної фітомаси в нашому дослідженні пропонуємо розглянути результати дослідження особливостей надземної фітомаси деревостанів ялини європейської, формалізованих у вигляді регресійних моделей. В основу дослідження покладено комплексні дослідження щільності компонентів надземної фітомаси дерев ялини європейської (Zadorozhnyy, 2015; Hrynyk & Zadorozhnyy, 2018).

Об' єкти та методика дослідження. Об'єкт дослідження - деревостани ялини європейської у переважаючих типах лісорослинних умов Полонинського хребта Українських Карпат. Предмет дослідження - компоненти надземної фітомаси ялинових деревостанів у досліджуваних типах лісу. Мета дослідження - моделювання залежності надземної фітомаси ялинових деревостанів від їхніх таксаційних показників у типах лісо- рослинних умов С₃ та D₃ Полонинського хребта Українських Карпат.

Для дослідження динаміки надземної фітомаси ялинових деревостанів використано дослідні дані, отримані за результатами закладання 28 тимчасових пробних площ (ТІ II І) з оцінкою компонентів фітомаси деревостанів на території Полонинського хребта Українських Карпат у межах лісового фонду державних підприємств "Міжгірське лісове господарство (ЛГ)", "Воловецьке ЛГ" та "Свалявське ЛГ" Закарпатського обласного управління лісового і мисливського господарства на території Полонинського хребта Українських Карпат.

Пробні площі закладено у деревостанах, які ростуть в типах лісу: волога грабова бучина (7 шт.), волога ялиново- ялицева бучина (6 шт.), волога ялицева бучина (5 шт.), волога ялиново-ялицева субучина (5 шт.), волога грабова субучина (5 шт.); вік досліджуваних деревостанів на пробних площах - від 18 до 102 років, клас бонітету - І- ІІ; відносна повнота - від 0,64 до 0,81.

Модельні дерева вибирали за принципом репрезентативності до розподілу за ступенями товщини з урахуванням значень висоти. Для встановлення компонентів фітомаси деревостанів відібрано і досліджено 437 зразків стовбурів із загалом 120 модельних дерев. Пробні площі закладено за діючими вимогами до пробних площ лісовпорядних (SOU 02.02-37-476: 2006), а оцінювання щільності компонентів фітомаси хвойних деревостанів здійснено за методикою проф. П. І. Лакиди (Lakyda, 2002; Lakyda, 2006; Lakyda, Bilous, Vasylyshyn, 2010).

Дослідні дані, отримані за результатом польових експериментальних робіт, опрацьовано в камеральних умовах з використанням прикладних програм Statistica 10 та MS Excel. Для розроблення нормативів оцінки компонентів надземної фітомаси окремих дерев з наступним використанням отриманих результатів для оцінювання фітомаси деревостанів використано значення щільності матеріалу в абсолютно сухому стані (Zadorozhnyy, 2015; Hrynyk, Zadorozhnyy, 2018).

Результати дослідження та їх обговорення

Значення показників фітомаси розраховано на основі щільності відповідних її фракцій в абсолютно сухому стані [т-га^-1]. Таксаційні ознаки, використані вхідні параметри моделі, визначено на основі кореляційного аналізу. Отримані математичні моделі мають вигляд:

• для типу лісорослинних умов С₃:

phm_dcm =-18,7346 + 7,7865D°-⁴⁷³⁵H⁰,⁶²⁴⁵П°-⁸³⁵⁵ , R² = 0,86;(1) phm_Kcm = -5,9875 + 3,7407D°-²⁶³²H°-⁴⁴³³П°-⁶⁷⁰⁹ , R² = 0,83; (2) phm_d2 = 0,3246 + 1,7667D°'⁴³⁸⁵H°-⁶⁶²²П°-⁸¹⁶⁶ , R² = 0,87; (3) phm_x. =-0,9846 + 1,1789D°-⁰³²¹H °-⁴³⁹⁹П °-⁹⁴⁵⁹ , R² = 0,81; (4) phm_xsoi = -4,0125 + 2,5519D⁰,¹⁵⁸²H⁰,⁶⁹¹⁶П⁰,⁸¹²⁵, R² = 0,84, (5)

• для типу лісорослинних умов D₃:

phm_{d ст} = -18,5647 + 7,4557D⁰,⁴⁶¹⁰H⁰,⁶⁶⁶⁴П⁰,⁸²²⁴ , R² = 0,88;(6) phm_{x т} = -2,5468 + 1,6023D°,³²²⁷H ⁰,⁵⁷⁴⁶П⁰,⁷⁶¹³, R² = 0,82; (7) phm_d,_г = 0,1212 + 1,4160D⁰,⁴⁴⁸⁸H⁰,⁶⁷⁶⁷П⁰,⁸¹⁷⁴ , R² = 0,89; (8) phm_{K г}. = -1,0288 + 1,1898D°,°²¹⁵H⁰,⁴⁴⁶⁶П⁰,⁹⁵⁴⁸ , R² = 0,80; (9) phm_xsoi = -3,5647 + 2,2488D⁰,¹⁵⁶⁹H⁰,⁶⁹⁰²П⁰,⁸¹¹⁷ , R² = 0,85, (10)

де: phm_{g ст}. - фітомаса деревини стовбурів ялинових деревостанів; phm_xст. - фітомаса кори стовбурів; phm_g ^ _- фітомаса гілок; phm_K._г. _к - фітомаса кори гілок; phm_xeoi - фітомаса хвої; D - середній діаметр стовбура, см; H - середня висота стовбура, м; П - відносна повнота.

Отримані високі значення показника регресії (0,800,91) для розроблених рівнянь свідчать про доцільність їхнього використання під час моделювання та оцінювання динаміки компонентів дерев надземної фітомаси ялинових деревостанів у досліджуваних типах лісу у відповідному діапазоні гіпсометричних висот. Використовуючи розроблені моделі залежності компонентів надземної фітомаси деревостанів ялини європейської від основних таксаційних показників деревостану: середніх значень висоти та діаметра стовбурів, а також відносної повноти, здійснено табулювання значень, результати якого наведено у табл. 1-12. Для коректного порівняння результатів досліджень використано модальні ялинові деревостани із відносною повнотою 0,7. Потрібно зазначити, що тенденції динаміки залежності досліджуваних компонентів від таксаційних показників деревостанів є подібними практично для усіх деревос- танів незалежно від значень їхніх відносних повнот.

За результатами аналізу протабульованих за рівняннями (1) та (6) значення надземної фітомаси деревини стовбурів ялинових деревостанів у досліджуваних ТЛУ (див. табл. 1 та 2) можна дійти висновку, що в умовах D₃ значення досліджуваного показника є вищими, порівняно із C₃.

За однакових чи близьких значень відносної повноти для обох досліджуваних ТЛУ встановлено, що динаміка залежності фітомаси деревини стовбурів є подібною і збільшується із збільшенням значень таксаційних показників деревостанів. У ТЛУ С₃ значення показника змінюються від 7,8-13,4 т-га^-1 за середньої висоти 4 м до 251-267 т-га^-1 за середньої висоти 34 м, тоді як у ТЛУ D3 збільшення відбувається за таких само значень середньої висоти від 8,0-13,4 до 270-286 т-га^-1. Також потрібно зазначити, що зі збільшенням значення висоти стовбура збільшується різниця у значеннях досліджуваного показника фітомаси у досліджуваних ТЛУ від 0,62,8 % за 4 м до 6,5-6,9 % за 34 м (різницю значень наведено у відсотках, які обчислено як частка різниця між значеннями фітомаси деревини стовбурів за однакових середніх значень висоти та діаметра деревостану до значення цього ж показника у ТЛУ D₃). Разом з тим, із збільшенням значення середнього діаметра за однієї і тієї ж висоти у різних типах лісорослинних умов різниця зменшується. Потрібно зазначити, що щільність деревини стовбурів вищою є в ТЛУ С₃ (Hrynyk, Zadorozhnyy, 2016b), але усереднене значення фітомаси деревини стовбура окремого дерева є вищою в ТЛУ D3, (Hrynyk, Zadorozhnyy, 2018).

Таку особливість можна пояснити відмінністю у збіжності стовбурів дерев ялини європейської у досліджуваних типах лісорослинних умов - в ТЛУ D3 формуються повнодеревніші стовбури, об'єм яких є більшим. Отже, незважаючи на те, що в ТЛУ C3 значення щільності деревини є вищим, за рахунок вищих значень середніх об'ємів за однакових значень діаметра та висоти стовбура як середнє значення фітомаси окремого стовбура, так і загальна фітомаса стовбурної частки деревостану є вищими в ТЛУ D3в абсолютно сухому стані (відносна повнота 0,7), т-га^-1

Табл. 2. Фітомаса деревини стовбурів деревостанів ялини європейської в ТЛУ Dз в абсолютно сухому стані (відносна повнота 0,7), т-га^-1

Табл. 3. Фітомаса кори стовбурів деревостанів ялини європейської в ТЛУ Cз в абсолютно сухому стані (відносна повнота 0,7), т-га^-1

Табл. 4. Фітомаса кори стовбурів деревостанів ялини європейської в ТЛУ D₃ в абсолютно сухому стані (відносна повнота 0,7), т-га^-1

Табл. 5. Фітомаса деревини гілок деревостанів ялини європейської в ТЛУ С₃ в абсолютно сухому стані (відносна повнота 0,7), т-га^-1

Табл. 6. Фітомаса деревини гілок деревостанів ялини європейської в ТЛУ Dз в абсолютно сухому стані (відносна повнота 0,7), т-га^-1

Табл. 7. Фітомаса кори гілок деревостанів ялини європейської в ТЛУ С₃ в абсолютно сухому стані (відносна повнота 0,7), т-га^-1

Табл. 8. Фітомаса кори гілок деревостанів ялини європейської в ТЛУ Dз в абсолютно сухому стані (відносна повнота 0,7), т-га^-1

Табл. 9. Фітомаса хвої деревостанів ялини європейської в ТЛУ С₃ в абсолютно сухому стані (відносна повнота 0,7), т-га^-1

Для моделювання динаміки залежності фітомаси деревини гілок у досліджуваних типах лісорослинних умов від середніх значень висоти та діаметра ялинових деревостанів використано регресійні рівняння (3) та (8), а протабульовані значення цих функцій наведено у табл. 5 та 6 відповідно. Встановлено, що зі збільшенням середнього значення висоти та діаметра стовбура значення фітомаси деревини гілок також збільшується. Зважаючи на достатньо високі значення коефіцієнта детермінації (0,87 та 0,89 відповідно), можна дійти висновку, що запропоновані рівняння адекватно описують залежність значень досліджуваного показника із значеннями таксаційних показників деревостанів. Для ТЛУ С₃ за висоти стовбура 4 м значення фітомаси деревини гілок змінюється в межах 6,4-7,6 т-га^-1, а за висоти 34 м - 62,7-66,0 т-га^-1, для ТЛУ D₃ - 5,1-6,1 та 52,7

55,6 т-га^-1 відповідно. Порівнюючи значення фітомаси за однакових значень таксаційних показників в різних типах лісорослинних умов, встановлено, що вищі значення притаманні для ТЛУ С₃, порівняно із D₃. Зі збільшенням середніх значень висоти і діаметра стовбура різниця між значеннями фітомаси деревини гілок зменшується - від 19,8-20,5 % за висоти 4 м до 15,8-15,9 % за висоти 34 м.

Моделювання залежності фітомаси кори гілок ялинових деревостанів від їхніх таксаційних показників здійснено за допомогою рівнянь (4) та (9), а результати табулювання для відносної повноти 0,7 наведено у табл. 7 та 8. Встановлено, що значення фітомаси кори гілок загалом повторюють тенденцію, характерну для фітомаси деревини гілок - збільшуються із збільшенням середніх значень висоти та діаметра стовбурів за однакових значень відносної повноти. Значення цього показника для ТЛУ С₃ зростає від 0,63-0,66 т-га^-1 за висоти до 3,45-3,47 т-га^-1 за висоти 34 м, а для ТЛУ D₃ - від 0,59-0,60 т-га^-1 до 3,37-3,39 т-га^-1. Так само, як і для залежності фітомаси деревини гілок, значення фітомаси кори гілок вищі в ТЛУ С₃, порівняно із D₃, але різниця є значно меншою: вона зменшується від 6,9-7,7 % за висоти 4 м до 2,2-2,4 % за висоти 34 м.

Табл. 10. Фітомаса хвої деревостанів ялини європейської в ТЛУ Dз

Табл. 11. Загальна надземна фітомаса деревостанів ялини європейської в ТЛУ С₃ в абсолютно сухому стані (відносна повнота 0,7), т-га^-1

Зважаючи на значення показників детермінації (0,84-0,85), можна стверджувати, що модельовані за допомогою рівнянь (5) та (10) значення фітомаси хвої де- ревостанів ялини європейської в ТЛУ С₃ та D₃ доволі близькі до фактичних. Отримані за результатами табулювання рівнянь функцій залежності фітомаси хвої досліджуваних деревостанів наведено у табл. 9 та 10 для ТЛУ С₃ та D₃ відповідно. Як і для решти досліджуваних компонентів надземної фітомаси деревостанів ялинових деревостанів для фітомаси хвої прослідковується збільшення значень показника зі збільшенням значень середніх висоти та діаметра деревостанів.

Значення фітомаси хвої для ялинових деревостанів в ТЛУ С₃ зростають від 2,19-2,60 т-га^-1 за середньої висоти 4 м до 33,86-34,57 т-га^-1 за середньої висоти 34 м та в ТЛУ D₃ за аналогічних значень висоти від 1,88-2,24 до 29,50-30,11 т-га^-1. Аналізуючи різницю значень у різних типах лісорослинних умов встановлено, що частка різниці або неістотно зменшується зі збільшенням значення середнього діаметра в межах ступені висоти, або практично є постійною.

Також встановлено, що із збільшенням значення середньої висоти деревостану частка різниці зменшується. Значення частки різниці зменшується від 13,9 -14% за висоти 4 м до 12,9-13,0 % за висоти 10 м, далі від висоти 8 м до 34 м практично є стабільним і змінюється в межах 12,85-12,93 %. Отже, можна стверджувати, що більша відмінність між значеннями фітомаси хвої ялинових деревостанів спостерігається у молодня- ках. Зі збільшенням віку ця різниця зменшується і впродовж росту та розвитку деревостанів у різних типах лі- сорослинних умов частка різниці змінюється не істотно. Поясненням цьому можуть бути розподіли часток чи кількості дерев за ступенями діаметрів чи висоти - будова близька до нормальної з незначним зміщенням піку розподілів вправо від центральних ступенів. Ялина європейська характеризується як відносно світлолюбна чи світлолюбна порода, для якої характерним є формування розподілів за ступенями висоти та діаметра стовбура близькі до нормального. Як наслідок, для ялинових деревостанів у досліджуваних типах лісорослинних умов спостерігаються аналогічні тенденції у формуванні розподілів за такими морфолого-таксаційними показниками, як діаметр та протяжність крони.

Значення загальної надземної фітомаси деревостанів ялини європейської обчислено як сумарне значення її окремих компонентів, а результати унаочнено у табл. 11 та 12 для обох досліджуваних типів лісорос- линних умов. Значення загальної фітомаси у досліджуваних типах лісорослинних умов зростає зі збільшенням значень середньої висоти та діаметра стовбура в межах визначених відносних повнот. Потрібно зазначити, що частка різниці між досліджуваними деревостанами у різних типах лісорослинних умов з віком істотно зменшується. У межах середніх висот 4-8 м частка різниці зменшується від 8,5 до 5,1 %, 10-14 м - від 4,3 до 3,1%, 16-20 м - від 2,6 до 1,7 %, від 22-24 м - від 1,4 до 1,1%, 26-30 м - від 0,8 до 0,2 %. Фактично для цих середніх висот ялинників вищі значення загальної фітомаси характерні для деревостанів в ТЛУ С₃, порівняно із Dз. Для деревостанів із середньою висотою від 34 м прослідковується неістотне збільшення значень загальної фітомаси в ТЛУ Dз. Зі збільшенням середнього діаметра в межах однієї ступені висоти простежується збільшення значення загальної фітомаси. Для ялинників в ТЛУ С₃ збільшення цього показника відбувається від 18,8-26,9 т-га^-1 за висоти 4 м до 380-401 т-га^-1 за висоти 34 м, а в ТЛУ Dз - від 17,2-24,6 до 381-402 т-га^-1 відповідно.

Висновки

Отримані результати опрацювання результатів регресійного аналізу дослідження залежностей компонентів надземної стовбурової фітомаси деревостанів з домінуванням ялини європейської та значення отриманих коефіцієнтів детермінації дали змогу встановити, що найбільш інформативними та придатними для використання є моделі залежностей досліджуваних компонентів фітомаси від середніх значень висоти та діаметра досліджуваних деревостанів, а також від їхньої відносної повноти. Результати апроксимації для відповідних значень середніх висот та діаметрів дере- востанів у межах визначених відносних повнот для досліджуваних типів лісорослинних умов мають біолого- екологічне та лісівниче пояснення, яке грунтується на відповідних залежностях значень компонентів надземної фітомаси деревостанів від їхніх середніх таксаційних показників, а розроблені таблиці за рівнем точності та достовірності можуть бути рекомендовані для практичного використання в гірських ялинових деревостанах Українських Карпат.

Перелік використаних джерел

1. Barrios, A., Trincado, G., & Watt, M. S. (2017). Wood Properties of Juvenile and Mature Wood of Pinus radiata D. Don Trees Growing on Contrasting Sites in Chile. Forest Science, 63(2), 184-191. https://doi.org/10.5849/forsci.2016-060

2. Carson, S. D., Cown, D. J., McKinley, R. B., & Moore, J. R. (2014). Effects of site, silviculture and seedlot on wood density and estimated wood stiffness in radiata pine at mid-rotation. New Zealand Journal of Forestry Science,44,26-48.https://doi.org/10.1186/s40490-014-0026-3

3. Gerendiain, A. Z., Peltola, H., Pulkkinen, P., Jaatinen, R., Pappinen, A., & Kellomaki, S. (2007). Differences in growth and wood property traits in cloned Norway spruce (Picea abies). Canadian Journal of ForestResearch,37(12),2600-2611.https://doi.org/10.1139/X07-113

4. Gillespie, A. J. (1989). Linear regression models for biomass table construction using cluster samples. Canadian Journal of Forest Research, 19(5), 664-673.

5. Harmon, N. E., et al. (1986). Ecology of Coarse Woody Debris in Temperate Ecosystems. Abvance in Ecological Research, 15, 133302. https://doi.org/10.1016/S0065-2504(08)60121 -

6. X Hrynyk, H. H., & Zadorozhnyy, A. I. (2018). Some Models of Dynamics of Above-Ground Phytomass of Spruce Trees Depending on Their Assessment Indices in the Prevailing Forest Types of Po- lonynsky Range of the Ukrainian Carpathians. Scientific Bulletin of UN- FU, 28(2), 9-19. https://doi.org/10.15421/40280201. [In Ukrainian]. Lakyda, P. I. (2002). Fitomasa lisiv Ukrainy. Ternopil: Zbruch, 256 p. [In Ukrainian].

7. Lakyda, P. I., Vasylyshyn, R. D., Lashchenko, A. H., & Terentiev, A. Yu. (2011). Normatyvna otsinka komponentiv nadzemnoi fto- masy derev holovnykh lisotvirnykh porid Ukrainy. Kyiv: Publishing House "Eko-inform", 192 p. [In Ukrainian].

8. Maclaren, J. P., Grace, J. C., Kimberley, M. O., Knowles, R. L., & West, G. G. (1995). Height growth of P. radiata as affected by stocking. New Zealand Journal of Forestry Science, 25(1), 73-90.

9. Shvidenko, A. Z. (1981). O modelirovanii normativov dinamiki proizvo- ditelnosti gornykh drevostoev. Lesnoi zhurnal, 3, 40-42. [In Russian].

10. Sopushynskyy, I., Kharyton, I., Teischinger, A., Mayevskyy, V., & Hrynyk, H. (2016). Wood density and annual growth variability of Picea abies (L.) Karst. growing in the Ukrainian Carpathians. Eur. J. Wood Prod., 75(3), 419-428. https://doi.org/10.1007/s00107- 016-1079-1SOU02.02-37-476: 2006.

11. Areas of trial forest inventory. Method of laying. Kyiv: Ministry of Agrarian Policy of Ukraine. [In Ukrainian].

12. Sutton, W. R., & Harris, J. M. (1973). Effects of heavy thinning on wood density in radiata pine. New Zealand Journal of Forestry Science, 4, 112-115.

13. Svalov, N. N. (1979). Modelirovanie proizvoditelnosti drevostoev i te- oriia lesopolzovaniia. Moscow: Lesnaia promyshlennost, 216 p. [In Russian].

14. Utkin, A. I., & Vomperskii, S. E. (1988). Analiz produktcionnoi struk- tury drevostoev. Moscow: Science, 240 p. [In Russian].

15. Watt, M. S., Moore, J. R., Facon, J. P., Downes, G. M., Clinton, P. W., Coker, G., Davis, M. R., Simcock, R., Parfitt, R. L., Dando, J., Mason, E. G., & Bown, H. E. (2006). Modelling the influence of stand structural, edaphic and climatic influences on juvenile P. radiata dynamic modulus of elasticity. Forest Ecology and Management229,136-144.https://doi.org/10.1016/iforeco.2006.03.Q16

16. Zadorozhnyy, A. I,, & Hrynyk, H. H. (2016b). Features of Basic Wood Density Dynamics for Stem Wood Of European Spruce in Prevailing Forest Site Types on the Territory of Poloninskyy Ridge (Ukrainian Carpathians). Forestry and Forest Melioration, 129, 2731. [In Ukrainian].

17. Zadorozhnyy, A. I. (2015). The Dynamics of Phytomass Density of Beech Tree Trunks Depending Upon Site Conditions within Po- lonynsky Range of the Ukrainian Carpathians. Scientific Bulletin of UNFU, 25(10), 125-134. https://doi.org/10.15421/40251019. [In Ukrainian].

18. Zadorozhnyy, A. I., & Hrynyk, H. H. (2016a). Dynamics of Phytomass Density of Spruces Trees Stem Depending from Types Site Conditions in Limits of Polonynskyy Range of Ukrainian Carpathians. Scientific Bulletin of UNFU,26(4),32-39.https://doi.org/10.15421/40260405. [In Ukrainian].

19. Zoric, B. (2008). Modelling the influence of stocking on longitudinal and radial variation in wood properties of Pinus radiata on a warm Northland site. A thesis for the Degree of Masters of Forestry Science by The New Zealand School of Forestry University of Canterbury.

Размещено на Allbest.ru