Региональное ранжирование базисной плотности запаса стволовой древесины у хвойных древесных видов Евразии
Региональное ранжирование базисной плотности запаса стволовой древесины у хвойных древесных видов Евразии
Аннотация
В исследованиях углеродного цикла и экологии растений полезным показателем является базисная плотность древесины (БП) (basic density) как отношение массы в абсолютно сухом состоянии (при влажности 0%) к «зеленому» объему (объему древесины в состоянии насыщения водой). Данные о БП древесины большинства видов в пределах региона часто недоступны, и используются средние значения на уровне родов или семейств. Однако может наблюдаться значительная филогенетическая и географическая изменчивость БП, и использование ее средних значений на уровне рода возможно лишь при отсутствии региональных данных. Практически все опубликованные данные содержат информацию о БП собственно древесины, без учета коры. Если необходимо рассчитать биомассу стволов в коре по имеющимся данным объемов на основе БП, различающейся для древесины и коры, то получить искомый результат с достаточной точностью невозможно, поскольку в каждом конкретном случае неизвестно соотношение древесины и коры, а оно различается существенно. Наличие огромных массивов данных о запасах стволовой древесины, накопленных традиционной лесной таксацией, дает возможность оценивать абсолютно сухую биомассу стволов в коре на больших площадях, используя известные значения БП стволов. Цель наших исследований состояла в анализе региональных особенностей БП стволов в коре у хвойных древесных видов Евразии. Используя авторскую базу данных о квалиметрии деревьев лесообразующих видов Евразии, сформирована выборка 3220 деревьев пяти хвойных древесных родов (подродов) Евразии. Применена структура модели смешанного типа, включающая в себя численные (возраст и диаметр ствола) и фиктивные переменные, кодирующие географические регионы. Выполнены два ранжирования по величине БП стволов в коре, а именно, ранжирование регионов в пределах рода (для 5-хвойных сосен – в пределах подрода) и видоспецифичное ранжирование, согласно которому максимальным значением характеризуется ель восточная и минимальным – ель аянская. Полученные модели и ранжирования видов по величине БП стволов в коре могут быть использованы при расчетах углеродного пула в хвойных древостоях по данным инвентаризации лесов.
1. Введение
Углерод депонирующая способность лесов имеет важное значение при оценке их роли в стабилизации климата. Поскольку основная масса углерода депонируется в стволах деревьев, точная оценка их биомассы и углерода имеет превалирующее значение. При этом важную роль играет базисная плотность (БП) как отношение абсолютно сухой массы ствола к его объему в свежем состоянии. БП стволовой древесины является одним из основных источников варьирования при оценках биомассы, в расчетах темпов связывания углерода и тесно коррелирует с ключевыми аспектами физиологических характеристик дерева , .
Во всех современных исследованиях оценивалась БП собственно древесины, без учета коры , , , за исключением лишь одной работы . В литературных источниках показатели БП древесины и коры анализируются отдельно, причем они различаются существенно , , . Однако современные таксационные нормативы часто оценивают объемы ствола и запасы стволовой древесины вместе с корой. Если необходимо рассчитать биомассу стволов в коре по имеющимся данным объемов на основе БП, различающейся для древесины и коры, то получить искомый результат с достаточной точностью невозможно, поскольку в каждом конкретном случае неизвестно соотношение древесины и коры. Между тем доля коры в массе ствола может варьировать от 9 до 53% . Наличие огромных массивов данных о запасах стволовой древесины в коре, накопленных традиционной лесной таксацией, дает возможность оценивать абсолютно сухую биомассу стволов в коре на больших площадях, используя известные значения БП стволов на уровне древостоя.
Насколько нам известно, исследования БП стволов в коре для различных древесных видов Евразии в литературе отсутствуют.
Целью настоящей работы был анализ региональных особенностей БП запаса стволовой древесины в коре у хвойных древесных видов Евразии.
Для ее реализации были поставлены задачи:
– разработать регрессионные модели смешанного типа для БП запаса стволовой древесины в коре, специфичные по регионам и древесным видам;
– выполнить ранжирование древесных видов Евразии по величине БП стволовых запасов по регионам и древесным видам.
2. Объекты и методы исследований
Источником исходных материалов для регрессионного моделирования послужила база данных о биомассе и первичной продукции лесов Евразии . Сформирована выборка из 4593 древостоев пяти хвойных древесных родов (подродов). Для обеспечения сопоставимости регионов и древесных видов при их ранжировании по величине БП мы применили структуру модели смешанного типа , включающую в себя численные (возраст и число стволов на 1 га) и фиктивные переменные, кодирующие выделенные регионы. Тем самым сопоставление выполняется для древостоев, одинаковых по густоте и возрасту. В отличие от остальных четырех родов, в группу пихт мы включили не только виды рода Abies Mill. но также пихту Дугласову (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco) и пихту китайскую (Cunninghamia lanceolatа (Lamb.) Hook.) .
В итоге мы приняли следующую структуру регрессионной модели:
где BD – базисная плотность (БП) ствола в коре, кг/м3; А – возраст древостоя, лет; N – число стволов на га, тыс. экз.; ΣaiXi – блок фиктивных переменных в количестве (i+1); a0 – свободный член уравнения, скорректированный на логарифмическое преобразование данных.
Мы не делим исходные данные в пределах региона по происхождению древостоев, поскольку естественные древостои и культуры различаются густотой, а она включена в модель (1) в качестве независимой переменной.
3. Результаты и их обсуждение
Результаты расчета моделей (1) показали их высокую адекватность, и все регрессионные коэффициенты значимы на уровне t95 = 1,96. О степени адекватности моделей (1) и отсутствии корреляции остатков можно судить по соотношению эмпирических и расчетных значений БП (см. рисунок 1).
Рисунок 1 - Соотношение расчетных и фактических значений БП согласно модели (1):
а – Pinus; б – Larix; в – Picea; г – Abies; д – Haploxylon
Рисунок 2 - Ранжирование принятых регионов по величине БП стволов в коре в убывающей последовательности для 5 хвойных родов (подродов):
а – Pinus; б – Larix; в – Picea; г – Abies; д – Haploxylon
При анализе рисунка 2 можно видеть, что у двухвойных сосен ряд ранжирования БП начинается с сосны Сосновского на Кавказе (612 кг/м3) и заканчивается сосной обыкновенной на востоке Русской равнины (418 кг/м3). У лиственниц последовательность ранжирования начинается с лиственницы Чекановского в Восточной Сибири (608 кг/м3), и заканчивается лиственницей Кемпфера на Японских островах (391 кг/м3). У елей ряд начинается с ели восточной на Кавказе (723 кг/м3) и заканчивается елью аянской в Китае (340 кг/м3). У пихт ряд начинается с пихты сибирской в Восточной Сибири (468 кг/м3) и заканчивается пихтой сибирской на востоке Русской равнины (342 кг/м3). Ряд 5-хвойных сосен начинается и заканчивается кедром корейским, соответственно БП равна 505 кг/м3 в российском Приморье и 312 кг/м3 в Китае.
Выделенные регионы территориально заполнены фактическими данными неравномерно, и представленные ранжирования (рисунок 2) характеризуются множеством «белых пятен». Для заполнения этих «белых пятен» при оценках биомассы стволов в коре на соответствующих пробных площадях мы приводим ранжирование средних видоспецифичных значений БП, когда данные всех регионов объединены в пределах вида (см. рисунок 3).
Рисунок 3 - Диаграмма распределения 39 лесообразующих видов Евразии по величине БП стволов в коре:
1 – Picea orientalis (L.) Link; 2 – Pinus sosnowskyi Nakai; 3 – Larix czekanovskii Szafer; 4 – Larix sukaczewii Dylis; 5 – Larix cajanderi Mayr; 6 – Picea purpurea Mast.; 7 – Larix olgensis A.Henry; 8 – Pinus thunbergii Parl.; 9 – Larix komarovii Kolesn.; 10 – Larix Principis-Rupprechtii Mayr,; 11 – Larix gmelinii (Rupr.) Kuzen.; 12 – Larix decidua Mill.; 13 – Larix sibirica Ledeb.; 14 – Pinus pumila (Pall.) Regel; 15 – Picea koraiensis Nakai; 16 – Pinus tabuliformis Carr.; 17 – Pinus koraiensis Siebold & Zucc.; 18 – Abies nordmanniana (Steven) Spach; 19 – Pinus pallasiana Lamb.; 20 – Picea ajanensis Fisch. & Carrière; 21 – Pinus sylvestris L.; 22 – Abies nephrolepis (Trautv. ex Maxim.) Maxim.; 23 – Pinus densiflora S.&Z.; 24 – Pinus nigra J.F.Arnold; 25 – Pinus massoniana Lamb.; 26 – Larix kaempferi (Lamb.) Carrière; 27 – Picea schrenkiana Fisch. & C.A.Mey; 28 – Picea obovatа Ledeb.; 29 – Picea sitchensis (Bong.) Carr.; 30 – Picea abies (L.) H. Karst.; 31 – Abies alba Mill.; 32 – Abies veitchii Lindl.; 33 – Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco; 34 – Pinus sibirica Du Tour; 35 – Abies sachalinensis (F.Schmidt) Mast.; 36 – Pinus taiwanensis Hayata; 37 – Abies sibirica Ledeb.; 38 – Cunninghamia lanceolatа (Lamb.) Hook.; 39 – Picea jezoensis Siebold & Zucc
4. Заключение
На основе разработанных регрессионных моделей смешанного типа для базисной плотности запаса стволовой древесины в коре пяти хвойных родов выполнены два ранжирования по величине базисной плотности стволов в коре, а именно, ранжирование регионов в пределах рода (для 5-хвойных сосен – в пределах подрода) и видоспецифичное ранжирование, согласно которому максимальным значением характеризуется ель восточная и минимальным – ель аянская.
Полученные модели и ранжирования видов по величине базисной плотности запаса стволовой древесины в коре могут быть использованы при расчетах углеродного пула в хвойных древостоях по данным инвентаризации лесов.