На правах рукописи

Игошин Виктор Николаевич

СТРОЕНИЕ И РОСТ КОЛОЧНЫХ ЛЕСОВ БАРАБИНСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ

06.03.02 - Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Красноярск - 200 9

Работа выполнена на кафедре лесной таксации, лесоустройства и геодезии ГОУ ВПО Сибирский государственный технологический университет, г. Красноярск

Научный Руководитель: доктор биологических наук, профессор

Валерий Васильевич Кузьмичёв

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Владимир Алексеевич Соколов

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Иван Иванович Красиков

Ведущая организация: ГОУ ВПО Уральский государственный

есотехнический университет

Защита состоится л17 декабря 2009г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 212.253.03 в Сибирском государственном технологическом университете по адресу: 660049, г. Красноярск, просп. Мира, 82.

Факс: (391)266-03-90; E-mail: forester24@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Сибирский государственный технологический университет. Автореферат размещен на сайте www.sibstu.kts.ru

Автореферат разослан л13 ноября 2009г.

Ученый секретарь

диссертационного совета О.А. Барабанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Лесостепь обеспечивает оптимальные условия для проживания человека и с давних пор относится к наиболее заселенным территориям. В то же время нерациональное землепользование приводит к снижению плодородия почв, вследствие развития дефляции и эрозионных процессов, и заметному обеднению естественных ресурсов. В результате перед человеком поставлена проблема исчезновения не только уникальной биологической системы, но и утраты созданных ею черноземов как лучшего земельного ресурса биосферы (Банникова, 1998).

В Барабинской лесостепи, где леса растут в виде небольших рощиц - колков, расширение площади пахотных угодий в период освоения целины, сопровождавшееся сведением части лесов, вызвало ряд негативных последствий. Наблюдающееся развитие аридизации климата приводит к остепнению, и даже - к опустыниванию земель (Дитц, Шеметова, 2004). Поэтому необходима разработка мероприятий по оптимизации природопользования на юге Западной Сибири с выделением экологического каркаса территории, основой которого должна являться лесная растительность (Стоящева, 2007). В связи с этим представляется настоятельно необходимым изучение состояния колочных лесов, истории их изменений, особенностей роста и продуктивности.

Цель и задачи исследования. Целью данной работы является изучение строения и роста колочных лесов Барабинской лесостепи.

В процессе ее выполнения решались следующие задачи:

- Анализ связи объёмов стволов с основными таксационными признаками деревьев и построение объемных таблиц.

- Изучение строения древостоев по толщине и связи высот и диаметров

- Построение таблиц хода роста березняков и осинников.

- Оценка биологической продуктивности колочных лесов.

Научная новизна.

- Выявлено, что стволы березы на изучаемой территории менее полнодревесны, чем в таежных районах, и имеют больший процент объёма коры.

- Строение березняков отличается высокой изменчивостью, вследствие антропогенной нарушенности, но значительная часть рядов распределения числа стволов по толщине адекватно описывается функцией Вейбулла.

- Установлено, что условия роста колочных лесов Барабинской лесостепи динамичны, и постепенно изменяются в лучшую сторону (запас и фитомасса древостоев существенно увеличились)

- Предложен новый подход к изучению динамики таксационных показателей колочных лесов, основанный на учете времени возникновения древостоев

- Текущий прирост по запасу в колочных березняках в среднем на 15% меньше, чем во всеобщих таблицах текущего прироста березовых насаждений (Швиденко и др., 2006).

Защищаемые положения.

- Установленные множественные взаимосвязи объёмов стволов берёзы и осины с площадью сечения на высоте груди и объемом видового цилиндра применимы для определения запаса древостоев.

- Средний диаметр и его среднеквадратическое отклонение позволяют предсказывать с приемлемой точностью распределения числа стволов по диаметрам, а средние высота и диаметр древостоя - значения высот по ступеням толщины.

- В колочных лесах Барабинской лесостепи за последнее столетие произошло увеличение продуктивности насаждений. Если сравнить среднюю высоту древостоев в 50 лет, то в 1897 г. она была равна 15 м, а в 2006 г. - 21 м.

- При подборе естественного ряда древостоев для изучения хода роста требуется учитывать время их возникновения.

- За период наблюдений с 1897 по 2006 год в березняках со средним возрастом 50 лет общая надземная фитомасса увеличилась в 2,5 раза, что подтверждает сделанное ранее предположение об улучшении условий роста колочных древостоев на территории Барабинской лесостепи.

Практическая значимость работы.

- Получены уравнения связи объёмов стволов березы и осины от их высоты и площади сечения на высоте груди, что дает возможность определять их без деления древостоев по разрядам высот.

- Установлена связь параметров функции Вейбулла с таксационными показателями древостоев, что позволяет аппроксимировать распределения числа стволов по ступеням толщины.

- Получено прогнозное уравнение, позволяющее строить зависимости средних высот от диаметров по ступеням толщины для всех сочетаний средних диаметров и высот в древостоях разного возраста и полноты.

- Составлены таблицы хода роста для березовых и осиновых древостоев, и проанализированы их сходство и различие с таблицами других авторов

- Разработаны таблицы текущего прироста березняков Барабинской лесостепи

ичный вклад автора. Автором обработаны материалы объёмом в 240 пробных площадей, в том числе лично заложена 21 пробная площадь. Составлены электронные базы данных на основе систематизации собранных материалов и выбраны наиболее рациональные методы их обработки.

Апробация работы. По теме диссертации было опубликовано 6 статей, в том числе одна - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Основные результаты и положения диссертации были представлены и обсуждались на международных и всероссийских научно-практических конференциях: 3-й международный интернет-семинар (Томск, 2007); "Лес-2008" - IX Международная научно-техническая конференция (Брянск, 2008).

Обоснованность и достоверность материалов исследований. Достоверность полученных результатов определяется следующими положениями:

- объём модельных деревьев определялся по секциям;

- средние показатели древостоев получены по данным непосредственных обмеров пробных площадей за период 110 лет;

- охвачена вся изучаемая территория;

- использованы статистические методы обработки материалов, включающие корреляционный и регрессионный анализ.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 157 страницах, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (из 185 наименований), иллюстрирована 53 рисунками, содержит 18 таблиц.

ГЛАВА 1 ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

В главе приведены границы района исследований, проанализированы природные условия, а также представлена характеристика лесного фонда

В административном отношении Барабинская низменность находится на территории Новосибирской и Омской областей. Площадь ее - около 117 тыс. кв. км. Слегка всхолмленная равнина с повышениями (лгривами), чередующимися с лощинами. Географически занимая междуречье Оби и Иртыша в среднем их течении, Бараба представляет собой центральную часть Западно-Сибирской низменности, простирающейся от Уральского хребта до р. Енисея. Северная ее граница - Васюганское плато, южная же граница проводится условно примерно по широте южного берега озера Чаны, где она совпадает с геоморфологической границей Кулундинской впадины.

есостепной ландшафт Барабы отличается благоприятным сочетанием богатейших лугов, колочных и парковых лесов с пышным травяным покровом и обилием пресных озер (в том числе наиболее крупное - Чаны). Средняя температура января - минус 19-20, июля - плюс 17-18, количество осадков колеблется от 275 до 400 мм в год. Основные типы растительности: березовые рощицы (колки), луговая степь, сфагновые болота. Почвы большей частью черноземные.

Основной чертой лесного фонда изучаемой территории является то, что на долю хвойных насаждений приходится всего 6% покрытых лесом земель, а оставшиеся 94% занимают древостои мягколиственных пород (береза и осина). Распределение по группам возраста в лиственных лесах также неравномерно. Основная их доля приходится на средневозрастную (65%) группу возраста. Приспевающие, спелые и перестойные представлены практически в равных долях - 14% и 16% соответственно. Оставшиеся 5% земель, занятых мягколиственными породами, приходится на молодняки.

ГЛАВА 2 Аналитический обзор методов изучения закономерностей строения и роста древостоев

Анализируются работы отечественных и зарубежных исследователей, посвященные изучению строения и роста древостоев (Тюрин, 1931; Третьяков, Горский, Шульц, 1940; Анучин, 1959; Горский, 1962; Тамаркин, 1964; Саликов, 1976; Никольский, 1970; Третьяков, Горский, Самойлович, 1952, 1965; Захаров, 1965; Филиппов, Пирогов, Бокова, 1989; Загреев, Швиденко, 1988; Козловский, 1955, 1967; Лебков, 1965; Warren, 1979; Bruchwald, 1994; Assmann, 1961 и др.). Общие вопросы по методам изучения закономерностей строения и роста древостоев представлены очень широко и разнообразно, а вот трудов, посвященных колочным лесам, недостаточно. К тому же, время проведения основной массы исследований колков Барабы приурочено к 1950-60 гг., что также свидетельствует об актуальности нашей работы.

В процессе работы был собран значительный объём материалов обмеров пробных площадей с общей амплитудой времени проведения на них работ, равной 110 годам. В частности: 29 проб 1897 года, заложенные Н.А. Грибановым в Подгородном лесничестве Омской области; 31 проба 1925 года - Б.Н. Тихомировым и И.А. Тищенковым; 38 ПП 1960-61 года - В.В. Кузьмичевым в Подгородном и Омском лесхозах Омской области (при этом на 6 ПП были повторные обмеры); 74 ПП 1964-1978, 27 ПП 2006 и 34 выдела уточненной таксации (ВУТ) 2005-2006 гг. - таксаторами Новосибирского лесоустроительного предприятия; 21 ПП 2006 года - нами в Краснозерском и Карасукском лесхозах Новосибирской области. Последние были заложены в насаждениях с долей участия березы в составе не менее 8 единиц в возрасте от 30 до 100 лет. Полевые работы в последние годы проводились согласно ОСТ 56-69-83 Площади пробные лесоустроительные. Метод закладки (Загреев и др., 1992).

ГЛАВА 3 Определение объёма деревьев и запаса древостоев

Исследования были начаты с поиска имеющихся нормативов (таблиц объёмов стволов) для колочных лесов. Они были найдены только в трех работах: В.Я. Полякова (1929), Н.В. Третьякова с соавторами (1940) и А.В. Прокудина (1986).

По завершении процесса поиска и устранения случайных ошибок в данных обмеров модельных деревьев, пригодными к дальнейшему использованию в расчетах признаны 1003 дерева берёзы и 291 - осины. Парные связи основных таксационных показателей этих экземпляров соответствуют базовым статистическим требованиям.

При проведении регрессионного анализа стала очевидной неоднородность (гетероскедастичность) данных, в то время как одной из предпосылок успешного применения процедуры расчета МНК является условие гомоскедастичности. Поэтому было принято решение, использовать взвешенный метод наименьших квадратов (ВМНК). В этом случае результаты, полученные ВМНК, совпадают с оценками метода максимального правдоподобия (Свалов, Дзебисашвили, 1981).

После выбора метода проводился поиск наиболее адекватного уравнения связи объёма ствола с его таксационными показателями. Во второй главе в качестве примера приведено 16 таких зависимостей. Их анализ показывает, что в основе большинства из них лежат две основных характеристики дерева - высота и диаметр на высоте груди. А как дополнительные переменные включены различного рода их преобразования и комбинации. Таким образом, на начальном этапе анализа был сформирован следующий список независимых переменных: A, H, D, G, AH, AD, DH, D/H, GH, G/H, а так же логарифмы этих величин. Используя ВМНК, определили параметры, оказывающие наибольшее влияние на объём ствола. В результате уравнение объёма стволов приняло вид:

(1)

где, V - объём ствола, м3;

G - площадь сечения на высоте груди, м2;

H - высота дерева, м,

a, b - постоянные коэффициенты.

Полученная зависимость характеризуется высокой точностью описания исходных данных: уточненный коэффициент детерминации равен 0,989; стандартная ошибка уравнения - 10-5. Значения параметров уравнения приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Параметры уравнения объёмов стволов березы

На рисунке 1 представлен график остатков. Как можно заметить, отклонения не превышают 25% и располагаются симметрично относительно оси абсцисс.

Описанная выше методика определения объёма стволов березы в колочных лесах была применена к осинникам. Использовано уравнение (1). Коэффициент детерминации полученной зависимости очень высок (0,993), а стандартная ошибка равна 10-5. Коэффициенты уравнения и показатели их точности приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Параметры уравнения объёмов стволов осины