Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,006

PHYTOMASS OF ALIVE GROUND COVER IN PINE FORESTS OF GREEN SPACE OF YEKATERINBURG

Trofimova I.L. 1 Shevelina I.V. 1 Nagimov Z.Ya. 1 Alieva T.M. 1
1 Ural State Forest Engineering University
The results of research of alive ground cover on 16 permanent sample plots established in pine forests of green space of Yekaterinburg are presented in the article. The quantitative data were obtained on phytomass and projec-tive covering of this component in 4 types of pine forests. Close relationship of the mass of alive ground cover in fresh and absolutely dry conditions with its projective covering within the exact type of forest were discovered and the equations describing this relationship were developed. The equation of multiple regression is obtained that adequately describes the dependence of phytomass of alive ground cover with projective covering and elevation above sea level. It was found that phytomass of alive ground cover regularly decreases with increasing elevation of site above sea level. In fixed elevation above sea level it is regularly increasing with rise of projective covering. The data table on phytomass changes of alive ground cover in absolutely dry conditions depending on its projec-tive covering and elevation above sea level is developed for the practical use.
determination coefficient.
equation
sample area
assessment
pine forests
standard
altitude above sea level
projective covering
phytomass of the ground cover
alive ground cover

Введение

В последние годы согласно решениям Киотского протокола многие страны, в том числе и Россия, приступили к реализации программ по связыванию и консервации углерода в его глобальном круговороте. Признается важность региональных оценок запасов углерода с использованием экспериментальных данных по фитомассе насаждений [4, 6]. При оценке фитомассы насаждений основное влияние уделяется древостою как основному его компоненту [4, 7-9]. Нижние яруса растительности изучены крайне слабо. Между тем продукционная деятельность насаждения в полном объеме может быть определена при исследовании всех его компонентов.

Цель исследования

Данные по общей фитомассе насаждений имеют важное значение также при решении проблем, определенных международной конвенцией по биологическому разнообразию. В сосняках Среднего Урала подобные исследования проводились не в достаточном объеме. Одной из составляющих частей лесной экосистемы, оказывающей существенное влияние на течение биоценотических и сукцессионных процессов и играющей большую роль в процессах обмена веществ и энергии, является живой напочвенный покров [1, 2]. В этой связи нами проведена оценка фитомассы живого напочвенного покрова в различных лесорастительных условиях.

Материал и методы исследования

Наша работа выполнялась на территории Уральского учебно-опытного лесхоза, который согласно лесорастительному районированию Б.П. Колесникова расположен в Зауральской холмисто-предгорной провинции в пределах южной подзоны лесной ландшафтно-географической зоны [3]. Настоящие исследования являются составной частью комплексных работ по изучению роста и продуктивности сосняков Среднего Урала. Исследования проводилась на 16 постоянных пробных площадях (ПП), которые расположены вдоль длинных склонов. Склоны начинаются от резко очерченных вершин с обнажениями горных пород и заканчиваются котловинными понижениями с торфянистыми почвами. Пробными площадями охвачены сосновые насаждения четырех типов леса: брусничниковый (Сбр), ягодниковый (Сяг), разнотравный (Сртр), осоково-сфагновый (Сос-сф).

Оценочные работы проводились в середине июля, в период максимального развития фитомассы растительности и стабилизации её влажности. Учет фитомассы осуществлялся на учетных площадках (УП), заложенных в количестве не менее 20 штук на параллельных продольным границам ПП визирах. Размер УП принимался равным 0,25м2. Для определения абсолютно сухой фитомассы отбирались навески, которые высушивались до постоянного веса в термостатах при температуре 105 ºС.

Помимо фитомассы на учетных площадках проводились работы по определению проективного покрытия живого напочвенного покрова. Проективное покрытие – это часть поверхности, занятая проекцией общего контура растения на поверхность почвы [5]. Площадь проективного покрытия, как правило, определяется с помощью палетки, что является трудоемкой операцией. Для автоматизации процесса подсчета проективного покрытия было решено использовать современные информационные системы. Каждая учетная площадка ограничивалась по периметру специальной рамкой и фотографировалась на цифровую камеру (сверху). Обязательным условием фотографирования являлся охват кадром всей учетной площадки. Обработка снимков была выполнена с использованием таких программ, как Adobe Photoshop, Corel Draw X3 и ImageJ. Первичная обработка фотоснимков была проведена в растровом редакторе Adobe Photoshop, в котором было сделано выравнивание границ кадра, удаление частей, не входящих в учетную площадку, удаление рамки и приведение кадра к определенным размерам. Далее полученное изображение обрабатывалось с использованием векторного редактора Corel DRAW. В зависимости от освещения и вида растительности живой напочвенной покров может принимать различные оттенки зеленого. Таким образом, перевод изображения из многоцветного в бинарное (черно-белое) имеет некоторые трудности. Использование данной программы позволило зеленый цвет и все его оттенки перевести в белый цвет, а остальные – в черный (рис.1).

Площадь проективного покрытия (белое изображение) была определена с помощью программы ImageJ. Данное приложение используется для анализа и обработки изображений (разработка National Institutes of Health) [10].

Рис. 1. Перевод цветного изображения в черно-белое

Результаты исследования и их обсуждение

В табл. 1 представлены данные по фитомассе живого напочвенного покрова и его проективному покрытию.

Таблица 1. Фитомасса и проективное покрытие живого напочвенного покрова по типам леса

№ ПП

Тип леса

Высота над уровнем моря, м (HS)

Фитомасса, кг/га

Проективное покрытие ЖНП, % (SPP)

свежая (PS)

абсолютно сухая (PAS)

1

Сбр

333

1335,0

619,8

24,2

2

Сяг

326

1223,2

373,4

33,0

3

Сяг

331

1358,8

488,1

31,2

4

Сртр

302

4034,4

711,9

64,1

5

Сртр

300

2425,0

882,3

61,0

6

Сос-сф

293

7859,2

1250,3

56,7

7

Сбр

348

94,3

43,6

11,3

8

Сбр

335

66,1

32,1

8,8

9

Сяг

328

2370,4

1217,5

64,0

10

Сртр

315

2050,8

673,1

70,6

11

Сбр

347

352,6

116,8

15,3

12

Сяг

347

582,1

207,1

45,1

13

Сбр

349

798,5

266,4

22,3

14

Сртр

336

1472,5

315,9

60,3

15

Сос-сф

335

2120,4

856,4

43,9

16

Сос-сф

332

2970,9

1261,3

57,1

Для учета живого напочвенного покрова необходим норматив, позволяющий определить фитомассу этого компонента насаждения на основе более просто и объективно определяемых показателей. Такими показателями могут служить высота лесных участков над уровнем моря и проективное покрытие живого напочвенного покрова. Результаты исследований, приведенные в табл. 1, позволяют отметить наличие достаточно устойчивых связей между фитомассой живого напочвенного покрова, с одной стороны, и высот над уровнем моря и проективным покрытием, с другой.

Более наглядно зависимости фитомассы живого напочвенного покрова в свежем (PS) и абсолютно сухом (PAS) состояниях от проективного покрытия приведены на рис. 2 и 3.

Рис. 2. Зависимость фитомассы ЖНП в свежем состоянии от его общего проективного покрытия

Полученные данные наиболее корректно описываются степенной функцией. Для фитомассы живого напочвенного покрова в свежем состоянии получено следующее уравнение:

PS=3,2557*SPP1,6216, R2=0,820 (1)

Значение коэффициента детерминации (R2) свидетельствует о высокой адекватности полученного уравнения экспериментальным данным.

Рис. 3. Зависимость фитомассы ЖНП в абсолютно сухом состоянии от его общего проективного покрытия

Разброс экспериментальных данных на рис. 3 более значителен, чем на рис. 2. Это свидетельствует о том, что связь фитомассы живого напочвенного покрова в абсолютно сухом состоянии от его общего проективного покрытия менее тесная, чем рассмотренная выше (рис. 3). Она передается следующим уравнением:

PAS=1,9553*SPP1,4817, R2=0,754 (2)

Уравнение (2) характеризуется достаточно высоким коэффициентом детерминации, хотя его значение несколько ниже, чем уравнения (1). В целом полученное уравнение (2) адекватно отражает изменение фитомассы живого напочвенного покрова в зависимости от проективного покрытия.

Фитомасса живого напочвенного покрова, при одинаковых величинах проективного покрытия, отличается в зависимости от типа леса (рис. 4). Это связанно с различиями между типами леса по составу и высоте живого напочвенного покрова.

Рис. 4. Зависимость фитомассы живого напочвенного покрова в абсолютно сухом состоянии от проективного покрытия и высоты над уровнем моря (цифрами обозначены типы леса: 1 – Сбр, 2 – Сяг, 3 – Сртр, 4 – Сос-сф)

При разработке оценочных уравнений типы леса могут быть опосредованы высотой над уровнем моря. Зависимость фитомассы живого напочвенного покрова в абсолютно сухом состоянии от высоты над уровнем моря и проективного покрытия наиболее точно описывается уравнением:

log(PAS)=15,9516-2,56075*log(HS)+1,35666*log(SPP), R2=0,726 (3)

Все константы при независимых переменных в уравнении (3) значимы на 5 % уровне. Значение коэффициента детерминации свидетельствует об адекватности уравнения экспериментальным данным.

На основе табулирования уравнения (3) получена таблица изменения фитомассы живого напочвенного покрова в абсолютно сухом состоянии в зависимости от высоты над уровнем моря и проективного покрытия (табл. 2). Данные табл. 2 свидетельствуют, что фитомасса живого напочвенного покрова закономерно снижается с увеличением высоты участков относительно уровня моря. При фиксированных высотах над уровнем моря она закономерно возрастает с увеличением величины проективного покрытия.

Таблица 2. Изменение фитомассы живого напочвенного покрова в абсолютно сухом состоянии в зависимости от его проективного покрытия и высоты над уровнем моря

Высота над уровнем
моря, м

Фитомасса живого напочвенного покрова (кг/га) при величине
проективного покрытия ЖНП (%)

10

20

30

40

50

60

70

80

280

104,2

266,8

462,5

683,2

924,8

1184,3

1459,8

1749,7

300

87,3

223,6

387,6

572,6

775,0

992,5

1223,4

1466,3

320

74,0

189,5

328,5

485,4

657,0

841,3

1037,0

1243,0

340

63,4

162,3

281,3

415,6

562,5

720,3

887,9

1064,2

360

54,7

140,2

243,0

359,0

485,9

622,3

767,0

919,3

380

47,7

122,1

211,6

312,6

423,1

541,8

667,8

800,5

400

41,8

107,0

185,5

274,1

371,0

475,1

585,6

701,9

Заключение

В целом в результате проведенных исследований получены количественные данные о наличных запасах фитомассы живого напочвенного покрова в лесных насаждениях зеленой зоны г. Екатеринбурга. Выявлена зависимость фитомассы живого напочвенного покрова от проективного покрытия и высоты над уровнем моря. Полученные уравнения и таблицы могут успешно применяться в качестве нормативов при оценке запасов живого напочвенного покрова, а также экологических и рекреационных функций насаждений.

Рецензенты:

Залесов С.В., д.с.-х.н., профессор, проректор по научной работе, заведующий кафедрой лесоводства Института леса и природопользования, Уральский государственный лесотехнический университет, г. Екатеринбург.

Сродных Т.Б., д.с.-х.н., профессор кафедры ландшафтного строительства Института леса и природопользования, Уральский государственный лесотехнический университет, г. Екатеринбург.