Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Трофимова И.Л. 1 Шевелина И.В. 1 Нагимов З.Я. 1 Алиева Т.М. 1

---

1 Уральский государственный лесотехнический университет

В статье представлены результаты изучения живого напочвенного покрова на 16 постоянных пробных площадях, заложенных в сосновых насаждениях зеленой зоны г. Екатеринбурга. Получены количествен-ные данные о фитомассе и проективном покрытии данного компонента насаждения в 4 типах сосновых лесов. В пределах типов леса выявлены тесные зависимости массы живого напочвенного покрова в све-жем и абсолютно сухом состояниях от его проективного покрытия и разработаны уравнения, передаю-щие эти зависимости. Получено уравнение множественной регрессии, адекватно описывающее зависи-мость запасов фитомассы живого напочвенного покрова от его проективного покрытия и высоты распо-ложения сосняков над уровнем моря. Установлено, что фитомасса живого напочвенного покрова зако-номерно снижается с увеличением высоты участков относительно уровня моря. При фиксированных вы-сотах над уровнем моря она закономерно возрастает с увеличением величины проективного покрытия. Для практического применения при оценочных работах разработана таблица с данными об изменении фитомассы живого напочвенного покрова в абсолютно сухом состоянии в зависимости от его проектив-ного покрытия и высоты над уровнем моря.

Статья в формате PDF

466 KB

коэффициент детерминации.

уравнение

пробная площадь

оценка

сосняки

норматив

высота над уровнем моря

проективное покрытие

фитомасса живого напочвенного покрова

живой напочвенный покров

1. Дылис, Н.В. Основы биогеоценологии / Н.В. Дылис. – М., 1978. – 152 с.

2. Залесов, С.В. Основы фитомониторинга / С.В. Залесов, Е.А. Зотеева, А.Г. Магасумова, Н.П. Швалева // Учебное пособие. – Е.: УГЛТУ, 2007. – 76 с.

3. Колесников Б.П. Леса Свердловской области / Б.П. Колесников // Леса СССР. – М., 1969. – Т.4. – С. 64-124.

4. Нагимов, З.Я. Закономерности роста и формирования надземной фитомассы сосновых древостоев: автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук: 06.03.03 / Нагимов Зуфар Ягфарович. – Екате-ринбург: УГЛТУ, 2000. – 40 с.

5. Реймерс, Н.Ф. Словарь терминов и понятий, связанных с охраной живой природы / Н.Ф. Реймерс, А.В. Яблоков. – М.: Изд-во «Наука», 1982. – 144 с.

6. Усольцев В.А. Фитомасса лесов Северной Евразии: нормативы и элемент географии // Екатеринбург: УрОРАН, 2002. – 762 с.

7. Усольцев, В.А. Методы определения биологической продуктивности насаждений: мо-ногр. / В.А. Усольцев, С.В. Залесов. – Е.: УГЛТУ, 2005. – 147 с.

8. Уткин, А.И. Биологическая продуктивность лесов: Методы изучения и результаты // Лесоведение и лесоводство: Итоги науки и техники. – М.: ВИНИТИ, 1975. – Т.1. – С. 9-189.

9. Уткин, А.И. Исследования по первичной биологической продуктивности лесов СССР // Лесоведение. – 1970. – № 3. – С. 58-59.

10. Основная информация о программе ImageJ – особенности и возможности. [Электрон-ный ресурс] – URL: http:// www.imagej.ru (дата обращения: 21.01.14).

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

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

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.

Библиографическая ссылка