ОЦЕНКА ДИНАМИКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОДУКТИВНОСТИ НАСАЖДЕНИЙ PINUS SYL VESTRIS L. ПО МОДЕЛЬНЫМ ДЕРЕВЬЯМ
|
СОДЕРЖАНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 7
1.1. Экосистемы и их продуктивность 7
1.2. Леса и их роль в биосфере 9
1.2.1. Круговорот углерода и изменение климата 9
1.2.2. Контроль углеродного цикла 11
1.3. Продуктивность лесов 13
1.3.1. Фитомасса 14
1.3.2. Чистая первичная продукция 15
1.3.3. Удельная чистая первичная продукция 17
1.4. Определение продуктивности дерева 18
2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 27
2.1. Объект исследования 27
2.1.1. Волжско-Камский государственный природный биосферный
заповедник 28
2.1.2. Городской лесопарк «Лебяжье» 30
2.1.3. Столбищенское лесничество 32
2.1.4. Сосна обыкновенная (Pirns sylvestris L.) 33
2.2. Отбор и обработка полевых материалов 35
2.2.1. Обработка стволовой древесины 38
2.2.2. Обработка коры 40
2.2.3. Обработка ветвей 41
2.2.4. Обработка хвои 42
2.2.5. Проверка статистических гипотез 42
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 43
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 55
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 7
1.1. Экосистемы и их продуктивность 7
1.2. Леса и их роль в биосфере 9
1.2.1. Круговорот углерода и изменение климата 9
1.2.2. Контроль углеродного цикла 11
1.3. Продуктивность лесов 13
1.3.1. Фитомасса 14
1.3.2. Чистая первичная продукция 15
1.3.3. Удельная чистая первичная продукция 17
1.4. Определение продуктивности дерева 18
2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 27
2.1. Объект исследования 27
2.1.1. Волжско-Камский государственный природный биосферный
заповедник 28
2.1.2. Городской лесопарк «Лебяжье» 30
2.1.3. Столбищенское лесничество 32
2.1.4. Сосна обыкновенная (Pirns sylvestris L.) 33
2.2. Отбор и обработка полевых материалов 35
2.2.1. Обработка стволовой древесины 38
2.2.2. Обработка коры 40
2.2.3. Обработка ветвей 41
2.2.4. Обработка хвои 42
2.2.5. Проверка статистических гипотез 42
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 43
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 55
Фотосинтезирующие растения, накапливающие органические соединения в продуцируемой биомассе, играют важную роль в глобальном цикле круговорота углерода. Накопление парникового газа диоксида углерода в атмосфере, вследствие развития производственной деятельности и широкого использования транспортных средств в современных ландшафтах, привело к изменению климата на планете в XX веке.
Объективным основанием для поиска оптимальных компенсирующих механизмов в решении проблемы глобального потепления, является способность природных комплексов депонировать углерод на продолжительное время в биомассе лесов, болот и в виде мертвого органического вещества в почвенном комплексе. Поэтому, одной из наиболее важных современных задач экологии, является оценка продуктивности лесных экосистем.
Леса покрывают 31 % общей площади суши. Общая площадь лесов в мире составляет чуть более 4 миллиардов гектаров, что соответствует в среднем 0,6 га на душу населения. На пять самых богатых лесами стран (Российская Федерация, Бразилия, Канада, Соединенные Штаты Америки и Китай) приходится более половины общей площади лесов. Десять стран или районов вообще не имеют лесов, а еще 54 страны имеют леса на менее чем 10 % общей площади. Темпы вырубки лесов снижаются, но все еще вызывают тревогу. Преобразование тропических лесов в сельскохозяйственные угодья имеет признаки снижения в некоторых странах, но в других странах этот показатель продолжает расти [43].
Леса представляют собой важный накопитель углерода, которого в лесных экосистемах мира содержится приблизительно 638 млрд, тонн [43]. Следовательно, изменения количества углерода в лесах оказывают влияние на гло-
бальное изменение климата. Даже небольшое увеличение углерода в лесной биомассе может потенциально сдержать воздействие выбросов антропогенного диоксида углерода, регулируя скорость изменения климата [49].
Вследствие неопределенностей, при оценке углеродного цикла в лесных экосистемах России, корректная оценка углеродного баланса существующих лесов, а также лесов, заселяющих бывшие земли сельскохозяйственного пользования, лесных площадей, возобновляющихся после рубок и повальных пожаров, практически невозможна [27].
О балансе углерода можно судить по разности её оценок за определённый период, в том числе в связи с климатическими флуктуациями и трендами, а также по временной динамике фитомассы лесов [42]. Однако, информация о лесах Российской Федерации в 80% случаев имеет просроченную давность в 20 и более лет, в этом случае имеется существенная неопределённость оценок углеродного баланса [27].
Объектом данного исследования являются естественные и искусственные леса Pinus sylvestris L., произрастающие на территории Республики Татарстан. Предметом исследования является биологическая продуктивность сосновых лесов.
Целью магистерской диссертации является определение особенностей распределения фитомассы и чистой первичной продукции по фракциям в сосновых лесах.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Отбор и обработка в полевых и лабораторных условиях образцов модельных деревьев по фракциям на примере Раифского участка Волжско- Камского государственного природного биосферного заповедника, городского лесопарка «Лебяжье» и Столбищенского участкового лесничества;
2. Определение фитомассы стволовой древесины, коры, ветвей и хвои;
3. Определение чистой первичной продукции стволовой древесины, коры, ветвей и хвои;
4. Анализ распределения фитомассы и чистой первичной продукции по фракциям модельного дерева;
5. Оценка продуктивности сосновых лесов.
Объективным основанием для поиска оптимальных компенсирующих механизмов в решении проблемы глобального потепления, является способность природных комплексов депонировать углерод на продолжительное время в биомассе лесов, болот и в виде мертвого органического вещества в почвенном комплексе. Поэтому, одной из наиболее важных современных задач экологии, является оценка продуктивности лесных экосистем.
Леса покрывают 31 % общей площади суши. Общая площадь лесов в мире составляет чуть более 4 миллиардов гектаров, что соответствует в среднем 0,6 га на душу населения. На пять самых богатых лесами стран (Российская Федерация, Бразилия, Канада, Соединенные Штаты Америки и Китай) приходится более половины общей площади лесов. Десять стран или районов вообще не имеют лесов, а еще 54 страны имеют леса на менее чем 10 % общей площади. Темпы вырубки лесов снижаются, но все еще вызывают тревогу. Преобразование тропических лесов в сельскохозяйственные угодья имеет признаки снижения в некоторых странах, но в других странах этот показатель продолжает расти [43].
Леса представляют собой важный накопитель углерода, которого в лесных экосистемах мира содержится приблизительно 638 млрд, тонн [43]. Следовательно, изменения количества углерода в лесах оказывают влияние на гло-
бальное изменение климата. Даже небольшое увеличение углерода в лесной биомассе может потенциально сдержать воздействие выбросов антропогенного диоксида углерода, регулируя скорость изменения климата [49].
Вследствие неопределенностей, при оценке углеродного цикла в лесных экосистемах России, корректная оценка углеродного баланса существующих лесов, а также лесов, заселяющих бывшие земли сельскохозяйственного пользования, лесных площадей, возобновляющихся после рубок и повальных пожаров, практически невозможна [27].
О балансе углерода можно судить по разности её оценок за определённый период, в том числе в связи с климатическими флуктуациями и трендами, а также по временной динамике фитомассы лесов [42]. Однако, информация о лесах Российской Федерации в 80% случаев имеет просроченную давность в 20 и более лет, в этом случае имеется существенная неопределённость оценок углеродного баланса [27].
Объектом данного исследования являются естественные и искусственные леса Pinus sylvestris L., произрастающие на территории Республики Татарстан. Предметом исследования является биологическая продуктивность сосновых лесов.
Целью магистерской диссертации является определение особенностей распределения фитомассы и чистой первичной продукции по фракциям в сосновых лесах.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Отбор и обработка в полевых и лабораторных условиях образцов модельных деревьев по фракциям на примере Раифского участка Волжско- Камского государственного природного биосферного заповедника, городского лесопарка «Лебяжье» и Столбищенского участкового лесничества;
2. Определение фитомассы стволовой древесины, коры, ветвей и хвои;
3. Определение чистой первичной продукции стволовой древесины, коры, ветвей и хвои;
4. Анализ распределения фитомассы и чистой первичной продукции по фракциям модельного дерева;
5. Оценка продуктивности сосновых лесов.
По результатам исследования можно сделать следующие выводы:
1. Исследование продуктивности модельных деревьев Pimis sylvestris L. методом отбора проб и образцов требует их разделения и измерения по структурным функциональным фракциям. Вследствие сложного модулярного строения кроны дерева необходимо формирование многочисленных выборок по отдельным модулям и фракциям. В рамках проведенного исследования 14 модельных деревьев выполнено 4094 измерений радиального прироста стволовой древесины, 43 измерения массы и объёма коры, 1822 измерения диаметра, длины и массы ветвей, 21577 измерения длины хвои, 1648 измерения массы хвои.
2. Распределение фитомассы по фракциям стволовой древесины, коры, ветвей и хвои зависит от основных факторов - возраста дерева, типа леса и экологических условий местообитания. Доля стволовой древесины в средневозрастном сосняке чернично-зеленомошном (кв. 48) составляет 90% от общей массы надземной части деревьев. В средневозрастном сосняке сфагновом
(кв. 120) приходится менее 80% стволовой древесины от общей массы деревьев, что объясняется произрастанием в условиях недостатка минерального питания на сфагновом болоте. В сосняке костянично-снытевом (Лебяжье), на долю фитомассы древесины приходится менее 80 %, что объяснятся возрастом древостоя (165 лет). Сосняки искусственного происхождения имеют малую долю (менее 40%) стволовой древесины, что объясняется возрастом древостоя (15 лет) и интенсивным процессом формированием кроны сосны на ранних этапах жизни, путем увеличения количества ветвей и охвоенности побегов.
3. Сосняк чернично-зеленомошный и сосняк сфагновый, имея одинаковую возрастную структуру древостоя, но произрастая в различных экологических условиях, существенно различаются по накопленным запасам фитомассы сосны (187,97 т/га и 13,36 т/га), при этом демонстрируют равное соотношение доли стволовой древесины в общем объёме как фитомассы, так и чистой первичной продукции (80-90 %). На основании данной закономерности можно предположить, что структура фракционного состава зависит от возраста древостоя.
4. Соотношение фракций чистой первичной продукции сосняка костя- нично-снытьевого демонстрирует явную тенденцию к снижению прироста стволовой древесины. Доля чистой первичной продукции стволовой древесины составляет менее 40%, доля хвои - более 50%. Так как чистая первичная продукция стволовой древесины с возрастом дерева снижается можно предположить, что данный древостой в возрасте 165 лет приближается к пределам своего роста.
5. Удельная чистая первичная продукция (УдЧПП) - является интегральным показателем аккумуляции органического вещества и скорости его оборота в экосистеме, что может косвенно говорить о благоприятности экологических условий и соответствия климаксовому сообществу.
1. Исследование продуктивности модельных деревьев Pimis sylvestris L. методом отбора проб и образцов требует их разделения и измерения по структурным функциональным фракциям. Вследствие сложного модулярного строения кроны дерева необходимо формирование многочисленных выборок по отдельным модулям и фракциям. В рамках проведенного исследования 14 модельных деревьев выполнено 4094 измерений радиального прироста стволовой древесины, 43 измерения массы и объёма коры, 1822 измерения диаметра, длины и массы ветвей, 21577 измерения длины хвои, 1648 измерения массы хвои.
2. Распределение фитомассы по фракциям стволовой древесины, коры, ветвей и хвои зависит от основных факторов - возраста дерева, типа леса и экологических условий местообитания. Доля стволовой древесины в средневозрастном сосняке чернично-зеленомошном (кв. 48) составляет 90% от общей массы надземной части деревьев. В средневозрастном сосняке сфагновом
(кв. 120) приходится менее 80% стволовой древесины от общей массы деревьев, что объясняется произрастанием в условиях недостатка минерального питания на сфагновом болоте. В сосняке костянично-снытевом (Лебяжье), на долю фитомассы древесины приходится менее 80 %, что объяснятся возрастом древостоя (165 лет). Сосняки искусственного происхождения имеют малую долю (менее 40%) стволовой древесины, что объясняется возрастом древостоя (15 лет) и интенсивным процессом формированием кроны сосны на ранних этапах жизни, путем увеличения количества ветвей и охвоенности побегов.
3. Сосняк чернично-зеленомошный и сосняк сфагновый, имея одинаковую возрастную структуру древостоя, но произрастая в различных экологических условиях, существенно различаются по накопленным запасам фитомассы сосны (187,97 т/га и 13,36 т/га), при этом демонстрируют равное соотношение доли стволовой древесины в общем объёме как фитомассы, так и чистой первичной продукции (80-90 %). На основании данной закономерности можно предположить, что структура фракционного состава зависит от возраста древостоя.
4. Соотношение фракций чистой первичной продукции сосняка костя- нично-снытьевого демонстрирует явную тенденцию к снижению прироста стволовой древесины. Доля чистой первичной продукции стволовой древесины составляет менее 40%, доля хвои - более 50%. Так как чистая первичная продукция стволовой древесины с возрастом дерева снижается можно предположить, что данный древостой в возрасте 165 лет приближается к пределам своего роста.
5. Удельная чистая первичная продукция (УдЧПП) - является интегральным показателем аккумуляции органического вещества и скорости его оборота в экосистеме, что может косвенно говорить о благоприятности экологических условий и соответствия климаксовому сообществу.