CC BY
36
Продуктивность лесопарковых, загородных и внутригородских насаждений рекреационной зоны г. Екатеринбурга*
С.А. Шавнин, д.б.н., профессор, В.А. Галако, к.с.-х.н., В.Э. Власенко, к.б.н., ФГБУН Ботанический сад УрО РАН; Е.П. Артемьева, к.б.н. ФГБОУ ВПО Уральский ГУПС
Рекреационные насаждения городской черты крупных городских мегаполисов постоянно находятся под влиянием факторов антропогенного и техногенного характера. Они оказывают существенное влияние на характер лесных экосистем и в конечном итоге на продуктивность лесонасаждений [1].
Целью данной работы послужила необходимость разработки критериев оценки запаса сосновых древостоев лесопарковых, загородных и внутригородских насаждений на основе обоснования экологического состояния таких лесов с использованием методов математического моделирования [2].
Материал и методы исследования. Почти треть площади г. Екатеринбурга занимают лесопарки и городские леса, большинство из которых имеют естественное происхождение. В пределах город-
ской черты и зоны муниципального образования находятся 15 лесопарков. Лесопарки достаточно равномерно распределены по периметру городской территории. Преобладающим типом лесной растительности на окружающих город территориях являются сосновые леса. По лесорастительному районированию Б.П. Колесникова [3], территория лесопарков расположена в Западно-Сибирской равнинной области, Зауральской холмисто-предгорной провинции, южно-таёжном лесорастительном округе Свердловской области. Внутригородские лесные участки располагаются на территории городской застройки.
Основным методом исследования послужила закладка постоянных пробных площадей (ППП) с последующим проведением на них длительных или разовых наблюдений. ППП на загородных участках и в лесопарках закладывались согласно общепринятому стандарту (ОСТ 56-89-83) площадью 0,30 га (50 х 60 м), на внутригородских участках площадь пробы составляла 0,0625 га (25 х 25 м). В работе
* Работа выполнена в рамках комплексной программы фундаментальных исследований Уральского отделения РАН (проект 15-12-4-32) «Границы лесных насаждений в условиях крупной промышленной структурно-функциональной организации, роль в устойчивости к действию урбанизации».
использованы экспериментальные данные, представляющие собой материалы обмеров таксационных характеристик деревьев на закартированных ППП. У всех деревьев измеряли диаметры стволов на высоте 1,3 м в двух перпендикулярных направлениях и их высоту. Для крон деревьев были определены их проекции и протяжённость. Выбор участков для закладки ППП предусматривал сопоставимость по основным таксационным и типологическим показателям лесных сообществ, находящихся под влиянием различного уровня техногенного загрязнения и антропогенной нагрузки. Для оценки пространственной структуры и спектра абиотических и биотических компонентов лесных экосистем урбанизированной лесной территории г. Екатеринбурга было заложено 60 постоянных пробных площадей по трём вариантам их размещения: лесопарки, загородные и внутригородские участки. На основе полученных экспериментальных данных вычислены морфометрические показатели древостоев на ППП и их среднеарифметические ошибки.
Оценку структуры проводили с учётом основных выделяемых типов распределений: регулярного (правильного), случайного и группового. Для более полного и точного анализа пространственной структуры древостоев в рекреационных насаждениях была использована радиальная функция распределения, характеризующая встречаемость деревьев на определённом расстоянии друг от друга на основании системы концентрических колец [4]. Классификация типов строения, динамика структуры древостоев, структуры их взаимосвязи с таксационными показателями были проанализированы с использованием параметров распределений. С помощью обобщающих статистических характеристик проведено сравнение распределений различных морфометрических показателей древостоев в рекреационных насаждениях. В вероятностно-статистических методах для принятия решений использовали ряды характеристик случайных величин, выражающихся через функции распределения и плотности вероятностей.
Результаты исследования. Как показали результаты вычисленных значений радиальной функции распределения, основными характерными видами распределений в рекреационной зоне г. Екатеринбурга являются: на расстояниях между деревьями 4,5–6,0 м – групповой тип распределения, после 6,0 м – преобладает равномерное распределение. Из анализа пространственной структуры по материалам ППП следует, что антропогенная нагрузка и техногенные эмиссии существенно влияют на пространственное размещение деревьев.
При проведении сравнительного анализа были выбраны основные используемые в лесных исследованиях функции распределения: нормального и обобщённого нормального, Вейбулля, Пирсона-5 и Пирсона-6. В таблице 1 представлены данные
сравнительного анализа характеристик основных показателей приведённых функций кривых распределения для диаметров стволов на высоте 1,3 м, высот деревьев и диаметров крон, а также коэффициенты вариации, показатели асимметрии и эксцесса.
Проверку нулевой гипотезы проводили с помощью критериев согласия – хи-квадрат Пирсона [5]. Анализ данных статистической обработки пробных площадей рекреационной зоны г. Екатеринбурга показал, что распределение числа стволов сосны по основным таксационным показателям может быть аппроксимировано различными типами кривых в зависимости от категории участков, расположенных в различных зонах рекреационной территории (табл. 1).
В большинстве случаев распределение числа стволов по основным таксационным показателям отличается от нормального, за исключением отдельных категорий насаждений загородных и внутригородских участков.
Проверка нулевой гипотезы с помощью критерия согласия Пирсона свидетельствует о том, что предположение о нормальном законе распределения может быть принято однозначно только для рядов высот в загородных и внутригородских участках.
При определении продуктивности одним из первых направлений было нахождение числа стволов, их высот и диаметров, а также определение диаметров крон, что позволило при использовании массовых таблиц вычислить запас насаждений. Наиболее приемлемые результаты по определению запаса насаждений получены при использовании регрессионного анализа, где в качестве независимых переменных использованы средние высоты, сомкнутость полога, средние диаметры стволов и средние диаметры крон.
Полученные в результате анализа таксационного строения выводы позволяли составить пространственные модели продуктивности рекреационных насаждений по исследуемым видам рекреационных насаждений. Все модели представляют уравнения линейного типа, где по оси Х размещены значения средних диаметров стволов, по оси У – значения числа стволов на 1 га и по оси Z – значения запаса сосновых древостоев на 1 га.
Модель запаса (М) во внутригородских сосновых насаждениях может быть выражена линейным уравнением множественной корреляции вида: M = 29,1429 + 3,8734x+0,4763y при R2=0,914 (рис. 1). Максимальное значение запаса в таких древостоях может достигать 500–600 м3/га. Как видно по графику, наиболее сильное влияние на изменение запаса оказывает уменьшение числа стволов на 1 га.
В загородных и лесопарковых рекреационных насаждениях поверхность отклика, характеризующая зависимость запаса древостоев от среднего
1. Сравнительный анализ характеристик функций кривых распределения основных таксационных показателей
в рекреационных насаждениях г. Екатеринбурга
№ Категория Функция Параметр характеристик функции кривой распределения
ПП площадей распределения а а2 Р Y СУ Е V, % асим¬ эксцесс X стат. X теор.
метрия
Диаметр на высоте 1,3 м
13 лесопарк Вейбулля 6,376 ֊ 35,272 ֊ ֊ ֊ 18,32 -0,4098 0,0935 3,7175 16,812
32 лесопарк Вейбулля 5,844 - 33,122 ֊ - ֊ 19,853 -0,3569 0,0111 7,2315 18,475
36 загородные Вейбулля 9,931 - 43,207 ֊ - ֊ 12,116 -0,6346 0,5626 0,6914 9,2103
12 загородные Вейбулля 4,655 - 46,948 ֊ - ֊ 24,445 -0,2034 -0,1702 4,5699 16,812
44 внутригор. Пирсона-6 122,17 28,401 6,3568 ֊ - ֊ 21,534 0,81328 1,2787 0,4284 13,277
52 внутригор. Вейбулля 7,367 - 43,515 - - - 16,021 -0,4911 0,2403 0,2364 9,2102
Высота ствола
13 лесопарк Вейбулля 11,968 ֊ 25,114 ֊ ֊ ֊ 10,147 -0,7097 0,7641 3,5012 16,812
32 лесопарк Вейбулля 10,794 ֊ 28,939 ֊ - ֊ 11,192 -0,6694 0,6532 7,289 18,475
36 загородные Пирсона-5 3,2027 ֊ 6,2324 25,072 - ֊ 9,247 1,645 2,1645 0,3472 6,635
12 загородные Нормальн. - - - - 2,734 25,971 10,529 - - 10,122 16,812
44 внутригор. Нормальн. ֊ ֊ ֊ ֊ 3,121 22,128 14,108 ֊ ֊ 0,8987 13,277
52 внутригор. Пирсонаб 20,291 6J29E-8 7,381Е+8 - - - 21,868 0,4373 0,2869 1,3162 9,2103
Диаметр кроны
13 лесопарк Вейбулля 4,5308 ֊ 4,799 ֊ ֊ ֊ 25,057 -0,1834 -0,1876 6,5571 16,812
32 лесопарк Вейбулля 3,7106 ֊ 4,744 ֊ ֊ ֊ 30,023 -0,0253 -0,2768 10,0632 18,475
36 загородные Пирсона-3 22,135 ֊ 0,035 6,9867 ֊ ֊ 17,518 1,0132 1,9648 6,809Е-4 6,6342
12 загородные Вейбулля 5,6817 ֊ 8,4945 ֊ ֊ ֊ 20,374 -0,3391 -0,0142 4,1501 16,812
44 внутригор. Пирсона-5 11,859 ֊ 45,161 ֊ ֊ ֊ 31,848 1,4177 4,1619 0,3173 11,345
52 внутригор. Вейбулля 4,239 - 6,545 - - - 26,616 -0,1331 -0,2254 0,1625 9,2101
АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
Рис. 1 - Поверхность отклика, ха- Рис. 2 - Поверхность отклика, Рис. 3 - Поверхность отклика, характеризующая запас вну- характеризующая запас рактеризующая запас лесо-
тригородских насаждений загородных насаждений парковых насаждений
2. Состояние насаждений в рекреационных лесах г. Екатеринбурга
Средний морфометрический показатель Вид насаждений
внутригородские загородные лесопарки
Количество ППП 20 11 29
Состав (сосна) 9,5±0,28 9,2±0,29 9,6±0,14
Возраст, лет 116,2±7,4 128,0±16,1 138,1±7,4
Диаметр, см 37,2±3,43 42,1±4,51 42,3±3,41
Высота, м 24,4±2,24 27,1±1,36 27,3±1,45
Бонитет II,2±0,2 II,2±0,2 II,2±0,1
Запас, м3/га 337,1±50,4 468,3±63,5 470,1±27,2
Полнота абсолютная, м2/га 29,75±3,72 40,54±6,34 36,57±9,88
Полнота относительная 0,78±0,051 0,92±0,071 0,92±0,028
Число деревьев на 1 га, шт. 343±80 323±90 341±72
Тип леса СРТР СРТР СРТР
диаметра стволов и числа стволов на 1 га, характеризуется более высокими значениями при линейных функциях: М = 377,3862 + 12,5954х + 0,96у при R2 = 0,905 – для загородных насаждений и М = 80,6114 + 6,0873х + 0,3976у при R2 = 0,886 – для лесопарковых насаждений (рис. 2, 3).
Общая производительность древостоев в зоне урбанизации снижается. Это заметно по изменению среднего бонитета насаждений, а также по динамике запаса древесины на единице площади. Состояние насаждений ряда лесопарков можно признать удовлетворительным. Тем не менее более 20% от их площади испытывают негативное влияние города (табл. 2).
Литература
1. Таран И.В. Рекреационные леса Западной Сибири. Новосибирск: Наука, 1985. 230 с.
2. Шавнин С.А., Галако В.А., Менщиков С.Л., и др. Лесо-водственно-таксационная экологического состояния лесов в условиях рекреации и техногенного загрязнения // Известия Оренбургского государственного аграрного университета:
2010. № 3 (27). С. 37-41.
3. Колесников Б.П. Лесорастительные условия и типы лесов Свердловской области. Свердловск, 1973. 175 с.
4. Семышев М.М. Исследования продукционных показателей деревьев с учётом конкуренции в искусственных сосняках: автореф. дисс. ... канд. с.-х. наук. Екатеринбург: Уральский государственный лесотехнический университет,
2011. 20 с.
5. Колтунова А.И. Моделирование роста и продуктивности древостоев (на примере некоторых лесообразующих пород Северной Евразии): автореф. дисс. ... докт с.-х. наук. Екатеринбург: Уральский государственный лесотехнический университет, 2004. 45 с.
