ФИТОМАССА ДЕРЕВЬЕВ В ЛЕСАХ ЕВРАЗИИ

В.А. Усольцев
ФИТОМАССА ДЕРЕВЬЕВ В ЛЕСАХ ЕВРАЗИИ
Электронная база данных
Престарелая сосна-великан вокружении весеннего хоровода берёзовой поросли. Худ. Геннадий Мосин.
Фитомасса лесов является их основной характеристикой, определяю т
используемой в целях экологического мониторинга, устойчивого ведения
продуктивности лесов с учетом глобальных изменений, изучения структур
углерододепонирующей емкости лесов. Принятие Киотского протокола яви
фитомассы лесных деревьев. Согласно его статьям 3.3 и 3.4 требуются изм
части при оценке компенсации парниковых газов лесами с целью снижени
количественной оценки углеродного обмена в лесу является определение
со временем. Крона дерева характеризуется большей концентрацией элем
веществ, чем его ствол, и это особенно важно при оценке бюджета элемен
2004). Изучение структуры фитомассы деревьев необходимо потому, что р
элементов питания и разный вклад в ее годичную продукцию. Например, >
фитомассе и дают 40% годичной продукции, но составляют лишь около 15
-I
~ i_
-
1
zuuu; Miuna et ai., zuuz).
Для чего нужны фактические данные о фитомассе деревьев, полученн
деревьев трудно предсказуема вследствие ее высокой изменчивости и зав
дерева. Для ее оценки необходимы прямые измерения, очень трудоемкие
выборочного учета на модельных деревьях путем их рубки, фракциониров
ветвей, листвы и корней. Обычно определение фактической фитомассы ле
выполнения 3-ступенчатого выборочного учета: (1) - подбор пробной пло 1
участка в некой совокупности однородных лесных выделов с последующе!
модельных деревьев на пробной площади как составных элементов насажу
последующим пересчетом результатов на единицу площади и (3) поскольк
взвешивание и доведение до абсолютно сухого состояния целых деревьев
проб (навесок) из разных частей дерева, с которыми осуществляются назв
пересчитываются на всё дерево.
На первых этапах изучения биологической продуктивности насаждени
среднего дерева: у него определяли структуру фитомассы и умножением р
фитомассу на единице площади. Позднее было показано, что этот метод д|
массы хвои и ветвей (Crow, 1971; Семечкина, 1978; Уткин, 2004). Наприм<
сплошной рубки была определена фитомасса крон всех деревьев. Затем 6 i
дерева, определена их фитомасса и в каждом случае рассчитана фитомасс
дерева. Результаты составили от фактической фитомассы соответственно 7
В настоящее время общепринятым является регрессионный (аллометр
по результатам взятия модельных деревьев, представленных на пробной г
(Marklund, 1983). При этом применяются и публикуются главным образом ;
оценки фитомассы дерева по полному или неполному фракционному соста
независимых переменных (Baskerville, 1972; Crow, 1978, 1983; Koerper, Ri
1981; Alban, Laidly, 1982; Schlaegel, 1982; Singh, 1982, 1984, 1986; Methve
Freedman, 1984; Pastor et al., 1984; Усольцев, 1985, 1988, 1997; Petras et
1993; Perala, Alban, 1993; Overman et. al., 1994; Korsmo, 1995; Tahvanaine
Korzukhin, 1997; Усольцев, Щерба, 1998; Vann et al., 1998; Cermak et al., 1
Drexhage, Gruber, 1999; Ben Brahim et al., 2000; Eamus et al., 2000; Keith <
Drexhage, Colin, 2001; Claesson et al., 2001; Lehtonen, Vayred, 2002; Zianis
Chave et al., 2005; Lehtonen, 2005; Ledermann, Neumann, 2006; Cienciala e
et al., 2006; Case, Hall, 2008; Ung et al., 2008; Hosoda, Iehara, 2010; Ziani:
2013- Cai et al
2013)
Однако использование опубликованных аллометрических уравнений е
смещениям (Wang et al., 2002): фитомасса листвы берёзы бумажной, опре
составила в сравнении с фактическими локальными значениями от 50 до 1
фитомасса листвы и ветвей осины соответственно 72 до 81% и от 55 до 16
того, разная структура аллометрических уравнений затрудняет их анализ
предпочтительны фактические данные подеревной оценки фитомассы (кг)
Степень достигнутого прогресса в изучении биологической продуктив
фактологическим состоянием вопроса, т.е. обеспеченностью фактическим 1
экологическому спектрам. Опубликованная автором база данных о фитомг
площади насаждений (т/га) охватывает всю территорию евразийского мат
содержит около 8 тыс. определений (рис. 1) с указанием авторства каждо
В настоящей работе предпринята попытка привести в известность фак
деревьев (кг), получаемые исследователями на пробных площадях при оц
Legend
•
Usoltsev V3 pioldata
Global LandCovet 2000
■ Tree Cover broadleaved, evergreen
Щ Tree Cover, broadleaved, deciduous, closed
Tree Cover, broadleaved, deciduous, open
Щ Tree Cover, needle-leaved, evergreen
|
Tree Cover, needle-leaved, deciduous
В Tree Cover, mixed leaf type
Щ Mosaic Tree Cover / Other natural vegetation
Tree Cover, burnt
Mosaic; Cropland / Tree Cover / Other natural vegetaton
_ | Mosaic: Cropland / Shrub andior grass cover
Щ Shrub Cover, closed-open, evergreen
Bare Areas
_ Shrub Cover, closed-open, deciduous
Water Bodies
Herbaceous Cover, closed-open
Snow and Ice
Sparse herbaceous or sparse shrub cover
Щ Artificial surfaces and associated areas
Рис. 1. Распределение экспериментальных данных о фитомассе насаждений
лесообразующих пород на территории Евразии
Рис. 2. Распределение экспериментальных данных о фитомассе модельных
деревьев лесообразующих пород на территории Евразии.
Основными таксационными показателями, определяющими фитомасс
высота ствола. Индекс конкуренции также вносит существенный вклад в
однако в опубликованных фактических подеревных данных фитомассы и
напротив, практически всегда приводится густота древостоя, в котором о
густоты (плотности стояния деревьев) может опосредованно характеризо
наиболее сильно влияющую на массу кроны (Stark et al., 2013).
проанализировав данные массы охвоенных пооегов деревьев в сосн
модельных деревьев, взятым на 87 пробных площадях, С.Б. Байзаков (19
дерева «теснее связано с густотой, чем с полнотой древостоев». Поэтому
таксации для количественного учета не оправдывается применительно к
9-10). «Густоту древесных ценозов, - полагают А.И. Бузыкин с соавторам
фундаментальной, структурно-функциональной характеристикой жизни д
et al., 1999) считают густоту базовой характеристикой фитомассы, опред<
Таким образом, основные таксационные показатели, определяющие
сформированную базу (сводку) данных, - это возраст дерева, диаметр ст 1
густота древостоя, в котором определена фитомасса деревьев. приведены
площадей, необходимые при географическом анализе подеревных данны
Из имеющихся в литературе данных в сводку включены лишь те мате
как минимум, трех фракций (ствол, ветви, листва или хвоя) и как миниму
диаметр ствола) деревьев. Если из таксационных показателей измерен ли
1986, 1992), то такие материалы в сводку не включались, как и данные ф
Необходимо отметить, что мы смогли привести в известность лишь не
фитомассе (около 7000 определений) из той обширнейшей информации,
биологической продуктивности лесов Евразии, начиная с конца XIX столе
фитомассы деревьев публиковались довольно редко, причем только в мо 1
предлагаемой базе данных в наибольшей степени представлены материа.
- по Западной Европе, Японии и Юго-Восточной Азии.
Путем расчета уравнений связи фитомассы с диаметром ствола и та-(
ступенях толщины, полученному при перечете, оценивается фитомасса в<
фитомассы деревьев в некоторых диапазонах диаметров ствола лесообра
насаждений минуя трудоемкую процедуру «деструктивного» определения
ограничиваясь лишь перечислительной таксацией деревьев на ней.
Благодарности
Автор выражает благодарность за активное содействие в формирова
д-ру Христиану Вирту (Германия), д.с.-х.н. Данилину И.М., д.б.н. Щепащ<
Габделхакову А.К. (Россия), а также доктору Золтану Сомогьи (Венгерски
Будапешт) за активную помощь в оформлении текстовой части настоящег
Список использованной лите
Байзаков С.Б. Некоторые закономерности накопления древесной зелени в сосновых ле(
использования: Автореф. дис... к.с.-х. н. Специальность 562 - лесоводство. Алма-Ата: К
Бузыкин А.И., Пшеничникова Л.С., Суховольский В.Г. Густота и продуктивность древесн
Поздняков Л.К., Протопопов В.В., Горбатенко В.М. Биологическая продуктивность лесов
1969. 120 с.
Семечкина М.Г. Структура фитомассы сосняков. Новосибирск: Наука, 1978. 165 с.
Усольцев В.А. Моделирование структуры и динамики фитомассы древостоев. Краснояро
(http://elar.usfeu.ru/handle/123456789/3353).
Усольцев В.А. Рост и структура фитомассы древостоев. Новосибирск: Наука, Сибирское
(http://elar.usfeu.ru/handle/123456789/3352).
Усольцев В. А. Биоэкологические аспекты таксации фитомассы деревьев. Екатеринбург:
(http://elar.usfeu.ru/handle/123456789/3376).
Усольцев В.А. Фитомасса и первичная продукция лесов Евразии. Екатеринбург: УрО РАН
(http://elar.usfeu.ru/handle/123456789/2606).
Усольцев В. А., Щерба Н .П. Структура фитомассы кедровых сосен в плантационных кул
(http://elar.usfeu.ru/handle/123456789/3377).
Уткин А.И. Две объемные книги о фитомассе лесов Северной Евразии // Лесоведение. 21
Alban D.H., Laidly P.R. Generalized biomass equations for jack and red pine in the Lake Stat
Alemdag I.S. Aboveground-mass equations for six hardwood species from natural stands of ■
Petawawa Inst. 1981. Inf. Rep. PI-X-6. 9 p.
Ares A., Fownes J.H. Comparisons between generalized and specific tree biomass functions
c
2000.Vol. 20. P. 277-286.
Bartelink H.H. Allometric relationships on biomass and needle area of Douglas-fir // For. Eco
Bartelink H.H. Allometric relationships for biomass and leaf area of beech (Fagus sylvatica L.
Baskerville G.L. Use of logarithmic regression in the estimation of plant biomass // Can. J. F(
Ben Brahim M., Gavaland A., Cabanettes A. Generalized allometric regression to estimate bio
Res. 2000. Vol. 15. P. 171-176.
Bijak Sz., Zasada M., Bronisz A., Bronisz K., Czajkowski M., Ludwisiak t., Tomusiak R., Wojt
stands on post-agricultural lands in central Poland // Silva Fennica. 2013. Vol. 47. No. 2, art
Cai S., Kang X., Zhang L. Allometric models for aboveground biomass of ten tree species in
P. 105-122.
Case B.S., Hall R.J. Assessing prediction errors of generalized tree biomass and volume equa
Can. J. For. Res. 2008. Vol. 38. P. 878-889.
Cermak J., Riguzzi F., Ceulemans R. Scaling up from the individual tree to the stand level in
geometry // Ann. Sci. Forest. 1998. Vol. 55. P. 63-88.
Chave J., Andalo C., Brown S., Cairns M.A. et al. Tree allometry and improved estimation of
2005. Vol. 145. P. 87-99.
Cienciala E., Cerny M., Tatarinov F., Apltauer J., Exnerova Z. Biomass functions applicable tc
Claesson S., Sahlen K., Lundmark T. Functions for biomass estimation of young Pinus sylves
Sweden with high stand densities // Scand J For Res 2001 Vol 16 P 138-146
■JVVCVJCI I
VV I L I I
l l i y i l
J I Q I
IU
VJ ^
I IJ l L i t J
/ /
«J U C II IU >
J ■
I \J I ■
l\ C J >
£ - \J \J - L .
V U l ■
1 U >
I
•
1 J U
“ 1 T U .
Crow T.R. Estimation of biomass in even-aged stand - regression and "mean tree" technique
University of Florida, USA, 1971. P. 35-48.
Crow T.R. Common regressions to estimate tree biomass in tropical stands // Forest Science
Crow T.R. Comparing biomass regressions by site and stand age for red maple // Can. J. For
Drexhage M., Colin F. Estimating root system biomass from breast-height diameters // Fores
Drexhage M., Gruber F. Above-and below-stump relationships for Picea abies : estimating ю
For. Res. 1999. Vol. 14. P. 328-333.
Eamus D., McGuinness K., Burrows W. Review of allometric relationships for estimating woo<
Western Australia. National carbon accounting system, Australian Greenhouse Office. Techni
Freedman B. The relationship between the aboveground dry weight and diameter for a wide
Vol. 62. P. 2370-2374.
Grigal D.F., Kernik L.K. Generality of black spruce biomass estimation equations // Can. J. F<
Hosoda K., Iehara T. Aboveground biomass equations for individual trees of Cryptomeria jap
J. For. Res. 2010. Vol. 15. No. 5. P. 299-306 (DOI 10.1007/s10310-010-0192-y).
IPCC. Land use, land-use change, and forestry. Eds. R.T. Watson, I.R. Noble, B. Bolin, N.H. I
Cambridge. Cambridge University Press, Cambridge, 2000. 377 p.
Jenkins J.C., Chojnacky D.C., Heath L.S., Birdsey R.A. Comprehensive database of diameterForest Service Northeastern Research Station. General Technical Report NE-319. 2004. 45 p
Kajimoto T., Matsuura Y., Osawa A., et al. Size-mass allometry and biomass allocation of twi
in Siberia // For. Ecol. Manage. 2006. Vol. 222. P. 314-325.
Keith H., Barrett D., Keenan R. Review of allometric relationships for estimating woody biom
Victoria, Tasmania and South Australia. National carbon accounting system, Australian Greet
Ker M.F. Biomass equations for seven major Maritimes tree species. Canadian Forestry Servi
Report M-X-148. Fredericton, New Brunswick, 1984. 54 p.
Koerper G.J., Richardson C.J. Biomass and net annual primary production regressions for Pc
Michigan // Can. J. For. Res. 1980. Vol. 10. P. 92-101.
Korsmo H. Weight equations for determining biomass fractions of young hardwoods from na'
P. 333-346.
Ledermann T., Neumann M. Biomass equations from data of old long-term experimental plot
Lehtonen A. Estimating foliage biomass in Scots pine (Pinus sylvestris) and Norway spruce (
P. 803-811.
Lehtonen A., Vayred J. Biomass expansion factors for Scots pine (Pinus sylvestris), comparis
workshop on biomass, 4-5 July 2002, Besalu, Spain. 5 p.
Marklund L.G. Collecting data for biomass equation development: some methodological aspi
forestiers. INRA, 1983. P. 37-43 (Les Colloques de l'INRA, no. 19).
Methven I.R. Tree biomass equations for young plantation-grown red pine (Pinus resinosa) ii
For. Res. Centre. 1983. Inf. Rep. M-X-147. 15 p.
Mund M., Kummetz E., Hein M., Bauer G.A., Schulze E.-D. Growth and carbon stocks of a sp
Ecology and Management. 2002. Vol. 171. P. 275-296.
Я Л . . . .1 .1 .—
я л . I
—
£ _ ..
Л _J _J _
/ / r * : i ___
Muukkonen p ., Makipaa r . Biomass equations tor European trees: Aaaenaum // Silva hennic
Nelson B.W., Mesquita R., Pereira J.L.G., et al. Allometric regressions for improved estimate:
Ecology and Management. 1999. Vol. 117. P. 149-167.
Overman J.P.M., Witte H.J.L. and Saldarriaga J.G. Evaluation of regression models for above
J. of Tropical Ecology. 1994. Vol. 10. P. 207-218.
Parresol B.R. Assessing tree and stand biomass: A review with examples and critical compar
Pastor J., Aber J.D., Melillo J.M. Biomass prediction using generalized allometric regressions
Management. 1984. Vol. 7. P. 265-274.
Perala D.A., Alban D.H. Allometric biomass estimators for aspen-dominated ecosystems in th
Forest Experiment Station. Res. Paper NC-314. 1993. 38 p.
Petras R., Kosut M., Oszlanyi J. Listova biomasa stromov smreka, borovice a buka // Lesnfck
Ruark G.A., Martin G.L., Bockheim J.G. Comparison of constant and variable allometric ratios
Science. 1987. Vol. 33. No. 2. P. 294-300.
Scarascia-Mugnozza G., Bauer G.A., Persson H. et al. Tree biomass, growth and nutrient po
European forest ecosystems. Berlin; Heidelberg; New York: Springer-Verlag, 2000. P. 49-62
Schlaegel B.E. Boxelder (Acer negundo L.) biomass component regression analysis for the M
Schmitt M.D.C., Grigal D.h. Generalized biomass estimation equations for Betula papyrifera I
Singh T. Biomass equations for ten major tree species of the prairie provinces // Canadian F
NOR-X-242. 1982. 35 p.
Singh T. Biomass equations for six major tree species of the Northwest territories // Canadia
Rep. NOR-X-257. 1984. 22 p.
Singh T. Generalizing biomass equations for the boreal forest region of west-central Canada
Son Y., Hwang J.W., Kim Z.S., Lee W.K., Kim J.S. Allometry and biomass of Korean pine (Pin
2001. Vol. 78. P. 251-255.
Stark H., Nothdurft A. and Bauhus J. Allometries for widely spaced Populus ssp. and Betula s
P. 1003-1031(doi:10.3390/f4041003).
Tahvanainen L. Allometric relationships to estimate aboveground dry-mass and height in Sal
Ter-Mikaelian M.T., Korzukhin M.D. Biomass equations for sixty-five North American tree spe
P. 1-24.
Ung C.-H., Bernier P., Guo X.-J. Canadian national biomass equations: new parameter estim
2008. Vol. 38. P. 1123-1132.
Usoltsev V.A. Forest biomass and primary production database for Eurasia. CD-version. The
Ural State Forest Engineering University, 2013 (http://elar.usfeu.ru/handle/123456789/305l
Vann D.R., Palmiotto P.A., Strimbeck G.R. Allometric equations for two South American coni'
Management. 1998. Vol. 106. P. 55-71.
Wang J.R., Zhong A.L., Kimmins J.P. Biomass estimation errors associated with the use of pi
aspen // North. J. Appl. For. 2002. Vol. 19. No. 3. P. 128-136.
Wharton E.H., Griffith D.M. Methods to estimate total forest biomass for extensive forest Inv
Forest Service, Northeastern Forest Experiment Station. Research Paper NE-681, 1993. 52 p
Wirth C., Schulze E.-D., Schulze W., von Stunzner-Karbe D., Ziegler W., Miljukova I.M. et al
Scots pine forests as controlled by competition and fire // Oecologia. 1999. Vol. 121. P. 66-8
Wirth C., Schumacher J., Schulze E.-D. Generic biomass functions for Norway spruce in Cent
uncertainty estimation // Tree Physiology. 2004. Vol. 24. P. 121-139.
Zianis D., Mencuccini M. Aboveground biomass relationships for beech (Fagus moesiaca Cz.)
equations for Fagus sp. // Ann. For. Sci. 2003. Vol. 60. P. 439-448.
Zianis D., Mencuccini M. On simplifying allometric analyses of forest biomass // For. Ecol. Me
Zianis D., Muukkonen P., Makipaa R., Mencuccini M. Biomass and stem volume equations for
Vol. 4. 63 p.
Zianis D., Xanthopoulos G., Kalabokidis K., Kazakis G., Ghosn D., Roussou O. Allometric equ
Pinus brutia Ten. trees growing in North and South Aegean islands, Greece // European Jour