РАНГОВОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ФРАКЦИЙ ФИТОМАССЫ ДЕРЕВЬЕВ В НОВОМ ОСВЕЩЕНИИ
- Авторы: Усольцев В.А.1,2, Цепордей И.С.1
-
Учреждения:
- Ботанический сад УрО РАН
- Уральский государственный лесотехнический университет
- Выпуск: № 4 (2023)
- Страницы: 41-51
- Раздел: ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ СТАТЬИ
- URL: https://journal-vniispk.ru/2311-1410/article/view/350610
- DOI: https://doi.org/10.15372/SJFS20230404
- ID: 350610
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Вследствие наблюдаемых климатических сдвигов актуализируется проблема адекватной оценки углероддепонирующей способности лесов и ее возможных климатически обусловленных изменений. Для достижения оптимальной продуктивности растения должна быть обеспечена определенная пропорциональность между его органами, которая зависит в том числе от относительного количества фитомассы в них. В отличие от теорий метаболического масштабирования и адаптивного распределения масс, выполненное исследование связано с концепцией, основанной на негауссовских распределениях. С использованием опубликованных данных о фитомассе 4515 деревьев лесообразующих хвойных родов Евразии изложена новая концепция ранжирования фракций фитомассы на основе модифицированной модели Ципфа - Парето. В связи с тем, что ствол и ветви в архитектонике дерева выполняют одну и ту же функцию, а именно осуществление ксилемного и флоэмного транспорта и поддержание ассимиляционного аппарата дерева в пространстве полога, названные две фракции мы объединяем при ранжировании фитомасс в один общий блок. Поскольку у однолетних сеянцев ветви отсутствуют, и хвоя крепится непосредственно к их стволику (оси побега), объединение фитомасс ствола и ветвей в единый блок позволило рассмотреть динамику распределения фитомасс в растении в полном возрастном диапазоне, от сеянцев до спелых деревьев. Приняв ранжирование фитомасс в последовательности ствол плюс ветви, корни и хвоя, мы установили на начальном этапе роста растений положительную связь с рангом фитомасс. По мере роста растения названная положительная связь меняет знак и становится отрицательной. Представленная закономерность подтверждена статистически на уровне p<0.999. Смена знака коэффициента конкуренции за ресурс происходит у всех родов в довольно узком возрастном диапазоне (от 2 до 7 лет).
Об авторах
Владимир Андреевич Усольцев
Ботанический сад УрО РАН; Уральский государственный лесотехнический университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: usoltsev50@mail.ru
Екатеринбург, Россия; Екатеринбург, Россия
Иван Степанович Цепордей
Ботанический сад УрО РАН
Email: ivan.tsepordey@yandex.ru
Екатеринбург, Россия
Список литературы
- Антанайтис В. В., Тябера А. П., Шяпетене Я. А. Законы, закономерности роста и строения древостоев: Метод. пособ. Каунас: Литов. с.-х. акад., 1986. 157 с.
- Воробейчик Е. В. Статическая аллометрия в случае существенно неоднородных выборок: опасность артефакта // Сиб. экол. журн. 2001. Т. 8. № 5. С. 631-636.
- Воробьев В. Н., Хамитов Р. С. Влияние состояния филлотаксиса на показатели роста сеянцев кедра сибирского // Вестн. Иркут. гос. с.-х. акад. 2015. Вып. 69. С. 46-52.
- Данилов Ю. И., Попова А. А., Бурцев Д. С. Использование компостов из твердых бытовых отходов в питомниках для удобрения посевов сосны и ели // Лес-2009: Материалы X Междунар. науч.-тех. конф. Брянск: БГИТА, 2009. С. 1-4.
- Заде Л. А. Основы нового подхода к анализу сложных систем и процессов принятия решений // Математика сегодня: сб. перевод. ст. М.: Знание, 1974. С. 5-49.
- Иванчиков А. А. Биологическая и хозяйственная продуктивность сосняков Карелии // Лесные растительные ресурсы Южной Карелии. Петрозаводск: Карелия, 1971. С. 78-85.
- Казимиров Н. И., Волков А. Д., Зябченко С. С., Иванчиков А. А., Морозова Р. М. Обмен веществ и энергии в сосновых лесах Европейского Севера. Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1977. 304 с.
- Комаров А. С. Смена парадигмы математического моделирования в экологии // Моделирование динамики органического вещества в лесных экосистемах / ред. В. Н. Кудеяров. М.: Наука, 2007. С. 13-19.
- Комаров А. С., Гинжул Л. К., Шанин В. Н., Быховец С. С., Бобкова К. С., Кузнецов М. А., Манов А. В., Осипов А. Ф. Особенности распределения биомассы бореальных видов деревьев по фракциям // Изв. РАН. Сер. биол. 2017. № 6. С. 656-664.
- Кофман Г. Б. Рост и форма деревьев. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1986. 211 с.
- Мамаев А. А., Жемкова Е. С. Влияние субстратов на рост сеянцев сосны горной с ЗКС в Ботаническом саду-институте ПГТУ // Междунар. журн. гуман. и естеств. наук. 2019. № 1. С. 112-114.
- Мина Н. В., Клевезаль Г. А. Рост животных. М.: Наука, 1976. 291 с.
- Мухортов Д. И., Антропова А. В. Рост и развитие сеянцев сосны обыкновенной в контейнерах при использовании субстратов различной плотности сложения // Лесные экосистемы в условиях изменения климата: биологическая продуктивность и дистанционный мониторинг: Междунар. сб. науч. ст. Йошкар-Ола: Поволж. гос. технол. ун-т, 2019. С. 42-53.
- Оплетаев А. С., Залесов С. В., Башегуров К. А., Осипенко А. Е., Жигулин Е. В. Влияние способа полива на рост и фитомассу сеянцев лиственницы Сукачева (Larix sukaczewii Dyl.) // Междунар. науч.-иссл. журн. 2021. № 11 (113). Ч. 1. С. 160-165.
- Острошенко В. В., Острошенко Л. Ю., Острошенко В. Ю. Влияние корневой подкормки стимуляторами роста одно-двухлетних сеянцев пихты почкочешуйной Abies nephrolepis (Trautv.) на их дальнейший рост // Вестн. КрасГАУ. 2015. № 10. С. 160-167.
- Палуметс Я. К. Опыт моделирования распределения фитомассы ели // Лесоведение. 1990. № 3. С. 43-48.
- Подлазов А. В. Закон Ципфа и модели конкурентного роста // Новое в синергетике. Нелинейность в современном естествознании / Ред. Г. Г. Малинецкий. М.: Либроком, 2009. С. 229-256.
- Рачко П. Имитационная модель динамики роста дерева как элемента биогеоценоза // Пробл. кибернетики. 1979. Вып. 52. С. 73-111.
- Розенберг Г. С. Математическое моделирование фитоценотических систем // Бюлл. МОИП. Отд. биол. 1980. Т. 85. Вып. 2. С. 79-88.
- Соловьев В. А., Нян Ч. Т., Шорохова Е. В. Распределение углерода по фракциям фитомассы различных древостоев и лесного массива // Изв. СПбГЛТА. 2012. Вып. 198. С. 33-40.
- Стаканов В. Д. Распределение органического вещества в различных частях деревьев сосны обыкновенной // Лесоведение. 1990. № 4. С. 25-32.
- Суховольский В. Г. Распределение фитомассы деревьев по фракциям и оценка биопродуктивности деревьев и насаждений // Лесоведение. 1996. № 1. С. 30-40.
- Суховольский В. Г. Свободная конкуренция фракций дерева за ресурсы и аллометрические соотношения // Журн. общ. биол. 1997. Т. 58. № 5. С. 80-88.
- Суховольский В. Г. Экономика живого: Оптимизационный подход к описанию процессов в экологических сообществах и системах. Новосибирск: Наука, 2004. 140 с.
- Суховольский В. Г., Иванова Ю. Д. Оценка чистой первичной продукции лесных насаждений с использованием модели распределения фитомассы по фракциям // Лесоведение. 2013. № 5. С. 20-28.
- Суховольский В. Г., Иванова Ю. Д. Рост лесных насаждений как аналог процесса производства в экономических системах: У2Е-модель // Сиб. лесн. журн. 2015. № 3. С. 20-31.
- Суховольский В. Г., Иванова Ю. Д., Ковалев А. В. Рост насаждений кедровой сосны Pinus sibirica Du Tour разных бонитетов: оценка влияния регулирующих факторов // Хвойные бореал. зоны. 2022. Т. 40. № 5. С. 388-394.
- Усольцев В. А. Моделирование структуры и динамики фитомассы древостоев. Красноярск: Изд-во Краснояр. гос. ун-та, 1985. 191 с.
- Усольцев В. А. Принципы и методика составления таблиц биопродуктивности древостоев // Лесоведение. 1988. № 2. С. 24-33.
- Усольцев В. А. Биологическая продуктивность лесообразующих пород в климатических градиентах Евразии (к менеджменту биосферных функций лесов). Екатеринбург: УГЛТУ, 2016. 384 с.
- Фёрстер Э., Рёнц Б. Методы корреляционного и регрессионного анализа: Руководство для экономистов. М.: Финансы и статистика, 1983. 302 с. (пер. с нем.).
- Фрейберг И. А., Ермакова М. В., Стеценко С. К. Модификации морфологии и фитомассы сеянцев сосны обыкновенной под влиянием пестицидов // Леса Урала и хоз-во в них. 1998. Вып. 20. С. 166-170.
- Цепордей И. С., Усольцев В. А. Всеобщий характер действия закона Либиха - Шелфорда на биологическую продуктивность лесообразующих видов в климатических градиентах Евразии // Вестн. Поволж. гос. технол. ун-та. Сер: Лес. Экол. Природопольз. 2022. № 4 (56). С. 5-18.
- Чертов О. Г., Комаров А. С., Зудин С. Л., Михайлов А. В. Базовая модель роста дерева, основанная на экологических параметрах // Моделирование динамики органического вещества в лесных экосистемах. М.: Наука, 2007. С. 147-156.
- Шмитхюзен И. Общая география растительности. М.: Прогресс, 1966. 310 с. (пер. с нем.).
- Якимов Н. И., Поплавская Л. Ф., Сероглазова Л. М. Влияние состава субстрата на рост и развитие сеянцев сосны с закрытой корневой системой // Тр. Белорус. гос. технол. ун-та. Сер. 1. Лесн. хоз-во. 2004. Вып. 12. С. 189-192.
- Assmann E. Waldertragskunde: Organische Produktion, Struktur, Zuwachs und Ertrag von Waldbeständen. München, Bonn, Wien: BLV Verlagsgesellschaft, 1961. 492 р.
- Baskerville G. L. Use of logarithmic regression in the estimation of plant biomass // Can. J. For. Res. 1972. V. 2. N. 1. P. 49-53.
- Benguigui L., Blumenfeld-Lieberthal E. A dynamic model for city size distribution beyond Zipf’s law // Phys. A: Statistical mechanics and its applications. 2007. V. 384. Iss. 2. P. 613-627.
- Davidson R. L. Effect of root/leaf temperature differentials on root/shoot ratios in some pasture grasses and clover // Ann. Bot. (N. S.). 1969. V. 33. N. 3. P. 561-569.
- Delerue F., Scattolin M., Atteia O., Cohen G. J., Franceschi M., Mench M. Biomass partitioning of plants under soil pollution stress // Comm. Biol. 2022. V. 5. N. 1. Article number: 365.
- Delong V. A. Zipf’s law and zeta distribution. BSc Thesis. Czech Tech. Univ. Prague, 2011. 60 p.
- Deng C., Ma F., Xu X., Zhu B., Tao J., Li Q. Allocation patterns and temporal dynamics of Chinese fir biomass in Hunan Province, China // Forests. 2023. V. 14. N. 2. Article number: 286.
- Dhar P. K., Giuliani A. Laws of biology: why so few? // Syst. Synth. Biol. 2010. V. 4. N. 1. P. 7-13.
- Dubois E. Sur le rapport du poids de l’encéphale avec la grandeur du corps chez les mammifères // Bull. Soc. d’Anthrop. Paris. 1897. V. 8. P. 337-376.
- Enquist B. J., Niklas K. J. Global allocation rules for patterns of biomass partitioning in seed plants // Science. 2002. V. 295. N. 5559. P. 1517-1520.
- Ivancheva L. E. The non-Gaussian nature of bibliometric and scientometric distributions: A new approach to interpretation //j. Amer. Soc. Inf. Sci. Technol. 2001. V. 52. Iss. 13. P. 1100-1105.
- Komarov A. S., Ginzhul L. K., Shanin V. N., Bykhovets S. S., Bobkova K. S., Kuznetsov M. A., Manov A. V., Osipov A. F. Pattern of biomass partitioning into fractions of boreal trees // Biol. Bull. 2017. V. 44. Iss. 6. P. 626-633 (Original Rus. Text © A. S. Komarov, L. K. Ginzhul, V. N. Shanin, S. S. Bykhovets, K. S. Bobkova, M. A. Kuznetsov, A. V. Manov, A. F. Osipov, 2017, publ. in Izv. Akad. Nauk. Ser. Biol. 2017. N. 6. P. 656-664).
- Liu R., Yang X., Gao R., Hou X., Huo L., Huang Z., Cornelissen J. H. C. Allometry rather than abiotic drivers explains biomass allocation among leaves, stems and roots of Artemisia across a large environmental gradient in China //j. Ecol. 2020. V. 109. Iss. 2. P. 1026-1040.
- Mandelbrot B. Final note on a class of skew distribution functions: Analysis and critique of a model due to H. A. Simon // Inform. & Control. 1961. V. 4. N. 2-3. P. 198-216.
- McCarthy M. C., Enquist B. J., Kerkhoff A. J. Organ partitioning and distribution across the seed plants: assessing the relative importance of phylogeny and function // Int. J. Plant Sci. 2007. V. 168. N. 5. P. 751-761.
- Møller A. P., Jennions M. D. How much variance can be explained by ecologists and evolutionary biologists? // Oecologia. 2002. V. 132. N. 4. P. 492-500.
- Nilsson U., Albrektson A. Productivity of needles and allocation of growth in young Scots pine trees of different competitive status // For. Ecol. Manag. 1993. V. 62. P. 173-187.
- Oliver C. D., Larson B. C. Forest stand dynamics. Biol. Res. Manag. Ser. New York: McGraw-Hill, 1990. 467 p.
- Palumets J. K. Analysis of phytomass partitioning in Norway spruce. VIII Scripta Bot. Tartu: Univ. Press., 1991. 95 p.
- Poorter H., Jagodzinski A. M., Ruiz-Peinado R., Kuyah S., Luo Y., Oleksyn J., Usoltsev V. A., Buckley T. N., Reich P. B., Sack L. How does biomass distribution change with size and differ among species? An analysis for 1200 plant species from five continents // New Phytol. 2015. V. 208. Iss. 3. P. 736-749.
- Poorter H., Niklas K. J., Reich P. B., Oleksyn J., Poot P., Mommer L. Biomass allocation to leaves, stems and roots: meta-analyses of interspecific variation and environmental control // New Phytol. 2012. V. 193. N. 1. P. 30-50.
- Snell O. Die Abhängigkeit des Hirngewichtes von dem Körpergewicht und den geistigen Fähigkeiten // Arch. für Psychiatrie und Nervenkrankheiten. 1892. V. 23. P. 436-446.
- Thompson D. A. On growth and form. Cambridge Univ. Press, 1917. 793 p.
- Usoltsev V. A. Single-tree biomass data for remote sensing and ground measuring of Eurasian forests: digital version. The second edition, enlarged. Yekaterinburg: Ural St. For. Engineer. Univ.; Bot. Garden, Ural Br.Rus. Acad. Sci., 2020. https://elar.usfeu.ru/handle/123456789/9647
- Waring R. H. Site, leaf area and phytomass production in trees In: Mountain environments and subalpine tree growth: Proc. IUFRO. Workshop, Nov., 1979, Christchurch, New Zealand. Wellington, New Zealand: NZ For. Serv., For. Res. Inst., 1980. P. 125-136.
- Warren W. G. Record of preplanned and spontaneous discussions concerning the paper by Furnival G. M. and Wilson R. W. «Systems of equations for predicting forest growth and yield» // Stat. Ecol. 1971. V. 3. P. 56-57.
- West G. B., Brown J. H., Enquist B. J. A general model for the origin of allometric scaling laws in biology // Science. 1997. V. 276. N. 5309. P. 122-126.
Дополнительные файлы



