Редукционные числа и прирост по диаметру сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в условиях г. Майкопа

Полный текст

Введение

Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) является одной из главных лесообразующих пород в Российской Федерации и распространена в различных климатических зонах [11]. В благоприятных условиях она достигает до 40 м высоты и более 1 м в диаметре ствола. Этот вид характеризуется многогранной хозяйственной ценностью [1; 7], широко выращивается в лесном и лесопарковом хозяйстве [5; 9], имеет значительное формовое разнообразие [6; 20]. Благодаря произрастанию в различных зонах растение с успехом используется для индикации изменения окружающей среды [3; 14; 18].

Одним из важных показателей, характеризующих лесные насаждения являются редукционные числа диаметров [4; 10; 21]. Определяются они из соотношения диаметра конкретного дерева к среднему в насаждении (Анучин Н. П. Лесная таксация. М.: Лесная промышленность. 1971. 512 с.). Они широко применяются в лесоводственной практике и научных исследованиях. Так, их использование позволяет определить световую потребность и дифференциацию древесной растительности в лесопарках и городских лесах, принимать решения по формированию лесных участков рубками ухода [2], оценит структурно-функциональную организацию молодняков сосны [4; 10], выявить строение и форму насаждений [13; 19]. Это показатель имеет сходный процесс изменения от ранга дерева для различных пород, однако в зависимости от конкретных условий возможна их трансформация, и это требует уточнения [4; 10].

Учитывая значительное распространение сосны обыкновенной, она широко применяется в различных климатических исследованиях [17; 18].

Одним из основных параметров является изучение изменения ширины годичных колец по диаметру ствола [9; 12]. При этом наблюдаются как общие тенденции, так и региональные особенности изменения этих показателей [15; 18; 21].

Рассматриваемые значимые для науки и практики параметры лесных растений – редукционные числа и ширина годичных колец диаметров деревьев сосны обыкновенной – для условий г. Майкопа к настоящему времени не изучены и требуют приведения в известность.

Цель исследования – выявить значения редукционных чисел и изменение ширины годичных колец ствола с периодом роста у сосны обыкновенной в условиях г. Майкопа.

Для решения поставленной цели решались задачи, связанные с проведением сплошного перечета деревьев, измерением годичных колец, созданием статистических моделей.

Объект и методы исследования

Объектом исследования являлся искусственно созданный массив сосны обыкновенной, произрастающей на территории дачного товарищества «Дружба» г. Майкопа. Координаты произрастания: C 44° 35’ 19,52; В 40° 03’ 31,23, высота над уровнем моря 202 м. Насаждение 1а бонитета площадью около 1,5 га находится на второй надпойменной террасе реки Белой. Почвы – лугово-черноземные выщелоченные [8].

Всего изучено 100 растений в центральной части участка. Диаметр ствола на высоте 1,3 м устанавливали по значениям длины окружности с использованием выражения D = C/π. Возраст насаждения определяли путем подсчета годичных колец на срезанном пне. Ширина годичных колец вычислялась как среднее от суммы измерений, произведенных в двух противоположных направлениях штангенциркулем. Редукционные числа вычисляли по методу Шиффеля (Анучин Н. П. Лесная таксация. М.: Лесная промышленность. 1971. 512 с.) и методом усреднённых данных для групп рангов [13]. Обработку полевых материалов осуществляли с использованием программы Microsoft Exсel и STADIA8.0 для Windows известными методами (Кулаичев А. П. Методы и средства комплексного анализа данных: учебное пособие. 4-е изд. перераб. и доп. М.: Форум; ИНФРА-М; 2006. 512 с.; Шмойлова Р. А. и др. Теория статистики: учебник. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Финансы и статистика; 2004. 656 с.).

Результаты исследования и их обсуждение

Распределение растений сосны обыкновенной по диаметру на изучаемом участке представлено на рисунке 1. Данные показывают, что графическое распределение значений по диаметру близко к нормальному.

Результаты статистической оценки показателя приведены в таблице 1.

Рисунок 1. Распределение деревьев сосны обыкновенной по диаметру

 

Таблица 1. Статистические показатели диаметра сосны обыкновенной

Статистические показатели	Значения
Среднее	29,86+-0,67
Медиана	30,00
Мода	30,89
Коэффициент вариации	22,51
Эксцесс	0,89
Асимметричность	0,47
Минимум	13,44
Максимум	49,68

 

Согласно таблице 1, точность опыта составила 2,24 %, среднее, медиана и мода, близки по значениям, что также указывает на возможное нормальное статистическое распределение стволов по диаметру на изучаемом объекте. Предположения, сделанные на основе рисунка 1 и таблицы 1, подтверждаются оценкой распределения с использованием статистических показателей (Колмогоров = 0,0786, значимость = 0,1565, степ. своб. = 100. Гипотеза 0: Распределение не отличается от нормального. Омега-квадрат = 0,06177, Значимость = 0,3685, степ. своб. = 100. Гипотеза 0: Распределение не отличается от нормального. Хи-квадрат = 9,674, значимость = 0,1391, степ. своб. = 6. Гипотеза 0: Распределение не отличается от нормального.

Значения редукционных чисел диаметров сосны обыкновенной, вычисленные по методике Шифффеля, и их отличия от табличных представлены в таблице 2.

Таблица 2. Значения и отличия (%) редукционных чисел сосны обыкновенной, вычисленных различными методами

 

Методы	Значения редукционных чисел для рангов дерева
	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Фактические по Шиффелю	0,450	0,709	0,824	0,885	0,939	1,003	1,045	1,077	1,173	1,261	1,664
Табличные по Шиффелю	0,550	0,690	0,770	0,840	0,890	0,950	1,010	1,080	1,170	1,280	1,570
Отличия фактических от табличных по Шиффелю	22,86	-2,72	-6,49	-5,34	-4,86	-4,95	-3,37	0,25	-0,28	1,53	-5,64
Модель 1	0,453	0,686	0,833	0,916	0,958	0,981	1,009	1,064	1,168	1,346	1,619
Модель 2	0,532	0,706	0,824	0,899	0,948	0,986	1,026	1,086	1,179	1,321	1,526
Модель 3	0,493	0,696	0,828	0,908	0,953	0,983	1,018	1,075	1,174	1,333	1,573

 

Из результатов таблице 2 следует, что при сравнении вычисленных редукционных чисел с табличными по Шиффелю они изменяются параллельно (T-параллельность = 0,504, значимость = 0,6255, Гипотеза 0: Нет различий между коэффициентами наклона). Также между сравниваемыми редукционными числами выявлена высокая статистическая связь (r = 0,9882, значимость = 4,558E-6). Дисперсионный анализ не выявил отличий между редукционными числами для сравниваемых объектов (F = 0,0119, значимость = 0,989). Результаты, полученные при использовании различных методов статистического анализа, указывают на подобие процессов изменения редукционных чисел диаметров сосны в условиях г. Майкопа с лесными условиями в других регионах для других пород. Однако для некоторых рангов отличия превышают допустимый для научного заключения предел свыше 5 %, (0 – 22,86, 20 – 6,49, 30 – 5,45, 100 – 5,64 %). Это требует корректировки значений редукционных чисел для конкретных условий. В этом случае использовали метод моделирования (Шмойлова Р.А. и др. Теория статистики: учебник. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Финансы и статистика; 2004. 656 с.). Модель, созданная на основе метода Шиффеля имеет вид У = 3,794E-6*x³ 0,0005472*x²  + 0,02844*x + 0,4528. R² = 0,9866. (1) где, У – значение редукционного числа, х – ранг дерева.

Метод Шиффеля предполагает использование значений отдельных особей, что может приводить к ошибкам. Более точное вычисление редукционных чисел возможно с использованием среднего внутри групп рангов [13]. Вычисленные на этой основе редукционные числа использованы для создания следующей модели изменения редукционных чисел диаметров от ранга дерева

У = 2,51Е-6*х³ – 0,000359*х² + 0,02074*х + 0,5323. R² = 0,995.               (2)

Сравнение регрессий 1, 2 указало на параллельность процессов (Т-параллельность = 0,683, значимость = 0,5097), высокую связь между значениями (r = 0,9967, t_факт = 36,92, t _0,01 = 4,78) и отсутствия между ними статистического различия (t_факт = 0,01, t _0,01 = 3,82).

Это дает основание использовать среднее между ними и на этой основе создать новую модель 3 на принципах мультимоделирования [16] (рис. 2).

На основе модели 3 вычислены уточненные редукционные числа для диаметров сосны обыкновенной для изучаемых условий (табл. 2).

 

Рисунок 2. Модель 3. Изменение редукционных чисел диаметра стволов сосны обыкновенной, произрастающей в г. Майкопе

Рисунок 3. Изменение ширины годичного кольца по диаметру ствола сосны обыкновенной в изучаемый период для условий г. Майкопа

Изменение ширины годичных колец сосны обыкновенной, произрастающей на второй пойменной террасе реки Белой, представлено на рисунке 3. Как следует из рисунка, с возрастом наблюдается снижение ширины годичных колец. Это снижение для изучаемых условий аппроксимируется функцией вида 

У = 7,8914e-^0,046x            R² = 0,83                  (3)

где, х – годы, У – годовой прирост по диаметру, мм. Подобное изменение выявлено для сосны и другими авторами, например, в Воронежской области [9], что указывает на сходность процессов формирования приростов по диаметру в различных условиях.

Финансирование

Работа выполнена в рамках тематики ФГБОУ ВО «Майкопский государственный технологический университет» «Мониторинг состояния и разработка инженерно-биологических сооружений для предотвращения деградации окружающей среды» Рег. № АААА-А20-120122590046-8.

Авторский вклад. Авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении и анализе данного исследования, ознакомились и одобрили представленный окончательный вариант.

Конфликт интересов.  Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Author’s contribution. Authors of this research paper have directly participated in the planning, execution and analysis of this study. Authors of this paper have read and approved the final version submitted.

Conflict of interest.  Authors declare no conflict of interest.

Об авторах

Светлана Герсановна Биганова

ФГБОУ ВО «Майкопский государственный технологический университет»

Email: info@mkgtu.ru
ORCID iD: 0000-0002-0581-3612

Доцент

Россия, 385000, ул. Первомайская, д. 191, г. Майкоп

Юрий Иванович Сухоруких

ФГБОУ ВО «Майкопский государственный технологический университет»

Автор, ответственный за переписку.
Email: drsuchor@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-5073-6102

д.с.-х.н., профессор

Россия, 385000, ул. Первомайская, д. 191, г. Майкоп

Любовь Андреевна Колесова

ФГБОУ ВО «Майкопский государственный технологический университет»

Email: info@mkgtu.ru

магистрант

Россия, 385000, ул. Первомайская, д. 191, г. Майкоп

Екатерина Олеговна Кияшкина

ФГБОУ ВО «Майкопский государственный технологический университет»

Email: info@mkgtu.ru

аспирант

Россия, 385000, ул. Первомайская, д. 191, г. Майкоп

Список литературы

Дополнительные файлы