Елена Наймарк

Рост лесов можно прогнозировать точнее

Кедровый лес в Сибири. Несмотря на сложные внутрипопуляционные и экосистемные связи кедровых лесов, ученые научились вполне адекватно прогнозировать их состояние, темпы прироста, динамику запасов. Фото с сайта www.fo-sibirski.ru/about/clause/119/94234/
Кедровый лес в Сибири. Несмотря на сложные внутрипопуляционные и экосистемные связи кедровых лесов, ученые научились вполне адекватно прогнозировать их состояние, темпы прироста, динамику запасов. Фото с сайта www.fo-sibirski.ru/about/clause/119/94234/

В новой модели роста лесопосадок учитывается четыре основных зависимости. Во-первых, прямая зависимость темпов роста от текущего запаса древесины. Во-вторых, плотностная регуляция роста деревьев при определенной максимальной емкости среды. В-третьих, определенная пороговая величина биомасы молодых растений, при которой начинается рост леса. До достижения этого критического значения ростки деревьев не могут конкурировать с травянистым покровом. И, наконец, поправочная функция замедления роста в связи с возрастным сокращением живых делящихся клеток в тканях дерева. Эта модель хорошо описывает рост реальных лесов, в частности, насаждений сибирских кедров.

Специалисты-лесоведы А.С.Исаев из центра по проблемам экологии и продуктивности лесов и В.Г.Суховольский и Т.В.Овчинникова из института леса им Сукачева СОРАН предложили новую модель, описывающую процесс роста леса. Модели роста лесов необходимы для планирования лесопосадок, объемов рубок, а более глобальные задачи включают оценку изменения ландшафтов, местных экологических условий и т.д. Модель роста леса должна описывать прирост древесины в зависимости от имеющегося запаса, или, по-другому, скорость роста биомассы или объема древесных пород от текущего значения биомассы. Раньше эксплуатировались три типа моделей. Простейшая модель (модель Берталанффи) предполагает обратную зависимость между приростом и текущим запасом: чем больше текущий запас, тем меньше прирост. В такой модели изначально заложена только идея о плотностной регуляции роста. Согласно второй модели прирост массы древесины тем больше, чем больше текущий запас, но прирост ограничен емкостью среды (модель Ферхюльста). Если значение текущего запаса приближается к значению максимальной емкости среды, то прирост фитомассы устремляется к 0; а при близких к 0 значениях запаса (то есть на начальных стадиях роста леса) темпы нарастания фитомассы максимальны. Наибольший прирост при любых значениях коэффициента прироста (удельной скорости роста) и емкости среды достигается при запасе, равном половине максимальной емкости среды. Таким образом, модели второго типа эксплуатируют идею о прямой зависимости скорости роста от текущего запаса, но предусматривают экологическое ограничение – максимальную емкость среды. В моделях третьего типа вносится поправка, регулирующая интенсивность плотностной регуляции; иначе говоря, определяется соотношение влияния на приросты емкости среды и текущего запаса. Это модель Митчерлиха.

Первый тип моделей представляет скорее исторический интерес, чем практический. Второй тип моделей более распространен, так как более или менее адекватно описывает некоторые реальные данные по скорости роста фитомассы. К таким удачным примерам относятся, например, расчет параметров роста насаждений кедра (Pinus sibirica). Рост других лесопосадок, примеры которых разобраны в статье, не согласуются со второй моделью и требуют внесения поправок, предусмотренных моделями третьего типа. Но даже и в моделях третьего типа параметры реальных лесов не всегда согласуются с модельными предсказаниями.

Для более адекватного описания роста лесов ученые внесли некоторые уточнения в модель второго типа. Эти уточнения касаются как экологии лесопосадок, так и биологических особенностей нарастания древесины. Сначала рассмотрим экологические поправки. Начало роста леса прежде моделировалось просто: из одного семечка вырастало гипотетическое дерево, которое давало прирост и семена, из тех вырастали новые деревья – и так по нарастающей, пока емкость среды не начнет ограничивать темпы роста. То есть на месте вырубки, пожарища или уничтоженного вредителями участка леса обязательно должен был вырасти новый лес – семена-то всегда найдутся. Реально же лес не всегда возобновляется на опустевшем участке. Иногда поляны, луга так и остаются, их дерновина заглушает молодую поросль, не давая расти новому лесу. В таком состоянии остановленного роста потенциальный лес может существовать сколь угодно долго. Его реальный рост начнется, когда масса древесных ростков превысит некий порог. В новой модели учтена именно эта особенность начального этапа формирования леса. В модели имеются три точки, когда прирост равен нулю: это точка начала роста, точка критической массы древесных ростков, точка, в которой фитомасса достигает максимальной емкости среды.

Вторая поправка в модели – биологическая. Она относится к прямой зависимости прироста биомассы от текущего запаса. Известно, что чем старше дерево, тем меньше в нем живых делящихся клеток, следовательно, тем меньше его относительный прирост. Так что прямая зависимость корректируется соответствующей функцией, снижающей скорость нарастания фитомассы при увеличении запаса.

В работе разобран пример применимости трех моделей (второй, третьей и предложенной Исаевым с коллегами) для описания роста конкретного леса – кедровых насаждений в среднесибирской тайге. Точность описания фактических данных третьей моделью и новой примерно одинаковы; для второй модели точность значительно ниже. Зато новая модель, как указывают авторы работы, более адекватно характеризует начальные этапы роста насаждений. Ведь по прежним моделям получается, что лес, как его ни руби и ни уничтожай, все равно вырастет, а мы знаем, что это, к сожалению, не так.

Осталось отметить, что в специалисты приводят простые формулы и некоторые подходы к методам расчета параметров модели. Так что для исследователей, занимающихся вопросами лесоведения, данная работа может послужить и практическим руководством. В частности показано, как влияет бонитет леса на параметры модели.

Описание данной модели было опубликовано авторами в журнале «Хвойные бореальные зоны» в 2004 г. В ранее опубликованной работе показано и проиллюстрировано примерами, как в уравнение добавить еще и функцию изъятия части древесины. Вряд ли нужно пояснять актуальность подобной модели.

Элементы

© 2005-2017 «Элементы»