Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ВЛИЯНИЕ ЗАПАСА СОСНЯКОВ НА КАЧЕСТВО ПОЧВЫ ПО ТИПАМ ЛЕСА (ПО ДАННЫМ J. ILVESSALO ИЗ КНИГИ А.К. КАЯНДЕРА О ЛЕСАХ ЮЖНОЙ ФИНЛЯНДИИ)

Мазуркин П.М. 1
1 ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет»
Применительно к ландшафтной архитектуре необходимо в концепции территориального строительства на первое место поставить природные объекты в виде системы «лесная почва – древостой сосняка» естественного происхождения. Для этого вначале необходимо выявить закономерности влияния параметров древостоя на химические вещества лесной почвы. Показана методика определения потребности лесной почвы в питательных веществах по типам леса от прогнозируемой продуктивности сосняков по запасу. Доказано, что между почвой и древостоем наблюдаются явно нелинейные закономерности и колебательные адаптации. Типы леса не являются устойчивыми факторами – это изобретение человека для облегчения расчетов и поведения в лесах. Математически это означает одно: в науках о лесе всегда преобладал принцип линеаризации исходных данных через грубую классификацию. Наблюдается волновая динамика у показателей почвы и древостоя на ней. Поэтому нужно составлять общие таблицы первичных данных измерений без их группировки.
запас сосняков
качество почвы
колебательная адаптация
модели
1. Арзамасцев А.Д., Мазуркин П.М., Максимец Н.В. Факторный анализ сельскохозяйственного производства. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2009. – 388 с.
2. Верхунов П.М., Мазуркин П.М. О моделировании роста отдельных деревьев и древостоев в сосновых насаждениях // Известия инженерно-технологической академии Чувашской Республики: научный журнал. – Чебоксары: ИТА ЧР, 1998. – № 3 (№ 4, № 1, № 2). С. 277–283.
3. Винокурова Р.И., Мазуркин П.М. Тарасенко Е.В. Закономерности физико-химических параметров древесины растущего дерева. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004. – 187 с.
4. Изменение плотности древесины по высоте дерева / П.М. Мазуркин, Р.И. Винокурова, Е.В. Тарасенко, В.Ю. Осипова // Лесной журнал. – 2000. – № 3. – С. 102–108.
5. Каяндер А.К. I. Сущность и значение типов леса. II. Различие в учениях о типах леса (Каяндера, Морозова и Сукачева). – М.: Гослестехиздат, 1933. – 50 с.
6. Мазуркин П.М. Геоэкология: Закономерности современного естествознания: Научное изд. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. – 336 с.
7. Мазуркин П.М. Энергетика формирования ствола лесного дерева // Лесной вестник (научно-информационный журнал). М.: МГУЛ, 2000. – № 1(10). – С. 39–43.
8. Мазуркин П.М., Винокурова Р.И., Латыпова В.З. Волновая динамика свойств древесины растущих деревьев // Циклы природы и общества: материалы VI Международной конференции. Часть 2. – Ставрополь: Изд-во Ставр. ун-та, 1998. – С. 171–174.
9. Мазуркин П.М., Колесникова А.А. Закономерности динамики лесного фонда по категориям земель и качеству древесных ресурсов // Математ. и физич. методы в экологии и мониторинге природной среды: тр.. Междунар. конф. – М.: МГУЛ, 2001. – С. 263–269.
10. Сабанцев Ю.Н., Мазуркин П.М. Статистическое моделирование лесоэкономических данных. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001. – 390 с.

Ландшафтная архитектура – это «искусство создавать гармоничное сочетание естественного ландшафта с освоенными человеком территориями, населенными пунктами, архитектурными комплексами и сооружениями. В задачи ландшафтной архитектуры входят охрана естественных ландшафтов и …» (Большой Энциклопедический словарь).

Чтобы из искусства перейти к науке, необходимо измерить поведение разных видов, типов и структур сосняков к создаваемым удобрениями лесным почвам. Это позволило бы ускорить выявление закономерностей влияния почвы на древостои. Но и сами древостои, как известно, за десятилетия формируют свои места произрастания.

Поэтому цель статьи – показать методику определения потребности лесной почвы в питательных веществах по типам леса в зависимости от прогнозируемой продуктивности древостоев по запасу стволовой древесины плантационных сосняков.

Для лесных древесных плантаций, то есть специально отведенных лесных земельных участков для прямого вмешательства человека в жизнь лесных деревьев, необходимы устойчивые закономерности влияния параметров древостоя на формирование почвенного покрова и изменение его биохимических компонентов.

По мнению А.К. Каяндера «… действительно биологически родственные типы леса стояли в этой системе, возможно, ближе друг к другу». Однако «… типы леса всегда группировались по их нормальным формам (т.е. по растительным сообществам, представляющим спелые, нормально сомкнутые и развившиеся насаждения)». Таким образом, априори, без всякого количественного доказательства, то есть аксиоматически, предполагалась высокая теснота связи между древостоем и почвой в одном типе леса: «Эти нормальные формы, в свою очередь, группировались таким образом, что все сообщества, имеющие близкий видовой состав растительности и соответственно ближе друг к другу стоящие, объединялись в одну группу». И тут же А.К. Каяндер критикует методологию типизации: «Этой, как и всякой естественной системе, само собой понятно, свойственно очень много субъективного» [5, с. 29].

Любая типизация относится к созерцательному творчеству и, как правило, выполняется по эвристическим признакам. Но, как подчеркивал А.К. Каяндер, на одной и той же почве могут произрастать разные типы леса. Он в своей брошюре привел данные экспериментов других авторов по древостоям и почве по отдельности. В этом его заслуга, хотя сам не сумел и, по-видимому, даже не пытался объединить количественные данные измерений.

Концепция лесопользования. Древопользование, как процесс извлечения из леса древесного сырья, является прямым вмешательством в жизнь леса, вплоть до ее полного прекращения сплошными рубками деревьев. В отличие от сельского хозяйства [1], этот процесс будет происходить десятилетиями, но по обработке почвы станет частью растениеводства. В истинном смысле слова заготовка – это лесной земельный участок, на котором проводится растениеводство с активным и интенсивным удобрением почвы для достижения прогнозной продуктивности по объему кругляка при достижении технической (финансовой) спелости стволов.

Таким образом, сплошные рубки должны уйти в плантационное древопользование.

Исходные данные. Совмещенные данные (табл. 1) измерений J. Ilvessalo из книги [5] позволили нам выявить биотехнические закономерности влияния древостев на почву.

Таблица 1

Показатели сосняков разного возраста и лесной почвы по пяти типам леса

Тип

леса

Запас V в возрасте A нормального сосняка, м3/га

На 1 аре

На 1 га, кг

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

прок,

электр,

N

P2O5

K2O

CaO

OMT

19

70

140

208

279

344

405

458

500

535

560

576

1,448

794

3,315

0,492

486

1,478

MT

13

60

135

200

260

313

363

407

443

472

492

503

1,237

497

2,428

0,910

446

1,257

VT

10

44

87

134

177

219

262

299

328

351

366

375

1,029

271

1,726

1,479

449

0,996

CT

7

24

47

75

104

128

153

178

203

222

240

254

1,085

418

1,547

1,080

429

0,680

CIT

3

10

17

31

46

62

80

98

114

132

148

0,601

220

0,860

1,471

531

0,464

Первичные данные по 240 модельным соснам и пробным площадям, а также более 600 почвенным пробам, можно бы поместить в общую таблицу для моделирования.

Влияние запаса на почву. По табл. 2 коэффициент функциональной связности (коррелятивной вариации) равен 0,975. Этот показатель очень высокий и показывает тесную взаимную связь между учтенными финнами в экспериментах факторами.

Таблица 2

Влияние древостоев на почву

A,

лет

Коэффициент корреляции по веществам

Ix

прок.

элек.

N

P2O5

K2O

CaO

Σ

10

1,0000

1,0000

1,0000

1,0000

1,0000

0,9998

5,9998

1

20

1,0000

1,0000

1,0000

1,0000

0,9710

0,9995

5,9705

2

30

1,0000

1,0000

0,9971

0,9159

0,9331

0,9876

5,8337

6

40

1,0000

0,9999

0,9965

0,9138

0,9367

0,9887

5,8356

5

50

1,0000

0,9923

1,0000

0,9191

0,9431

0,9930

5,8475

3

60

1,0000

0,9825

0,9989

0,9152

0,9476

0,9961

5,8403

4

70

1,0000

0,9762

0,9974

0,9110

0,9509

0,9979

5,8334

7

80

1,0000

0,9715

0,9963

0,9082

0,9513

0,9986

5,8259

8

90

1,0000

0,9689

0,9959

0,9072

0,9508

0,9988

5,8216

9

100

1,0000

0,9660

0,9953

0,9061

0,9490

0,9989

5,8153

10

110

1,0000

0,9629

0,9949

0,9056

0,9460

0,9988

5,8082

11

120

1,0000

0,9598

0,9945

0,9047

0,9433

0,9987

5,8010

12

Σ

12

11,780

11,967

11,107

11,423

11,957

70,233

Ix

1

4

3

6

5

2

0,975

Наибольшую общую тесноту связи, как влияющая переменная, получили сосняки в возрасте 10 лет, то есть молодняки оказывают на концентрацию химических веществ в лесной почве наибольшее влияние.

Почти однозначную зависимость получили потери от прокаливания (этот показатель косвенно дает сумму веществ).

На втором месте как показатель находится кальций, а на третьем – общий азот.

Влияние 10-летних сосняков. На потери от прокаливания почвы и концентрации пяти веществ в лесной почве Южной Финляндии (на 1916–1918 гг.) запас в 10 лет дает влияние (рис. 1) по биотехническим закономерностям:

mazurl1a.tif mazurl1b.tif

Потери от прокаливания Содержание электролитов

mazurl1c.tif mazurl1d.tif

Концентрация азота, кг/га Концентрация фосфора, кг/га

mazurl1e.tif mazurl1g.tif

Концентрация калия, кг/га Концентрация кальция, кг/га

Рис. 1. Влияние запаса стволовой древесины на содержание веществ в почве в сосняках 10-летнего возраста

Прок = maz01.wmf; (1)

Элек = maz02.wmf; (2)

maz03.wmf; (3)

maz04.wmf; (4)

maz05.wmf; (5)

maz06.wmf. (6)

Задаваясь требуемым к 10-летнему возрасту плантационного сосняка объемом стволовой древесины, по формулам можно вычислить потребное количество видов удобрения.

Например, при условии V = 0, то есть за 10 лет на земельном участке нет молодняка древостоя, получаем следующие предельные значения: Прок = 1007; Элек = 826; N = 1,53 кг/га; P2O5 = 0,48 кг/га; K2O = 263,4 и CaO = 0 кг/га.

По графикам прокаливания, электролитов и фосфора на рис. 1 заметно, что запас древостоя четко разделяется на две интервала:

а) от нуля до V1 = 8,2 – 9,4;

б) V > 9,4 м3/га.

По рейтингу веществ (см. табл. 2) рассмотрим динамику первого параметра моделей.

Потери при прокаливании. Общее уравнение изменение показателя (табл. 3):

Таблица 3

Влияние запаса на прокаливание

А

а1

а2

а3

а4

а5

10

1007,4

– 1,53943

0,32338

0,51187

0

20

0,42871

0,017280

0,032032

1,73004

0,12036

30

7,47103e-6

0,081766

0,14632

0,66469

0,011816

40

9,50967e-6

0,053776

0,090806

0,71589

0,0081435

50

0,0071820

0,017542

0,017994

1,11109

0,010597

60

0,060227

0,0087352

0,0016821

1,65960

0,013833

70

0,15397

0,0053746

3,71936e-5

2,51026

0,017900

80

0,22521

0,0040066

1,83049e-7

3,66378

0,022153

90

0,25382

0,0034545

8,92273e-10

4,77635

0,025124

100

0,28510

0,0030267

1,30983e-12

6,13469

0,028953

110

0,31091

0,0027471

5,56959e-17

8,23863

0,035238

120

0,33660

0,0025401

4,41865e-23

11,17978

0,044300

Прок = maz07.wmf. (7)

При условии V = 0, то есть на лесном пустыре (поляне, прогалине), будет уравнение

maz08.wmf. (8)

График потерь при прокаливании и других показателей почвы по первому параметру модели (7) приведен на рис. 2. По-видимому, поляны и прогалины возникают из-за несоответствия потребностей деревьев в питании биохимическому потенциалу лесной почвы.

Оксид кальция. Влияние (табл. 4) запаса на кальций имеет вид уравнения

Таблица 4

Влияние запаса на оксид кальция

А

а1

а2

а3

а4

а5

а6

10

0

0

1

0,03352

1,8686

0,09026

20

0,42305

0,032125

0,86189

0

0

0

30

0,37076

0,045181

0,68403

0

0

0

40

0,38137

0,022072

0,76395

0

0

0

50

0,35096

0,022697

0,73218

0

0

0

60

0,31575

0,029005

0,67775

0

0

0

70

0,29547

0,029666

0,66343

0

0

0

80

0,26256

0,037555

0,62368

0

0

0

90

0,22348

0,052563

0,57540

0

0

0

100

0,17970

0,084681

0,51090

0

0

0

110

0,13362

0,14045

0,44824

0

0

0

120

0,077791

0,29383

0,36230

0

0

0

maz09.wmf. (9)

Первый параметр модели (9) определяется (рис. 2) уравнением

maz10.wmf

maz11.wmf. (10)

mazurl2a.tif mazurl2b.tif

Потери от прокаливания Содержание электролитов

mazurl2c.tif mazurl2d.tif

Концентрация азота, кг/га Концентрация фосфора, кг/га

mazurl2e.tif mazurl2g.tif

Концентрация калия, кг/га Концентрация кальция, кг/га

Рис. 2. Динамика содержания веществ в почве в сосняках при условии V = 0

Волновое колебание сильное в период до 50 лет и максимальное при условии А = 0. Для лесной поляны или прогалины оксид кальция становится хорошим индикатором.

Общий азот. Общее уравнение (табл. 5) изменяется по формуле

maz12.wmf. (11)

Таблица 5

Влияние запаса на общий азот

А

а1

а2

а3

а4

а5

10

1,52630

0

– 15,13886

0,84254

1,52630

20

0,83184

0,029324

3,56019e-7

4,49946

0,044606

30

0,57776

0,028758

6,86019e-7

3,55406

0

40

0,54989

0,019315

1,32717e-7

3,58615

0

50

0,58533

0,012893

1,48010e-7

3,30636

0

60

0,58607

0,0099440

9,81391e-8

3,22191

0

70

0,57201

0,0082800

5,56015e-8

3,20993

0

80

0,54524

0,0073218

2,76405e-8

3,24967

0

90

0,50768

0,0068236

1,18672e-8

3,33720

0

100

0,48200

0,0064435

6,13146e-9

3,40303

0

110

0,44483

0,0062804

2,56078e-9

3,51435

0

120

0,41150

0,0062107

1,12143e-9

3,62501

0

В отличие от формул (7) и (9) вторая составляющая становится кризисной.

Первый параметр формулы (11) определяется (рис. 2) закономерностью

maz13a.wmf

maz13b.wmf. (12)

Сосняки обедняют азот почвы, поэтому до 40 лет им нужны азотные удобрения.

Содержание электролитов. Общее уравнение (табл. 6) аналогично азоту

Элек = maz14.wmf. (13)

При этом первый параметр формулы (13) определяется (рис. 2) выражением

maz15.wmf. (14)

Таким образом, чтобы было возобновление на пустом от древостоя земельном участке почва должна содержать не менее 4350 + 136 = 4486 электролита. Молодняк до 30 лет быстро использует электролит почвы, а затем сосновый древостой поддерживает на уровне 136,5.

Таблица 6

Влияние запаса на электролиты почвы

А

а1

а2

а3

а4

а5

10

826,2367

0

0,011012

8,80247

0,94402

20

243,5524

0,019249

1,79995e-21

18,26426

0,35410

30

163,3841

0,029289

0,00051099

3,37779

0

40

156,1427

0,019736

0,00010244

3,42005

0

50

0,016992

0,013080

0,00019173

3,05665

0

60

171,1348

0,010043

0,00017950

2,92115

0

70

167,5261

0,0083685

0,00012087

2,89040

0

80

160,6821

0,0073945

7,13760e-5

2,90970

0

90

151,5230

0,0068626

3,76850e-5

2,96871

0

100

146,1133

0,0064322

2,57400e-5

2,99231

0

110

138,6126

0,0061826

1,68870e-5

3,03127

0

120

132,4365

0,0060160

1,25430e-5

3,05644

0

Оксид калия. Влияние запаса на калий (табл. 7) проявляется по уравнению

maz16.wmf. (15)

По сравнению с азотом и электролитом в кризисной части (15) нет торможения.

Таблица 7

Влияние запаса на оксид калия

А

а1

а2

а3

а4

10

263,4178

0,11396

1,31154

2,45547

20

1171,119

0,0023890

0,057748

0,10588

30

112557,5

1,33523e-5

111821,1

0,00085977

40

112594,8

9,60619e-6

111783,4

0,00094541

50

116491,3

8,47249e-6

115523,5

0,0011738

60

137952,9

6,81263e-6

136835,2

0,0012026

70

148657,2

6,08888e-6

147393,1

0,0012970

80

163193,6

5,50904e-6

161764,7

0,0013673

90

169086,6

5,35505e-6

167493,0

0,0014973

100

192983,5

4,74826e-6

191240,8

0,0014514

110

217720,7

4,43259e-6

215778,3

0,0014586

120

227402,1

4,52253e-6

225255,1

0,0015682

Первый параметр уравнения (15) изменяется (рис. 2) по двухчленной формуле

maz17aa.wmf

maz17bb.wmf. (16)

Сосняк требует калия по закону экспоненциального роста, но в интервале 7–24 лет наблюдается кризисное снижение потребления. По-видимому, здесь должен быть какой-то биохимический эффект кризисной адаптации стрессовым возбуждением растущих сосен.

Оксид фосфора. Общее уравнение (табл. 8) имеет спад первого члена формулы

maz18.wmf. (17)

Таблица 8

Влияние запаса на оксид фосфора

А

а1

а2

а3

а4

а5

10

0,48038

0

– 2,33144e-8

14,25925

0,15264

20

5,41295

0,43454

– 1,08328e-5

4,53638

0,12124

30

1,30667

0,00069233

4,91714e-27

12,23788

0

40

1,31017

0,00042582

3,00202e-26

10,98975

0

50

1,34635

2,88420e-5

3,06784e-26

10,40353

0

60

1,34776

3,87010e-5

2,13898e-22

8,51514

0

70

1,34709

3,02096e-5

5,06869e-21

7,75774

0

80

1,34926

3,61432e-5

1,25667e-20

7,45345

0

90

1,35528

5,03340e-5

1,45539e-20

7,32331

0

100

1,36125

6,79373e-5

1,34632e-20

7,25538

0

110

1,37174

9,54090e-5

1,80676e-20

7,15416

0

120

1,38309

0,00012184

5,30965e-20

6,95067

0

Первый параметр уравнения (17) изменяется (рис. 2) по формуле с волной:

maz19.wmf

maz20.wmf. (18)

Сильная флюктуация наблюдается в возрасте сосняка от 0 до 30 лет.

Качество гумуса. Качество гумуса почвы (табл. 9) определяет добротность места произрастания: «Приведенные цифры с несомненностью доказывают, что в более или менее однородной климатической области определенные качества почвы (их средние значения) изменяются параллельно добротности мест произрастания» [5, с. 38].

Таблица 9

Влияние типа леса на гумус

Тип

леса

Код

R

Общий азот

N, %

Связанный азот NH4, %

Кислотность

pH

проба

2 мес.

OMaT

6

2,795

0,551

4,425

5,0

OMT

5

2,234

0,484

2,868

5,2

MT

4

1,796

0,383

1,819

4,8

VT

3

1,666

0,335

1,207

4,6

CT

2

1,495

0,220

1,074

4,2

CIT

1

3,6

Суждение «изменяются параллельно» получено созерцательно (интуитивно) по данным Aaltonen, который арифметически усреднил данные измерений по 800 пробам гумуса.

Уравнение (рис. 3) pH имеет вид трехчленной закономерности с биотехническим законом:

maz22.wmf

maz23.wmf. (19)

Содержание общего азота характеризуется (рис. 3) уравнением вида

maz24.wmf. (20)

mazurl3a.tif

Водородный показатель гумуса по тренду

mazurl3b.tif

Колебательное возмущение водной кислотности

mazurl3c.tif

Содержание общего азота в гумусе, %

mazurl3d.tif

Доля нитрата в сухом гумусе через 2 месяца, %

Рис. 3. Влияние кода типа леса на показатели качества гумуса лесной почвы

Аналогичную конструкцию экспоненциального закона роста получили уравнения:

– связанный азот сразу же после взятия пробы почвы

maz25.wmf; (21)

– связанный азот через два месяца после естественной сушки пробы почвы

maz26.wmf. (22)

Заключение

Практически все лесные ландшафты на Земле стали природно-антропогенными комплексами [6, 9, 10]. При этом уровень антропогенности лесного ландшафта вполне можно измерять по резким изменениям в жизни популяций деревьев [2, 8, 10] и снижением качественных свойств их древесины [3, 4, 7]. Поэтому экологические и технологические цели обычно совпадают – это повышение качества.

Между почвой и древостоем наблюдаются явно нелинейные закономерности и колебательные адаптации друг к другу по параметрам. В любой схеме типизации лесов, как редуцировании природных процессов, волна взаимного влияния очень грубо затушевана.

Моделирование данных J. Ilvessalo из книги [5] дало высокоадекватные закономерности. Типы леса не являются устойчивыми факторами – это искусственное изобретение лесоводов для облегчения расчетов.


Библиографическая ссылка

Мазуркин П.М. ВЛИЯНИЕ ЗАПАСА СОСНЯКОВ НА КАЧЕСТВО ПОЧВЫ ПО ТИПАМ ЛЕСА (ПО ДАННЫМ J. ILVESSALO ИЗ КНИГИ А.К. КАЯНДЕРА О ЛЕСАХ ЮЖНОЙ ФИНЛЯНДИИ) // Современные наукоемкие технологии. – 2015. – № 12-5. – С. 806-813;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=35375 (дата обращения: 29.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674