Мешалкина Юлия Львовна

На примере данных из статьи Е.А. Дмитриева[1999]. рассматривается расчет необходимого числа проб почвы для оценки содержания углерода в лесном биогеоценозе при мониторинговых исследованиях. Первичные данные содержания углерода были получены в ельнике в 166 точках в слоях 0–10, 10–20, 20–30 см после удаления подстилки. Опробование проводилось в узлах регулярной сетки равносторонних треугольников со стороной 1 м в пределах правильного шестиугольника со стороной 7 м. Содержание углерода определялось методом Тюрина. В исходной статье представлены статистики для трех зон — приствольного, подкронового и межкронового пространства. Пространственное варьирование во всех зонах и на всех глубинах высокое, коэффициенты вариации около 50%. Показано, что число необходимых повторностей для оценки среднего содержания углерода при доверительной вероятности 95% в слое 0–10 см составляет сотни штук и снижается до десятков штук в слое 20–30 см. Поскольку число повторностей для проверки гипотез о равенстве средних зависит не только от доверительной вероятности, но и от мощности используемого критерия, необходимое число повторностей возрастает в несколько раз. Опробование образцами, отобранными из всего вертикального слоя 0–30 см, и формирование из них смешанных образцов уменьшают число требуемых повторностей, однако требуется тщательное соблюдение пробоподготовки, в том числе первичного смешивания проб.

Целью работы является оценка вклада в общий пул органического вещества растительного сообщества таких составляющих, как биомасса и мортмасса древостоя, подрост, подлесок, живой напочвенный покров и лесная подстилка. Объект исследования — массив хвойно-лиственного леса, расположенного в городском округе Солнечногорск Московской области, в котором были выделены пять постоянных пробных площадей размером 50×50 м. Наибольший вклад в общую массу органического вещества изученных растительных сообществ вносят многолетние части древостоя (до 87%) и мортмасса древостоя (до 14%). При этом доля фитомассы лиственных пород в древостое составляет от 32 до 98%, что говорит о незавершенности процесса лесовосстановительной сукцессии. Вклад лесных подстилок составляет не более 3%, запасы подстилок невысокие — от 0,18 до 1,21 кг×м^-2, что не типично для еловых лесов, как и принадлежность всех подстилок к деструктивному типу. Живой напочвенный покров по флористическому составу и эколого-ценотической структуре типичен для подзоны хвойно-широколиственных лесов, его вклад в общую продуктивность лесного биогеоценоза незначителен. Пространственная внутрибиогеоценозная структура распределения запасов подстилок и биомассы живого напочвенного покрова нарушена по сравнению с типичными еловыми лесами по причине высокой доли лиственных пород в древостое. Включение в древесный ярус лиственных пород, типичное для завершающей стадии формирования вторичного хвойного леса в ходе сукцессии, вызывает некоторое увеличение интенсивности биологического круговорота, индикатором чего служат в данном случае снижение запаса подстилок и упрощение их строения. Поскольку биомасса и мортмасса древостоя вносят наибольший вклад в депонирование углерода лесными биогеоценозами, именно эти компоненты нуждаются в наиболее подробной характеристике в ходе проведения мониторинговых наблюдений, цель которых состоит в оценке запасов углерода наземными экосистемами.

Для дерново-подзолистых почв на территории УО ПЭЦ МГУ «Чашниково» исследована зависимость плотности почв от сопротивления пенетрации, влажности, гранулометрического состава и содержания органического углерода. На шести ключевых участках разного типа землепользования проводилось измерение сопротивления пенетрации пенетрологгером на площадках перед стенками трёх почвенных разрезов. Из этих же разрезов проводился отбор образцов на плотность методом режущих колец объёмом 100 см³. В образцах затем определялись влажность, содержание органического углерода методом Тюрина и гранулометрический состав на дифракционном лазерном анализаторе. Были разработаны 24 регрессионные модели для предсказания плотности почв. Коэффициенты детерминации (R²) составляли от 0,23 до 0,89, а корень из среднеквадратической ошибки (RMSE) — от 0,07 до 0,18 г·см⁻³. По результатам моделирования оказалось, что наибольший вклад в прогнозирование плотности вносят: содержание органического углерода, глубина и сопротивление пенетрации. Добавление в модель конкретных фракций гранулометрического состава является более информативным, чем использование главных компонент фракций гранулометрического состава в качестве предикторов. Полевая влажность почв во многих моделях оказалась незначимым предиктором для плотности. С учетом трудоемкости определения полного набора предикторов были предложены модели с сокращенным набором предикторов: 1) глубина и сопротивление пенетрации, 2) содержание органического углерода и сопротивления пенетрации, 3) содержание органического углерода. Данные первой из перечисленных моделей автоматически собираются в процессе использования пенетрологгера, что делает её удобной для мониторинговых обследований. Важные ограничения метода связаны с гранулометрическим составом почв и способом его определения: например, при наличии крупных валунов в почве измерение сопротивления пенетрации пенетрологгером сверху вниз невозможно, так как измерительный инструмент упирается в крупную фракцию и проталкивание его в нижележащие горизонты невозможно. Использование предлагаемых регрессионных уравнений, в которых гранулометрический состав определён иным способом, чем лазерная дифракция, некорректно. Выбор конкретной гранулометрической фракции в качестве предиктора должен основываться на корреляционном анализе для каждой конкретной территории.