Сравнительный анализ традиционных и аддитивных моделей фракционного состава биомассы деревьев и древостоев (на примере родов Picea L. и Abies Mill.)

Abstract

For the first time in Russian literature the problem of harmonizing allometric models of tree biomass components (stem, branches, foliage, roots) by means of ensuring the principle of their additivity has been solved. It is implying that the sum of biomass values obtained by component equations should be equal to the value of total biomass received with the total equation. For this purpose the unique tree biomass database in a number of 926 and 109 sample trees, correspondingly for Picea sp. and Abies sp., growing on the territory of Eurasia is compiled. Additive system of biomass component relations, as a transcontinental three-step model of proportional weighting is designed. On its basis the corresponding taxation tables of the biomass component composition involving two inputs - the stem diameter at breast height and the tree height - are suggested. In contrast to "aggregation" method of designing the additive model according to the principle “from particular - to general”, an alternative, “disaggregation” three-step method is applied when using another principle "from general - to particular”. The proposed models and corresponding tables for estimating tree and forest biomass make their possible to calculate spruce and fir stand biomass (kg and t/ha) on Eurasian forests as the first approximation when using measuring taxation. Because such transcontinental models and tables may have biases in local conditions for their application, in the next stage of this research more detailed, regional tree biomass additive models and tables will be developed through the "split" the proposed here common model for regional ones using dummy variables.

Впервые в русскоязычной литературе выполнен сравнительный анализ адекватности традиционных (независимых) и аддитивных систем уравнений фитомассы на примере елово-пихтовых древостоев Евразии (Picea L. и Abies Mill., по шесть видов в каждом роду). Анализ выполнен на уровнях дерева и древостоя. Соответственно в расчётах задействованы две сформированные авторами трансевразийские базы данных о фитомассе: «подеревная» в количестве 1035 определений, в том числе 926 и 109 модельных деревьев соответственно елей и пихт, и «площадная» в количестве 1230 пробных площадей, в том числе 850 – для ельников чистых и с примесью пихты и 380 – для пихтарников чистых и с примесью ели. В качестве методического подхода выбран принцип дисагрегирования (Dong et al., 2015), реализованный по трехшаговой схеме пропорционального взвешивания (3SPW). Решена проблема гармонизации моделей фитомассы как деревьев, так и древостоев, путем соблюдения принципа аддитивности, предполагающего, что суммарная фитомасса фракций (ствол, ветви, хвоя, корни), полученная по «фракционным» уравнениям, должна быть равна значению фитомассы, полученному по общему уравнению. Разработана объединенная бинарной переменной система аддитивных соотношений. Предложенные модели и соответствующие таблицы для оценки фитомассы деревьев и древостоев дают возможность определения в первом приближении фитомассы еловых и пихтовых древостоев (кг и т/га) по данным измерительной таксации на территории Евразии. Поскольку подобные всеобщие модели и таблицы могут иметь смещения в локальных условиях их применения, на следующем этапе исследований предстоит разработать более детальные, региональные модели и таблицы фитомассы путем «разбиения» предложенной здесь всеобщей аддитивной модели на региональные с помощью фиктивных переменных.