Отношение диаметра кроны к диаметру ствола: всеобщие модели лесообразующих видов Евразии

Кроны деревьев подвергались гораздо меньшему количественному изучению, чем их стволы, в первую очередь из-за их более низкой потребительной стоимости. Однако размер кроны, тесно связанный с фотосинтетической способностью дерева, является важным параметром при изучении роста деревьев. В сомкнутых и загущенных древостоях измерение диаметра кроны менее точно и гораздо более трудозатратно по сравнению с другими показателями. Поэтому наличие аллометрических моделей для оценки диаметра крон снижает затраты при получении новых исходных данных. В литературных источниках отношение диаметра кроны к диаметру ствола на высоте груди (относительный диаметр кроны) использовалось для прогнозирования размера площади роста дерева и разработки режимов прореживания, для прогнозирования густоты древостоя при заданном среднем диаметре ствола и для оценки диаметра ствола по диаметру кроны, измеренному с помощью методов дистанционного зондирования. Цель нашего исследования – для основных лесообразующих видов и родов Евразии рассчитать всеобщие аллометрические зависимости относительного диаметра кроны от диаметра ствола дерева. По фактическим данным измерений 5497 модельных деревьев 23 лесообразующих видов и родов (подродов) Евразии впервые составлены всеобщие аллометрические модели связи относительного диаметра кроны с диаметром ствола на высоте груди. Согласно выполненному ранжированию, виды и роды по величине относительного диаметра кроны распределяются в следующей последовательности в порядке убывания: Juglans, Phellodendron, Maackia, Acer, Ulmus, Chosenia, Salix, Quercus, Carpinus, Tilia, Fraxinus, Robinia, Populus, Larix, Fagus, Betula, Haploxylon, Chamaecyparis, Abies, Picea, Alnus, Pinus, Cryptomeria. Модели на уровне родов могут быть применены для тех видов в пределах рода, данные по которым пока отсутствуют.

1. Усольцев В. А. Фитомасса модельных деревьев для дистанционной и наземной таксации лесов Евразии. Электронная база данных. 3-е дополненное издание. Екатеринбург: Ботанический сад УрО РАН, Уральский государственный лесотехнический университет, 2023. 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). URL: https://elar.usfeu.ru/handle/123456789/12451.

2. Усольцев В. А., Цепордей И. С. Морфология кроны лесообразующих родов Евразии: аллометрия и ранжирование // Хвойные бореальной зоны. 2023. Т. 41(6). С. 504–514. DOI: 10.53374/1993-0135-2023-6504-514.

3. Усольцев В. А., Цепордей И. С., Часовских В. П. Модели для оценки биомассы деревьев лесообразующих видов по диаметру кроны в связи с использованием дронов // Хвойные бореальной зоны. 2023. Т. 41(4). С. 300–305. DOI: 10.53374/1993-0135-2023-4300-305.

4. Baskerville G. L. Use of logarithmic regression in the estimation of plant biomass // Canadian Journal of Forest Research. 1972. Vol. 2. P. 49–53.

5. Binkley D., Campoe O. C., Gspaltl M. et al. Light absorption and use efficiency in forests: why patterns differ for trees and stands // Forest Ecology and Management. 2013. Vol. 288. P. 5–13.

6. Briegleb P. A. An approach to density measurement in Douglas fir // Journal of Forestry. 1952. Vol. 50. P. 529–536.

7. Buchacher R., Ledermann T. Interregional crown width models for individual trees growing in pure and mixed stands in Austria // Forests. 2020. Vol. 11. Article 114. DOI: 10.3390/f11010114.

8. Choi J., Lorimer C. G., Vanderwerker J. et al. A crown model for simulating long-term stand and gap dynamics in northern hardwood forests // Forest Ecology and Management. 2001. Vol. 152 (1). P. 235–258.

9. Dawkins H. C. Crown diameters: their relation to bole diameter in tropical forest trees // Commonwealth Forestry Review. 1963. Vol. 42. P. 318–333.

10. Fu L., Sharma R. P., Hao K. et al. A generalized interregional nonlinear mixed-effects crown width model for Prince Rupprecht larch in northern China // Forest Ecology and Management. 2017. Vol. 389. P. 364-373. DOI: 10.1016/j.foreco.2016.12.034.

11. Gering L. R., May D. M. The relationship of diameter at breast height and crown diameter for four species groups in Hardin County, Tennessee // Southern Journal of Applied Forestry. 1995. Vol. 19. P. 177–181.

12. Gominski D., Kariryaa A., Brandt M. et al. Benchmarking individual tree mapping with sub-meter imagery // ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. 2023 (in press). DOI: 10.48550/arXiv.2311.07981.

13. Hein S., Spiecker H. Crown and tree allometry of open-grown ash (Fraxinus excelsior L.) and sycamore (Acer pseudoplatanus L.) // Agroforestry Systems. 2008. Vol. 73. P. 205–218.

14. Hemery G. E., Savill P. S., Pryor S. N. Applications of the crown diameter–stem diameter relationship for different species of broadleaved trees // Forest Ecology and Management. 2005. Vol. 215. P. 285–294. DOI:10.1016/j.foreco.2005.05.016.

15. Hou R., Chai Z. Predicting crown width using nonlinear mixed-effects models accounting for competition in multi-species secondary forests // Peer Journal. 2022. Vol. 10. Article e13105. http://doi.org/10.7717/peerj.13105.

16. Ishii H. T., Tanabe S. I., Hiura T. Exploring the relationships among canopy structure, stand productivity, and biodiversity of temperate forest ecosystems // Forest Science. 2004. Vol. 50 (3). P. 342–355.

17. Luo Y., Wang X., Ouyang Z. et al. A review of biomass equations for China's tree species // Earth System Science Data. 2020. Vol. 12 (1). P. 21–40. DOI: 10.5194/essd-12-21-2020.

18. Nowak D. J., Dwyer J. F. Understanding the benefits and costs of urban forest ecosystems // Urban and community forestry in the Northeast, 2nd ed. J. E. Kuser (ed.). Springer, 2007. P. 25–46.

19. Philip M. S. Measuring trees and forests, 2nd ed. CAB International: Wallingford, 1994. 310 p.

20. Pretzsch H., Biber P., Uhl E. et al. Crown size and growing space requirement of common tree species in urban centres, parks, and forests // Urban Forestry & Urban Greening. 2015. Vol. 14 (3). P. 466–479. dx.doi. org/10.1016/j.ufug.2015.04.006.

21. Putz F. E., Parker G. G., Archibald R. M. Mechanical abrasion and inter crown spacing // The American Midland Naturalist. 1984. Vol. 112 (1). P. 24–28.

22. Qiu S., Gao P., Pan L. et al. Developing nonlinear additive tree crown width models based on decomposed competition index and tree variables // Journal of Forestry Research. 2023. Vol. 34. P. 1407–1422. DOI: 10.1007/s11676-022-01576-0

23. Raptis D., Kazana V., Kazaklis A. et al. A crown width-diameter model for natural even-aged black pine forest management // Forests. 2018. Vol. 9(10). Article 610. https://doi.org/10.3390/f9100610.

24. Schmidt M., Hanewinkel M., Kändler G., et al. An inventory-based approach for modeling single-tree storm damage – an experiences with the winter storm of 1999 in southwestern Germany // Canadian Journal of Forest Research. 2010. Vol. 40(8). P. 1636–1652.

25. Seebach Ch. Der modifizierte Buchen-HochwaldBetrieb // Kritische Blätter für Forstund Jagdwis senschaft. 1845. Vol. 21. P. 147–185.

26. Sharma R. P., Bilek L., Vacek Z. et al. Modelling crown width-diameter relationship for Scots pine in the central Europe // Trees-Structure and Function. 2017. Vol. 31. P. 1875–1889. DOI: 10.1007/s00468-017-1593-8.

27. Thill A. Qualites des grumes de quelques essences feuillues, et de l’epicea commun // Bulletin de la Société royale forestière de Belgique. 1980. Vol. 87. P. 1–7.

28. Troxel B., Piana M., Ashton M. S. et al. Relationships between bole and crown size for young urban trees in the northeastern USA // Urban Forestry & Urban Greening. 2013. Vol. 12 (2). P. 144–153. DOI: 10.1016/j.ufug.2013.02.006.

29. Wang B., Bu Y., Tao G. et al. Quantifying the effect of crown vertical position on individual tree competition: total overlap index and its application in sustainable forest management // Sustainability. 2020. Vol. 12. Article 7498. DOI: 10.3390/su12187498.

30. Wang H., Wan P., Wang Q. et al. Prevalence of inter-tree competition and its role in shaping the community structure of a natural Mongolian Scots pine (Pinus sylvestris var. mongolica) forest // Forests. 2017. Vol. 8. Article 84. DOI: 10.3390/f8030084.

31. Wang J., Jiang L., Xin S. et al. Two new methods applied to crown width additive models: a case study for three tree species in Northeastern China // Annals of Forest Science. 2023. Vol. 80. Article 11. https://doi.org/10.1186/s13595-022-01165-5.

32. West G. B., Brown J. H., Enquist B. J. A general model for the structure and allometry of plant vascular system // Nature. 1999. Vol. 400. P. 664–667. DOI: 10.1038/23251.

33. Whitfield J. All creatures great and small // Nature. 2001. Vol. 413. P. 342–344. DOI: 10.1038/35096683.

34. Yang Y., Huang S. Allometric modelling of crown width for white spruce by fixed-and mixed-effects models // Forestry Chronicle. 2017. Vol. 93. P. 138–147. DOI: 10.5558/tfc2017-020.

35. Zasada M., Stereńczak K., Brach M. Relationship between dbh and crown characteristics derived by airborne laser scanner // Sylwan. 2011. Vol. 155 (11). P. 725−735.