Nauka o produkcyjności lasu Wykład 6 Studia I Stopnia, kierunek leśnictwo
Konkurencja
Czynnki abiotyczne Czynniki biotyczne Czynniki antropogeniczne wzrost konkurencja Struktura drzewostanu SIEDLISKO
Konkurencja Wzajemny wpływ drzew na siebie powodujący wzrost i rozwój drzewostanu i modyfikujący (róŝnicujący) jego strukturę Funkcja: liczby drzew / odległości od drzew sąsiadujących rozmiaru rozmieszczenia drzew
Konkurencja Wewnątrzgatunkowa: powodowana przez wzrost istniejąca od chwili osiągnięcia zwarcia zwiększa się z wiekiem związana sprzęŝeniem zwrotnym z procesem wzrostu Międzygatunkowa: zaleŝy od ekologicznych właściwości gatunków oraz formy ich zmieszania
Jak wyrazić konkurencję? wskaźniki konkurencji (competition index) zaleŝy to od podejścia przestrzenne (distance-dependent) nieprzestrzenne (distance-independent)
Podejście przestrzenne Odległość do najbliŝszego sąsiada Odległość do najbliŝszego większego sąsiada RóŜne kombinacje pierśnic i odległości Wielkość korony, pozycja korony (np. klasa biosocjalna), zwarcie koron
Podejście przestrzenne
Podejście przestrzenne
Podejście nieprzestrzenne Funkcja róŝnych cech drzewostanu, np. N, G, CCF (crown competition factor), zwarcie koron, BAL (Basal Area of Trees larger than a subject tree) Zagęszczenie, stopień zagęszczenia, zadrzewienie, stopień zadrzewienia http://sres-associated.anu.edu.au/mensuration/density.htm
Wskaźniki zagęszczenia drzewostanu Liczba drzew (zagęszczenie, stopień zagęszczenia) Liczba drzew i pierśnica (pierśnicowe pole przekroju, wskaźnik Reineke / stand density index: log N = -1,605 log D + k lub ) Liczba drzew i wysokość (wskaźnik Harta zaleŝność odległości od wysokości) Liczba drzew, pierśnica i wysokość (miąŝszość, zadrzewienie) Korony drzew (szerokości koron, stopień pokrycia koron, zwarcie koron)
Zagęszczenie Liczba drzew na jednostkę powierzchni ZaleŜy od jakości siedliska i wieku drzewostanu W warunkach polskich (drzewostany odnawiane sztucznie) wartość początkowa waha się od kilku do kilkunastu tysięcy drzew na ha W drzewostanach odnawianych naturalnie nawet kilka milionów na hektar Zmniejsza się z wiekiem
Stopień zagęszczenia DuŜa zmienność liczby drzew w róŝnych drzewostanach trudności z porównywaniem Stopień zagęszczenia = stosunek liczby drzew na hektar do pewnej maksymalnej liczby drzew na ha dla danego gatunku, wieku i warunków siedlikowych Teoretycznie: waha się między 0 a 1
Stopień zagęszczenia JeŜeli wartość początkowa stopnia zagęszczenia = 1, to dalszy przebieg z wiekiem tej cechy będzie równoległy do osi wieku, JeŜeli wartość początkowa stopnia zagęszczenia jest mniejsza od 1, to z upływem wieku stopień zagęszczenia będzie się zwiększać dąŝąc do jedności JeŜeli wartość początkowa stopnia zagęszczenia jest większa od 1, to z upływem wieku stopień zagęszczenia będzie malał dąŝąc do jedności.
Zmiana stopnia zagęszczenia 1,5 1 0,5 Stopień zagęszczenia 0 Wiek
Stopień zagęszczenia 1 maksymalny zagęszczenie optymalny krytyczny maksymalne, zagęszczenie optymalne, zagęszczenie krytyczne, zagęszczenie katastrofalne 0 katastrofalny
Stopień zagęszczenia Konkurencja występuje w zagęszczeniu maksymalnym i optymalnym, a nie występuje w stopniach katastrofalnym i krytycznym. Wysoki stopień zagęszczenia dotyczy klasy zagęszczenia maksymalnego. Do klasy tej mają szansę przejścia drzewostany będące w optymalnym stopniu zagęszczenia.
Stopień zagęszczenia Drzewostany charakteryzujące się krytycznym stopniem zagęszczenia mają szansę przejścia do stopnia optymalnego (jeŝeli konkurencja nie występowała, z upływem czasu moŝe się ona pojawić). Taka moŝliwość nie występuje w przypadku gdy drzewostan znajduje się w katastrofalnym stopniu zagęszczenia. Przejście z tego stopnia do klasy stopnia zagęszczenia krytycznego jest moŝliwe, jednak nie spowoduje powstania konkurencji.
Wpływ zagęszczenia na wzrost Konkurencja spowodowana jest odpowiednim stopniem zagęszczenia
Wpływ zagęszczenia na wzrost Drzewa rosnące w maksymalnym i optymalnym stopniu zagęszczenia charakteryzują się wysoką wartością wskaźnika tempa wzrostu wysokości, zaleŝną od innych czynników, zwłaszcza jakości siedliska Spadek stopnia zagęszczenia do klasy zagęszczenia krytycznego, gdzie brak jest konkurencji, powoduje, Ŝe po pewnym czasie drzewa wytworzą wyraźnie mniejszy przyrost długości pędu głównego (przyrost wysokości)
Wpływ zagęszczenia na wzrost Drzewostan zaliczony do klasy krytycznego stopnia zagęszczenia ma jednak szansę przejścia do optymalnego stopnia zagęszczenia gdy wraca konkurencja Nastepuje odwrócenie spadkowej tendencji przyrostu wysokości i powrót do wytwarzania przyrostu jak w stopniu optymalnym
Wpływ zagęszczenia na wzrost Drzewostan moŝe się równieŝ znaleźć w klasie katastrofalnego stopnia zagęszczenia Przyrost wysokości drzew będzie ulegał systematycznemu zmniejszeniu, aŝ do prawie całkowitemu zanikowi W klasie katastrofalnego stopnia zagęszczenia nie ma moŝliwości odwrócenia spadkowej tendencji przyrostu wysokości.
Wpływ zagęszczenia na wzrost Konkurencja jest przyczyną pionowego róŝnicowania się drzew Na ogół drzewa przechodzą z wyŝszych stanowisk biosocjalnych do niŝszych Część drzew utrzymuje swoje stanowisko socjalne przez cały okresŝycia głównie drzewostan panujący
Wpływ zagęszczenia na wzrost Przejście drzew z wyŝszych do niŝszych stanowisk biosocjalnych jest powiązane z obniŝaniem się lub zanikiem przyrostu wysokości Zmiana stanowiska biosocjalnego na wyŝsze w drzewostanach jednopiętrowych (zwłaszcza gatunkówświatłoŝądnych) w zasadzie nie występuje.
Wpływ zagęszczenia na wzrost i przyrost grubości
Wpływ zagęszczenia na wzrost W maksymalnym stopniu zagęszczenia wzrost grubości jest stosunkowo mały. Dotyczy to róŝnych wysokości pnia Zag. maksymalne -> zag. optymalne: szybki przyrost grubości drzew, zwłaszcza naleŝących do wyŝszych klas biosocjalnych; potem znów spadek wzrostu na grubość w dolnej części pnia
Wpływ zagęszczenia na wzrost Zag. optymalne -> zag. krytyczne: po pewnym czasie nastąpi zwolnienie przyrostu na grubość w górnej części pnia i zwiększenie przyrostu w dolnej części; przy braku konkurencji drzewo naraŝone jest na przewrócenie - obniŝenie środka cięŝkości; powrót do stopnia optymalnego
Wpływ zagęszczenia na wzrost Zag. krytyczne -> zag. katastrofalne: najpierw przesunięcie masa z góry w dół, potem zatrzymanie przyrostu na wysokość; drzewo bardzo wolno przyrasta na grubość nawet w dolnej części pnia.
Stand Density Index Wskaźnik zagęszczenia drzewostanu
Stand Density Index Reineke 1933 Reineke L.H. 1933 Perfecting a stand-density index for even-aged forest. Journal of Agricultural Research 46: 627-638 Stopień zagęszczenia wyraŝony przy pomocy liczby drzew o określonej przeciętnej pierśnicy
Stand Density Index Punkt wyjścia: linia maksymalnej liczby drzew (wzór dla jednostek angielskich) log 10 N = -1.605(log 10 D) + k Gdy D = 10 cali, to N = SDI log 10 SDI = log 10 N + 1.605 log 10 D - 1.605
Biomass accumulation as a function of stand density. S Luyssaert et al. Nature 455, 213-215 (2008) doi:10.1038/nature07276
http://www.uky.edu/~jmlhot2/resources/gingrich%20stocking%20chart.pdf
Śmiertelność drzew
Śmiertelność drzew Związana z istniejącą w drzewostanie konkurencją i właściwościami gatunku Do tej pory wspominaliśmy o zagęszczeniu i stopniu zagęszczenia, ale to tylko jedna z moŝliwości RóŜne wskaźniki konkurencji: określenie stopnia wykorzystania przestrzeni przez drzewa rosnące w drzewostanie
Naturalne wydzielanie Maksymalne zagęszczenie gdy w drzewostanie następuje istotne i trwałe wydzielanie się drzew spowodowane konkurencją -3/2 power self-thinning law (1963) prof. Kyoji Yoda (1931-1996)
-3/2 power self-thinnig law Prawo Yody zainspirowane zostało pracami Kiry i Shinozakiego (zaleŝność wydajności/produkcyjności od zagęszczenia prawo stałej produkcji całkowitej the law of constant final yield ) Dla wszystkich gatunków: zaleŝność logarytmu biomasy (wielkości) od logarytmu liczebności = linia prosta o współczynniku kierunkowym -3/2
Śmiertelność drzew w praktyce Porównanie aktualnej liczby drzew z maksymalną / wielkości współczynników opisujących konkurencję z wartościami granicznymi W wielu wypadkach operuje prawdopodobieństwem śmierci drzew Prawdopodobieństwo śmierci zaleŝne od wielkości drzewa, jego sąsiedztwa, czasem modyfikowane liczbami losowymi Wykorzystanie regresji logistycznej
Literatura
Literatura Bruchwald A. 1988. Self-thinning in Scots pine stands - a mathematical approach. Ann. Warsaw Agric. Univ. - SGGW-AR, For. and Wood Technol. 36:11-16. Bruchwald A., Dudek A. 1988. Mortality program of trees in the MDI-1 growth model. Ann. Warsaw Agric. Univ. - SGGW-AR, For. and Wood Technol. 36:17-20. Bruchwald A. 1988. Thinning algorithms. Ann. Warsaw Agric. Univ. - SGGW-AR, For. and Wood Technol. 36:21-28.
Literatura Siekierski K. 1991. Tree mortality program applied in the growth model for spruce-pine stands in the north-eastern Poland. Ann. Warsaw Agric. Univ. - SGGW-AR, For. and Wood Technol. 41:9-14. Siekierski K. 1991. Determination of the number of dying trees in the growth model for spruce-pine stands in north-eastern Poland. Ann. Warsaw Agric. Univ. - SGGW-AR, For. and Wood Technol. 41:15-20. Siekierski K. 1991. Thinning program applied in the growth model for spruce- pine stands in north-eastern Poland. Ann. Warsaw Agric. Univ. - SGGW-AR, For. and Wood Technol. 41:21-25.
Literatura Clutter J.L. et al. 1983. Timber Management: A Quantitative Approach. Krieger Publishing Company. 333s. Zeide B. 2005. How to measure stand density. Trees 19: 1-14. Shaw J.D. 2006. Reineke s Stand Density Index: Where Are We and Where Do We Go From Here? Proceedings: Society of American Foresters 2005 National Convention. October 19-23, 2005, Ft. Worth, TX. Society of American Foresters, Bethesda, MD Socha J. 2007. Estimation of the effect of stand density on Scots pine stem form. Acta Sci. Pol. Silv. Colendar. Rat. Ind. Lignar. 6(4): 59-70
Literatura White E.P., Morgan Ernest S.K., Kerkhoff A.J., Enquist B.J. 2007. TRENDS in Ecology and Evolution 22 (6). http://www.sciencedirect.com