Студенту

Павлов И.Н., Кузнецов А.И., Зубова О.М.

Применение дисперсионного анализа при изучении технологии создания искусственных лесов.

Российская научно-практическая конференция «Проблемы химико-лесного комплекса» сборник научных трудов. – Т. 2. – Красноярск, 1994. – С. 240-245.

Создание искусственных лесов – одна из сложнейших задач лесохозяйственной деятельности. Выбор способа лесовосстановления всегда вызывал острые дискуссии. Сторонники искусственного лесовосстановления, как и сторонники воспроизводства леса естественным путем, приводят достаточно убедительные доводы в свою пользу. Однако в ряде случаев противоречие не имеет реальной основы. В силу большого разнообразия результатов хозяйственной деятельности. А также природных и экономических условий требуется и различные способы лесовосстановления.
Качество создаваемых лесных культур определяется следующими параметрами: наследственность посевного или посадочного материала, соответствия выбранной породы условиям произрастания, способ обработки почвы, метод и способ закладки лесных культур, тип и схема смешения, размещение посадочных мест на площади, виды и кратность уходов и т.д. Игнорирование каких-либо факторов может привести к снижению продуктивности насаждений или даже гибели.
Исключительно большое количество экзогенных и эндогенных факторов, определяющих успешность лесных культур, затрудняет выделение и оценку каждого из них в отдельности. Часть параметров просто невозможно учесть. Задача отделения доли влияния на результаты опыта неучтенных факторов от доли влияния, интересующих исследователя факторов, была решена Р. А. Фишером путем дисперсионного анализа. В результате дисперсионного анализа могут быть получены следующие данные: доля влияния на наблюдаемые значения каждого параметра в отдельности, в их сочетаниях, доля влияния неучтенных факторов, достоверность влияния (Кендалл, Стьюарт, 1976; Боголюбов, 1993).
Для оценки силы влияния факторов при дисперсионном анализе используется три показателя: n2 – квадрат корреляционного отношения Гибсона    (отношение факториальной суммы квадратов отклонений к общей суммы квадратов отклонений от средней); МЛ-показатель Миллса – Лукомского                        (оценивает силу влияния дополнением до единицы отношения двух сумм квадратов – случайной к общей); С – коэффициент Снедекора (отношение двух исправленных выборочных варианс - факториальной к общей) (Плохинский, 1969).
В литературе неоднократно поднимался вопрос о целесообразности использования в биологических исследованиях данных показателей (Гинзбург, 1973; Маркелова, 1978; Розинберг, 1988).  Отмечается их разная информативность, особенно при мало числе наблюдений в градациях. При структур дисперсионного комплекса, например, 9?35, т.е. именно в той области, которая представляет наибольший интерес для количественно биологии, отмечается их одинаковая «работоспособность». Однако в комплексе 2?35 С значительно превышает МЛ и n2 (Маркелова, 1978).
Для оценки влияния лесорастительных условий на рост и приживаемость лесных культур были обследованы искусственные насаждения сосны обыкновенной в Алтайском лесхозе. Пробные площади были заложены на старых (более 15 лет) невозобновившихся вырубках в лесных культурах, созданных по нарезным террасам двухлетними сеянцами во второй половине мая 1986 года. Условия произрастания отличаются по многим параметрам, из которых определяющими будут: тип леса до рубки (пихтач крупнотравный, сосняк разнотравный); степень увлажнения почвы (влажные, свежие); ориентация склона (С-З, Ю-В). Все данные факторы находятся в определенной  корреляции друг с другом, следовательно, в дисперсионном анализе изучаться отдельно они не могут (Зайцев, 1984). В таблице 1 приведены результаты дисперсионного анализа по оценки роста 10 – летних искусственных насаждений сосны обыкновенной.

Таблица 1 – Влияние условий местопроизрастания на рост лесных культур сосны обыкновенной (механизированная посадка по террасам)

Приживаемость сосны на вырубке сосняка разнотравного на 10% выше, чем на вырубке пихтача крупнотравного, высота – больше на 36% (Р<0,001).
В данном случае основным фактором, определяющим рост и приживаемость лесных культур , является заглушение травянистой растительностью (количество агротехнических уходов в обоих случаях было одинаково: 1-2-1-1-1).
Вычисленные критерии в таблице 1 указывают на достаточно сильное влияние условий произрастания на рост лесных культур. Показатель МЛ изменяет свои значения от – (ч-1)/(Н-ч) до +1, показатель С – от –ч / (Н-ч) до +1 (ч – число градаций, Н – общее число наблюдений). Основным преимуществом n2  является то, что  границы изменения его значений от 0 до +1 делают его более наглядным. Недостатком показателя Нирсона (n2) в дисперсионном анализе является то, что он не несет информацию о достоверности вычисленного влияния. Однако обязательное использование критерия Фишера легко устраняет возможность сделать ошибку при оценки влияния изучаемых факторов.
Критерий Нирсона наглядно указывает, что доля влияний условий место произрастания на рост сосны составляет 36 % от всех факторов, определивших разнообразие прироста. Эмпирический критерий Фишера превышает свое стандартное значение при уровне существенности 0,001, что позволяет сделать вывод о достоверном влиянии условий произрастания в рассматриваемом случае.
Перевод показателя Миллса-Лукомского в процентное выражение с учетом его нижней границы позволяет получить равное критерию Нирсона значение силы влияния. При данной структуре дисперсионного комплекса (2?30) в нашем случае наблюдается превышение показателя С на МЛ и n2 .
В нашем примере на неучтенные факторы осталось 74% от суммарного влияния. Причины, определяющие рост, оказались вскрыты только частично. Наиболее интересные результаты могут быть получены при заложении пробных площадей по схеме многофакторного дисперсионного анализа. В Байкальском   лесхозе были обследованы лесные культуры на вырубках, расположенных в Ю-В части склонов (5о). Типы леса до рубки представлены сосняками брусничными и злаково-разнотравными. Применялось два способа подготовки почвы – бороздами (ПКЛ - 70) и бульдозерными площадками (таблица 2).
Лучший рост культур отмечается на вырубке сосняка брусничного. Дифференциация в росте начинается с  первых лет после посадки и определяется в первую очередь биологическими особенностями живого напочвенного покрова. Угнетение сосны на вырубке сосняка злаково-разнотравного осуществляется быстро разрастающимся вейником. Приживаемость культур в 8 – летнем возрасте на 15-20% выше на вырубке сосняка брусничного.

Таблица 2 – Влияние условий местопроизрастания и способа подготовки почвы на рост лесных культур сосны обыкновенной

Несмотря на большую близость лесорастительных условий, их влияние, как и в предыдущем примере, достаточно сильное и составляет 36% (Р<0,001). Отсутствие влияния способа подготовки почвы объясняется разной интенсивностью уходов. Также это определяет и отсутствие влияния за счет взаимодействия факторов. В качестве третьего фактора нами выделено варьирование данных за счет повторностей. Данный параметр аккумулирует в себе генетическую неоднородность и качество посадочного материала, неравноценность эдафизических условий, качество подготовки почвы, посадки, уходов и т.д. По своему влиянию (n2=0,30) он приближается к воздействию на рост культур лесорастительных условий, следовательно, качественное выполнение всех операций по созданию лесных культур будет способствовать повышению эффективности.
Влияние способа подготовки почвы на сохранность лесных культур выявлено нами при анализе многолетних данных (с 1975 года) в целом по Алтайскому лесхозу (таблица 3).

Таблица 3 – Влияние способа подготовки почвы (плужные борозды, ПКЛ – 70; бульдозерные площадки) и года производства лесных культур на их сохранность

Сохранность лесных культур на площадях  в среднем выше на 16,5 %, а в некоторых случаях (год производства 1983) выше на 44 %. Доля влияния способа подготовки почвы составила 40 % (Р=0,046). Основная причина – разная интенсивность зарастания травой. Борозды после ПКЛ – 70 начинают заглушаться травой в первый же год, особенно на богатых и влажных почвах. Бульдозерные площади начинают зарастать травой со 2-3  после подготовки почвы. Кроме всего прочего, групповое размещение посадочного материала в площадях наилучшим образом соответствует экологии  древесных растений. В площадках культуры быстрее смыкаются, что исключает возможность их дальнейшего заглушения. Основным недостатком культур по площадкам является невозможность проведения механизированной посадки и ухода.
Высокий коэффициент детерминации по второму изучаемому фактору (год производства культур) оказался недоказанным из-за небольшого числа наблюдений.