ArticlePDF Available

METHODOLOGICAL BACKGROUND FOR DEVELOPMENT OF A SYSTEM OF GROWTH AND PRODUCTIVITY MODELS FOR STANDS OF THE MAIN FOREST-FORMING TREE SPECIES OF UKRAINE

Authors:

Abstract and Figures

The article presents the results of scientific research on development of a system of growth and productivity models for stands of the main forest-forming tree species of Ukraine on basis of the yield tables proposed by Ukrainian scientists. The fundamental prerequisites for creating the system and ways for its further development and improvement are grounded. The methodological ground is formed by the developments of Ecosystems Services and Management Program of the International Institute for Applied Systems Analysis in modeling growth, productivity and bioproductivity of forests. Von Bertalanffy's growth function serves as a mathematical basis for the research, by means of which fitting of series of dynamics of stand mean height, diameter, basal area sum, growing stock and total productivity was secured for the studied stands. Perspectives for further application of the results and developments described in the article lie in sphere of integration of the updated description of dynamics Ukrainian forests to regional and global models of dynamics of forest ecosystems to account for impact of global climate change and forecast their state middle-and long-term prospect. K e y w o r d s : growth, productivity, stand, modeling, system of models, main forest-forming tree species. Introduction. The modern changing world brings to life substantial challenges for world forests and forestry. During a prolonged period of forest management, scientific research and practice of forestry have accumulated a substantial amount of regulatory and information support, which is actively used for describing dynamics of forest stands when carrying-out forest inventory and planning activities. The distinctive feature of the current circumstances for forestry branch is impossibility of trustworthy application of the existing description of forests' growth and productivity patterns under climate change conditions and variability of other environmental factors. Accounting for influence of climatic changes on growth and bioproductivity of Ukrainian forests implies fulfillment of a series of stages towards systematization and improvement of the existing forestry-related regulatory and information support, and its embedding into one or several existing global or regional models of forest ecosystems dynamics. The main research aim is to develop a unified system of growth and productivity models for stands of the main forest-forming tree species of Ukraine. Processes of growth of stands of the main forest-forming tree species are the object of research, while peculiarities of modeling of dynamics of mensurational indices of the abovementioned forest stands define the subject of research. In order to enhance compatibility of the national models with international scientific developments, and to test a conceptual methodological approach, it was proposed to undertake a research on elaboration of a system of growth and productivity models for modal stands of the major forest forming tree species of Ukraine. The system shall provide description of dynamics of the main mensurational indices in a unified way by means of a single type of models and mathematical support. Compliance with the named principles and approaches ensures possibilities for future enhancement of the system by inclusion of growth models for fully stocked stands and modal stands composed by other tree species taking into account regional peculiarities of forest growth and productivity. Materials and methods. Within the scope of the first stage of this scientific research, the following growth and yield tables of modal stands of the major forest-forming tree species were identified as an input data (specification of tree species and the corresponding authors of growth and yield tables is provided in brackets):
Content may be subject to copyright.
ЛІСІВНИЦТВО І АГРОЛІСОМЕЛІОРАЦІЯ
Харків: УкрНДІЛГА, 2016. Вип. 129
3
ЛІСІВНИЦТВО
UDC 630.5(477)
І. P. LAKYDA, R. D. VASYLYSHYN*
METHODOLOGICAL BACKGROUND FOR DEVELOPMENT OF A SYSTEM
OF GROWTH AND PRODUCTIVITY MODELS FOR STANDS OF THE MAIN
FOREST-FORMING TREE SPECIES OF UKRAINE
National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine
The article presents the results of scientific research on development of a system of growth and productivity models for
stands of the main forest-forming tree species of Ukraine on basis of the yield tables proposed by Ukrainian scientists.
The fundamental prerequisites for creating the system and ways for its further development and improvement are
grounded. The methodological ground is formed by the developments of Ecosystems Services and Management
Program of the International Institute for Applied Systems Analysis in modeling growth, productivity and
bioproductivity of forests. Von Bertalanffy’s growth function serves as a mathematical basis for the research, by means
of which fitting of series of dynamics of stand mean height, diameter, basal area sum, growing stock and total
productivity was secured for the studied stands. Perspectives for further application of the results and developments
described in the article lie in sphere of integration of the updated description of dynamics Ukrainian forests to regional
and global models of dynamics of forest ecosystems to account for impact of global climate change and forecast their
state middle- and long-term prospect.
K ey wo r d s: growth, productivity, stand, modeling, system of models, main forest-forming tree species.
Introduction. The modern changing world brings to life substantial challenges for world
forests and forestry. During a prolonged period of forest management, scientific research and
practice of forestry have accumulated a substantial amount of regulatory and information support,
which is actively used for describing dynamics of forest stands when carrying-out forest inventory
and planning activities. The distinctive feature of the current circumstances for forestry branch is
impossibility of trustworthy application of the existing description of forests’ growth and
productivity patterns under climate change conditions and variability of other environmental
factors. Accounting for influence of climatic changes on growth and bioproductivity of Ukrainian
forests implies fulfillment of a series of stages towards systematization and improvement of the
existing forestry-related regulatory and information support, and its embedding into one or several
existing global or regional models of forest ecosystems dynamics.
The main research aim is to develop a unified system of growth and productivity models for
stands of the main forest-forming tree species of Ukraine. Processes of growth of stands of the main
forest-forming tree species are the object of research, while peculiarities of modeling of dynamics
of mensurational indices of the abovementioned forest stands define the subject of research.
In order to enhance compatibility of the national models with international scientific
developments, and to test a conceptual methodological approach, it was proposed to undertake a
research on elaboration of a system of growth and productivity models for modal stands of the
major forest forming tree species of Ukraine. The system shall provide description of dynamics of
the main mensurational indices in a unified way by means of a single type of models and
mathematical support. Compliance with the named principles and approaches ensures possibilities
for future enhancement of the system by inclusion of growth models for fully stocked stands and
modal stands composed by other tree species taking into account regional peculiarities of forest
growth and productivity.
Materials and methods. Within the scope of the first stage of this scientific research, the
following growth and yield tables of modal stands of the major forest-forming tree species were
identified as an input data (specification of tree species and the corresponding authors of growth
and yield tables is provided in brackets):
* © І. P. Lakyda, R. D. Vasylyshyn, 2016
ЛІСІВНИЦТВО І АГРОЛІСОМЕЛІОРАЦІЯ
Харків: УкрНДІЛГА, 2016. Вип. 129
4
Scots pine (Pinus sylvestris L., Ukrainian Polissya, pure and mixed stands of artificial
origin A. Yu. Terentyev [7], stands of natural origin I. L. Aleksiyuk [1]),
European spruce (Picea abies (L.) Karst., Ukrainian Carpathians, stands of natural and
artificial origin R. D. Vasylyshyn [4]),
Pedunculate oak (Quercus robur L., mixed stands of artificial origin, Right- and Left-bank
Forest-Steppe O. P. Bala [2]),
European beech (Fagus sylvatica L., Ukrainian Carpathians R. D. Vasylyshyn [4]),
Silver birch (Betula pendula Roth., Ukrainian Polissya А. М. Bilous [3]),
Common aspen (Populus tremula L., Ukrainian Polissya А. М. Bilous [3]),
Black alder (Alnus glutinosa (L.) Gaerth., Ukrainian Polissya А. М. Bilous [3]).
The authors have used diverse approaches when conducting their research. Moreover,
modeling of different mensurational indices, even within one research, is done using dissimilar
mathematical expressions. This corresponds to the common practice of carrying out research on
forest growth and yield modeling. However, in its current state, national description of forest
growth and productivity is hardly possible to embedded into any of the existing regional or global
models of dynamics of forest ecosystems.
Within this research, modeling activities were performed with the best possible consideration
of the groundwork of Ecosystems Services and Management program of the International Institute
for Applied Systems Analysis (Laxenburg, Austria) stated in the respective publications. [6, 13].
The following mensurational indices from growth and yield tables were taken as primary ones
for further modeling:
mean stand height Н,
mean stand diameter D,
stand basal area G,
growing stock М,
total productivity ТР.
The rest of mensurational indices, which traditionally are included into growth and yield tables,
could be taken as derivative ones, since they may be calculated based on the well-known “classic”
formulas of forest mensuration.
Development of stands by the indices listed above was fitted using Bertalanffy’s growth
function [8]. This function is also referred to as Drakin-Vuyevsky growth function [5] or Chapman-
Richards growth function [11]. The integral equation of the applied function is of the following
form:
     , (1)
where y dependent variable,
x independent variable,
a1, a2, a3 regression coefficients.
Using equation (1) it is possible to describe the accumulated value of a mensurational index as
a function of age within a site index class. Coefficients of this model have biological meanings: а1
depicts a maximal value of the growth function (asymptote), in other words, it characterizes a value
of utilized potential of growth conditions; а2 is used for scaling of temporal axis, it describes rate of
stand growth and is proportional to age of culmination of an increment. Expression
а1а2(1 - 1/а3)exp(а3 - 1) describes maximum of a current increment, and (ln(а3)/а2) circumscribes
inflection point of the growth function. Modeling of numerous growth and yield tables done by
scientists abroad has shown that sets of coefficients а1, а2, а3 depict growth peculiarities of diverse
tree species in a good manner for different site conditions and management regimes, and create
prerequisites for accounting for impacts of different nature upon forest stands, including those
induced by climatic changes [6].
ЛІСІВНИЦТВО І АГРОЛІСОМЕЛІОРАЦІЯ
Харків: УкрНДІЛГА, 2016. Вип. 129
5
Approximation of coefficients of equation (1) for stands composed by the forest-forming tree
species within the scope of this research was implemented by means of a statistical software
StatSoft Statistica [14], version 12.5 (Fig. 1).
Fig. 1 Implementation of modelling approach
by means of a statistical software StatSoft Statistica, version 12.5
As an approximation method for determining numerical values of regression coefficients, it
was decided to apply Quasi-Newton method [9, 12]. This is a first-order optimization method,
grounded on accumulation of information on curvature of an objective function through gradient
change observation. The applied approach has enabled to speed-up the modeling process
significantly compared to a widely applied simplex-method of optimization. By applying the
described approach, we have determined values of coefficients a1, a2, a3 of the equation (1)
differentiated by forest-forming tree species, mensurational parameters and site index classes.
The generally applied practice of growth and yield modeling also includes a stage of
approximation of the determined for each site index class values of regression coefficients using a
polynomial function. Within the scope of this research, this step was omitted due to technical
reasons tables of coefficients are easier to embed into the existing regional or global functions of
forest ecosystems dynamics. However, it is planned to implement this stage in further research in
order to fulfill national requirements to forestry regulatory and information support.
Results and discussion. As a result of implementation of the previously described
methodology to the initial data, we have obtained tables of values of regression coefficients for
equation (1) in the context of forest-forming tree species, mensurational indicators and site index
classes. An example of such kind of a table for mixed modal Scots pine stands of artificial origin for
zone of Ukrainian Polissya is presented in table 1.
Currently the system of growth and productivity models for modal stands of the main forest-
forming tree species of Ukraine includes information on dynamics of mensurational indices from 11
separate yield tables.
ЛІСІВНИЦТВО І АГРОЛІСОМЕЛІОРАЦІЯ
Харків: УкрНДІЛГА, 2016. Вип. 129
6
Table 1
Values of regression coefficients of the model
for mixed modal Scots pine stands of artificial origin for zone of Ukrainian Polissya
Mensurational index
Site index
class
Regression coefficients
а2
а3
Mean stand height
Va
0.0177
1.220
V
0.0181
1.237
IV
0.0183
1.248
III
0.0183
1.243
II
0.0180
1.233
I
0.0183
1.242
Ia
0.0181
1.235
Ib
0.0183
1.245
Ic
0.0182
1.239
Id
0.0183
1.242
Mean stand diameter
Va
0.0151
0.959
V
0.0173
1.110
IV
0.0197
1.249
III
0.0229
1.410
II
0.0260
1.553
I
0.0292
1.670
Ia
0.0328
1.791
Ib
0.0367
1.906
Ic
0.0405
1.998
Id
0.0453
2.113
Stand basal area
Va
0.1317
6.280
V
0.1130
4.936
IV
0.0986
4.125
III
0.0885
3.568
II
0.0821
3.145
I
0.0786
2.759
Ia
0.0781
2.463
Ib
0.0779
2.136
Ic
0.0791
1.886
Id
0.0811
1.681
Growing stock
Va
0.0053
0.918
V
0.0115
1.386
IV
0.0211
1.988
III
0.0284
2.406
II
0.0348
2.726
I
0.0404
2.916
Ia
0.0460
3.093
Ib
0.0517
3.251
Ic
0.0575
3.406
Id
0.0630
3.520
Total productivity
Va
0.0047
1.113
V
0.0154
1.842
IV
0.0220
2.345
III
0.0264
2.595
II
0.0297
2.635
I
0.0328
2.585
Ia
0.0361
2.512
Ib
0.0398
2.433
Ic
0.0436
2.351
Id
0.0475
2.259
The calculated values of coefficients of determination R2 (0.950.99) attest to high precision of
fitting the models to the existing dynamics series of mensurational indices using Bertalanffy’s
growth function due to flexibility and universality of the latter. For better visualization, it is
ЛІСІВНИЦТВО І АГРОЛІСОМЕЛІОРАЦІЯ
Харків: УкрНДІЛГА, 2016. Вип. 129
7
worthwhile to consider Fig. 2, which presents graphical comparison of dynamics series of selected
mensurational indicators for stands, composed by selected tree species.
Fig. 2 Visual demonstration of functioning of the developed system of growth and productivity models for
selected mensurational indices and stands composed by selected tree species: а for mean stand height (Н), b
for mean stand diameter (D), c for total productivity (TP)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
020 40 60 80 100 120 140
Н, m
Age, years
Pure Scots pine stands of artificial
origin in Ukrainian Polissya
Silver birch stands in Ukrainian
Polissya
Common aspen stands in
Ukrainian Polissya
Black aldes stands in Ukrainian
Polissya
0
10
20
30
40
50
60
020 40 60 80 100 120 140
D, cm
Age, years
European spruce stands of artificial
origin in Ukrainian Carpathians
European beech stands in Ukrainian
Carpathians
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
020 40 60 80 100 120 140
ТР, m3ha-1
Age, years
Pure Scots pine stands of artificial
origin in Ukrainian Polissya
Scots pine stands of natural origin
in Ukrainian Polissya
European spruce stands of
artificial origin in Ukrainian
Carpathians
Pedunculate oak stands in Left-
bank Forest-Steppe
European beech stands in
Ukrainian Carpathians
Silver birch stands in Ukrainian
Polissya
c
b
a
r
ЛІСІВНИЦТВО І АГРОЛІСОМЕЛІОРАЦІЯ
Харків: УкрНДІЛГА, 2016. Вип. 129
8
The main perspectives of application for the developed system is its integration to regional and
global models of forest ecosystems dynamics in order to forecast state of Ukrainian forests for a
middle- and long-time prospect. A representative of this kind of models is a Global Forest Model
(G4M), developed at the International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA) [10]. The
developers of the model have included a functionality for assessing forest land productivity based
on site height above sea level, geographical latitude, soil type, moisture regime, CO2 concentration,
monthly precipitation, and monthly average temperature. Today there is a positive experience of its
application for analysis of changes in forest stands productivity driven by changing environmental
factors, above all by climatic changes. IIASA scientists have demonstrated capabilities of G4M to
account for impact of changes of temperature regime upon forest ecosystems in the course of the
international scientific project EURO-CORDEX.
Conclusions. As a result of scientific efforts within the scope of the presented research
activity, a system of growth and productivity models for modal stands of the main forest-forming
tree species of Ukraine was developed. Application of approbated and internationally recognized
and harmonized approaches during its development enables enhancing of the system in the future
for better capturing of regional peculiarities of forest stands dynamics and supplementing it with
growth models of fully-stocked stands, which are actively used in the practice of forest management
and planning. The scientific research creates preconditions for forecasting growth and productivity
of forests in Ukraine under the climate change conditions by means of internationally approbated
and recognized regional and global models of forest ecosystems dynamics.
REFERENCES
1. Алексіюк І. Л. Прогнозування росту природних соснових деревостанів Полісся України : дис. канд.
с.-г. наук : 06.03.02 / Ігор Леонтійович Алексіюк. К., 2015. 156 с.
2. Бала О. П. Система моделювання оцінки та прогнозу росту штучних мішаних дубових деревостанів
Лісостепу України : дис. … канд. с.-г. наук : 06.03.02 / Олександр Петрович Бала. К., 2004. 184 с.
3. Білоус А. М. Біопродуктивність та екосистемні функції м'яколистяних лісів Українського Полісся : дис.
… докт. с.-г. наук : 06.03.02, 06.03.03 / Андрій Михайлович Білоус. К., 2016. 423 с.
4. Василишин Р. Д. Продуктивність та еколого-енергетичний потенціал лісів Українських Карпат : дис. …
докт. с.-г. наук : 06.03.02 / Роман Дмитрович Василишин. К., 2014. 350 с.
5. Дракин В. Н. Новая формула хода роста древостоев по высоте и диаметру и ее применение к
исследованию зависимости между высотой и диаметром / В. Н. Дракин, Д. И. Вуевский // Записки БЛТИ.
Минск, 1940. Вып. 5. С. 3–37.
6. Таблицы и модели хода роста и продуктивности насаждений основных лесообразующих пород
северной Евразии / А. З. Швиденко, Д. Г. Щепащенко, С. Нильссон, Ю. И. Булуй. – М., 2008. 886 с.
7. Терентьєв А. Ю. Система моделювання прогнозу росту штучних соснових лісостанів Полісся України :
дис. … канд. с.-г. наук : 06.03.02 / Андрій Юрійович Терентьєв. К., 2010. 193 с.
8. De Graaf G. Fitting growth with the von Bertalanffy growth function: a comparison of three approaches of
multivariate analysis of fish growth in aquaculture experiments / G. De Graaf, M. Prein. // Aquaculture Research.
2005. No 36. P. 100109.
9. Galen A. Overview of Quasi-Newton optimization methods / A. Galen, J. Nocedal, S. Wright. 2008.
Avilable from: https://homes.cs.washington.edu/~galen/files/quasi-newton-notes.pdf.
10. Gusti M. Technical Description of the IIASA Model Cluster / M. Gusti, P. Havlik, M. Obersteiner // The
Eliasch Review. 2008. Avilable from: https://www.researchgate.net/publication/
228373021_Technical_description _of_the_IIASA_model_cluster.
11. Liu Z. The generalized Chapman-Richards function and applications to tree and stand growth / Z. Liu, F. Li. //
Journal of Forestry Research. 2003. No 14. P. 1926.
12. Nonlinear Estimation Analysis Avilable from: http://documentation.statsoft.com/STATISTICAHelp.aspx?
path=NonlinearEstimation/Indices/NonlinearEstimationAnalysis_HIndex.
13. Semi-empirical models for assessing biological productivity of Northern Eurasian forests / A. Shvidenko,
D. G. Shchepashchenko, S. Nilsson, Y. Bouloui // Ecological Modelling. 2007. No 204. P. 163179.
14. Statistica 12.5. Avilable from: http://www.statsoft.com/Products/STATISTICA-Features/version-12.
ЛІСІВНИЦТВО І АГРОЛІСОМЕЛІОРАЦІЯ
Харків: УкрНДІЛГА, 2016. Вип. 129
9
Лакида І. П., Василишин Р. Д.
МЕТОДИЧНЕ ПІДҐРУНТЯ ДЛЯ РОЗРОБЛЕННЯ СИСТЕМИ МОДЕЛЕЙ РОСТУ ТА ПРОДУКТИВНОСТІ
ДЕРЕВОСТАНІВ ОСНОВНИХ ЛІСОУТВОРЮВАЛЬНИХ ДЕРЕВНИХ ВИДІВ УКРАЇНИ
Національний університет біоресурсів і природокористування України
У статті висвітлено результати наукової роботи щодо розроблення системи моделей росту та
продуктивності модальних деревостанів панівних лісоутворювальних деревних видів України на основі
запропонованих вітчизняними дослідниками чинних таблиць ходу росту. Обґрунтовано засадничі передумови
створення такої системи, наведено шляхи її подальшого розвитку та вдосконалення. Методичною основою є
напрацювання програми Екосистемних послуг та управління Міжнародного інституту прикладного системного
аналізу (м. Лаксенбург, Австрія) у сфері моделювання росту, продуктивності та біопродуктивності лісів.
Математичним підґрунтям виступає ростова функція Берталанффі, за допомогою якої здійснено вирівнювання
рядів динаміки середньої висоти, середнього діаметра, абсолютної повноти, запасу та загальної продуктивності
досліджуваних деревостанів. Перспективи подальшого застосування описаних у статті наукових розробок
полягають у інтегруванні опису динаміки лісів України до регіональних та глобальних моделей динаміки
лісових екосистем задля урахування впливу глобальних кліматичних змін та прогнозування їхнього стану на
середньо- та довгострокову перспективу.
К л ю ч о ві с ло в а : ріст, продуктивність, деревостан, моделювання, система моделей, панівні
лісоутворювальні деревні види.
Лакида И. П., Василишин Р. Д.
МЕТОДИЧЕСКОЕ ОСНОВАНИЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫ МОДЕЛЕЙ РОСТА И
ПРОДУКТИВНОСТИ ДРЕВОСТОЕВ ОСНОВНЫХ ЛЕСООБРАЗУЮЩИХ ДРЕВЕСНЫХ ВИДОВ УКРАИНЫ
Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины
В статье отражены результаты научной работы по разработке системы моделей роста и продуктивности
модальных древостоев господствующих лесообразующих древесных видов Украины на основе предложенных
отечественными исследователями действующих таблиц хода роста. Обоснованы основные предпосылки
создания такой системы, приведены пути ее дальнейшего развития и совершенствования. Методической
основой являются наработки программы Экосистемных услуг и управления Международного института
прикладного системного анализа (г. Лаксенбург, Австрия) в сфере моделирования роста, продуктивности и
биопродуктивности лесов. Математическим основанием выступает ростовая функция Берталанффи, с помощью
которой осуществлено выравнивание рядов динамики средней высоты, среднего диаметра, абсолютной
полноты, запаса и общей продуктивности исследуемых древостоев. Перспективы дальнейшего применения
описанных в статье научных разработок заключаются в интегрировании описания динамики лесов Украины в
региональные и глобальные модели динамики лесных экосистем для учета влияния глобальных климатических
изменений и прогнозирования их состояния на средне- и долгосрочную перспективу.
К л ю ч е вы е с л о в а : рост, продуктивность, древостой, моделирование, система моделей, основные
лесообразующие древесные виды.
E-mail: ivan.lakyda@nubip.edu.ua
Одержано редколегією: 30.11.2016
... У цілому процес розроблення нормативно-довідкових таблиць біопродуктивності соснових насаджень Байрачного Степу включав такі етапи: збір, оброблення та аналіз дослідних даних; моделювання таксаційних показників соснових деревостанів; моделювання біопродуктивності компонентів надземної фітомаси, перевірка моделей та їх верифікація (Lakyda, 2002;Lakyda & Vasylyshyn, 2016). ...
Article
Full-text available
Dynamic changes in forest ecosystems, which can be both short-term and long-term, are assessed on the scale of long-term biologically determined stages, through the determi-nation of age parameters. In this context, the results on the dynamic changes of the components of the aboveground phytomass of Scots pine in the northern steppe zone of Ukraine are presented. Based on the simulated growth tables of the studied modal artificial pine stands, standards for the dynamics of their bioproductivity have been developed for such components of aboveground phytomass as trunk in bark, branches in bark and needles. Modeling and statistical evaluation to determine the phytomass of the aboveground part of the pine stand: wood and bark of the trunk, branches and needles of the crown in a completely dry state. Tables of theoretical distribution of indicators of components of phytomass of pines for an age category from 10 to 80 years are con-structed. Regularities of phytomass changes of trunk components in bark and crown for stands of I–IV classes of quality were found. It is established that the dynamics of changes in the components of both the stem part and the components of the crown is characterized by a gradual increase in phytomass with age. The trend of dynamic changes is similar for all studied rating classes. It is ob-vious that stands of the first quality have the highest productivity of the studied classes. Decreased creditworthiness is accompanied by a gradual decline in productivity. It is investigated that the most significant differences in the phytomass parameters of different qualities are characteristic of older stands. It is calculated that the phytomass of the trunk in the bark varies from 5.4 t/ha (10 years) to 144 t/ha (80 years), and the nature of changes in the phytomass of the crown with age actually reflects the trend of phytomass dynamics of branches compared to pine. A comparative assessment of the dynamic changes of phytomass components of pine stands of the northern steppe part with the results of bioproductivity of pines of Ukrainian Polissya and Forest-Steppe, forest-steppe and northern-steppe regions of the European part, Kazakhstan and Siberia is given. On the basis of the received tables of dynamic changes of bioproductive processes in pines of the Northern Steppe the theoretical substantiation of practical use of normative-reference material for conditions of steppe part of Ukraine is made. The obtained results provide an opportunity to assess the current state of pine forests in the study region and predict the dynamics of their changes, which will allow the objective implementation of forestry measures, taking into account the regional peculiarities of pine formation.
... З огляду на динамічність процесів у лісових насадженнях, украй актуальним питанням є розроблення динамічних бонітетних шкал і побудова таблиць ходу росту (ТХР), які відбивають не лише сучасний стан деревостанів, але й прогнозують їхні вікові зміни. Формуванням бази ТХР для головних лісоутвворювальних порід у лісах різних регіонів нашої країни займалися багато науковців (Strochinskiy et al. 1992, Bala 2004, Myklush 2008, Lakyda et al. 2012, Tkach et al. 2013, Lakyda & Vasylyshyn 2016. Однак для регіону Придніпровського Північного Степу робіт подібного характеру з формуванням ТХР для модальних деревостанів, зокрема сосни звичайної, нині немає. ...
Article
Full-text available
Визначено особливості ходу росту за середньою висотою та розроблено динамічну бонітетну шкалу для соснових деревостанів штучного походження Північного Придніпровського Степу України. Аналіз ходу росту сосняків здійснено з використанням експериментальної бази даних тимчасових пробних площ, а також бази даних ВО «Укрдержліспроект» із повидільною таксаційною характеристикою деревостанів. Проведено моделювання основних таксаційних параметрів модальних соснових деревостанів штучного походження досліджуваного регіону. На основі чинних нормативів побудовано динамічні бонітетні шкали росту сосняків в умовах степової зони, де за основу взято базовий вік 60 років. Встановлено відмінності між ростом досліджуваних сосняків та наявною загальнобонітетною шкалою. Отримано таблиці ходу росту сосняків Дніпропетровського регіону, які характеризують деревостан загалом та частину, що вилучається з насадження внаслідок природного відпаду або проведення лісогосподарських заходів. Наведено порівняльний аналіз отриманих результатів таблиць ходу росту сосняків із наявними аналогами для модальних соснових деревостанів інших природно-географічних зон.
... Рівняння (1) відповідає усім вимогам, що ставляться до функцій росту, а саме: проходить через початок координат, монотонно зростає на всій області визначення, має при цьому S-подібну форму тренду. Крім того, гнучкість та зручність формули зробили масовим її застосування при моделюванні динаміки таксаційних показників [9,11,12,14,22,23,24]. Отримані в результаті моделювання значення параметрів рівняння (1) та відповідні коефіцієнти детермінації (R 2 ) наведено в табл. ...
Article
Full-text available
На основі повидільної бази даних ВО «Укрдержліспроект» станом на 01.01.2011 року проведено моделювання основних таксаційних показників, а саме середньої висоти, середнього діаметра та запасу на 1 га. В якості математичних моделей використано алометричну (степеневу) функцію (для моделювання середнього діаметра) та ростову функцію Мітчерліха (для моделювання середніх висоти та запасу). Використовуючи дані тимчасових пробних площ, на яких рубалися та обмірювалися модельні дерева, змодельоване середнє видове число дубових деревостанів українського Полісся. На основі отриманих математичних моделей, з використанням загальноприйнятих лісотаксаційних формул, побудовано таблиці ходу росту для модальних дубових деревостанів насіннєвого природного походження Полісся України. Отримані таблиці ходу росту характеризують деревостан загалом та частину, що вибирається з насадження у результаті природного відпаду або проведених лісогосподарських заходів. Для частини, що вибирається, використані редукційні та видові числа, що були розраховані раніше для дубових деревостанів лісостепової зони України, оскільки інтенсивність проведення господарських заходів у цих природних зонах не відрізняється. Based on the stand-wise database of IA "Ukrderzhlisproekt" as of January 1, 2011, main mensurational indices, namely mean height, mean diameter and growing stock per hectare of common oak stands in Ukrainian Polissia, have been modelled. Mathematical models employ allometric (power) function (for mean diameter modeling) and Mitscherlich growth function (for mean height and growing stock modeling). Using the data collected at temporary sample plots, where model trees were cut down and measured, mean form factor of common oak stands in Ukrainian Polissia has been modeled. The developed mathematical models together with conventional forest mensuration formulas have enabled development of yield tables for modal stands of common oak of natural (seed) origin in Ukrainian Polissia. The resulting yield tables describe tree stands and their removed parts (due to natural thinning or forest management activities). For removed part, reduction numbers and form factors that were obtained for common oak stands in Forest-Steppe zone of Ukraine are used, since intensity of management activities in these natural zones does not differ significantly.
Article
Full-text available
The article considers the main challenges facing the forest sector of European part of Mid-Latitude zone in connection with climate change. The main aim was to systematize available scientific information on climate change influence on forests in the research region. The methods of analysis, synthesis, comparison and generalization of available scientific information were applied. Environmental results of climate changeimpact on forests are represented by future worsening stability and sanitary state of forest stands of Ukraine's main forest-forming tree species. This becomes more and more noticeable for Scots pine dominated stands across Ukraine, and the future for forests composed by other tree species is no longer optimistic in the long run. It is stated that the changing environment will lead to alteration of growth, productivity and bioproductivity of Ukrainian forests, and, consequently,to the necessity to rethink approaches to selection of tree species, forest caring and growing, assessment of ecosystem functions and so on. Economic consequences of climate change for forestry will manifest themselves in the loss of resources, loss of income, as well as expenditures for implementing environmental stabilizing measures. The attention is drawn to significant volumes of normative and information support as well as unique empirical data accumulated in Ukraine during a prolonged period of forest management, forest science and practice. Those are actively used to describe dynamics of various characteristics of forest ecosystems within scientific research, management planning and forest industry.The importance of improving the information support of the forestry sector is emphasized, which will ensure the possibility of forecasting the state of forests under climate change conditions and making sound managerial decisions, and possible pathways for this are highlighted. Characterized are necessary prerequisites and possible ways of transition to the paradigm of sustainable development on the basis of risk-resilient forest management in Ukraine and in geographically greater region.
Article
Full-text available
The generalized Chapman-Richards model was derived from the Chapman-Richards function in which parameters η,k andm were unconstrained. Based on the structure of solutions and biological interpretations, the model could be classified into eight cases (three categories) at all and among them only 4 kinds of cases are suitable in forestry that represent four typical growth patterns of trees and stands. For each of 4 equations, the model properties and biological interpretations for parameters were discussed in detail. The generalized Chapman-Richards model was capable of describing a wide range of growth curves that was asymptotic or nonasymptotic, with or without inflection point. In order to illustrate the versatility, of the model, it was fitted to a group of data sets concerning the DBH growth of cryptomeria plantations with 4 initial densities and the DBH and height growth of natural Korean pinetree. Comparing the generalized Chapman-Richards function and the Schnute model, it was found that the parameters and expressions of the two models were interchangeable in theory, and the fitting results were explicitly identical in empirical applications.
Article
Three approaches for multivariate analysis of fish growth in aquaculture experiments with Nile tilapia (Oreochromis niloticus niloticus L.) based on the von Bertalanffy growth curve are presented and compared. The approaches are: an extended Gulland-and-Holt (GH) plot, a forced extended GH plot and a multilinear regression analysis for the growth parameter K. All three models provide valuable insight into the major environmental factors influencing the daily growth rate and explain 28–46% of the variance of the observed daily growth rate of the used data set. For all three methods, the modelled parameter is significantly related to the net yield of Nile tilapia and can, therefore, be used for the predictive modelling of management scenarios. The extended GH plot loads the influence of environmental parameters upon L∞, while the forced extended GH plot and Direct fitting of K load the influence on the growth parameter K. The latter is more in the tradition of aquaculture research. But the forced extended GH plot and Direct fitting of K can only be applied if L∞ of the cultured species is known, as the selected L∞ influences the variance in the regression variables.
Article
The Richards–Chapman growth function was used as an analytical basis for a unified system of semi-empirical models describing the dynamics of the main biometric characteristics of major types of Northern Eurasian forests. The growth function was applied at the stand level using yield tables. The models received satisfactorily describe the diversity of growth patterns for different species and geographical regions of Northern Eurasia. A special type of model of biological productivity (MBP) has been developed combining the above growth models and multi-dimensional regression equations of phytomass (living biomass). The latter have been parametrized for dominant tree species, site indexes and ecological regions based on 3507 sample plots collected in Northern Eurasia's forests. The MBP account for age dynamics of forest ecosystems and simulate dynamics of seven components of phytomass (stem wood over bark, bark, crown wood, foliage, understory, green forest floor, and roots) as well as net primary production. The model system could be used in different ecological applications, in forest inventory and forest management as a semi-empirical reference information on the growth and productivity of Northern Eurasia's forests.
Прогнозування росту природних соснових деревостанів Полісся України : дис. … канд. с.-г. наук : 06.03.02 / Ігор Леонтійович Алексіюк
  • І Л Алексіюк
Алексіюк І. Л. Прогнозування росту природних соснових деревостанів Полісся України : дис. … канд. с.-г. наук : 06.03.02 / Ігор Леонтійович Алексіюк. -К., 2015. -156 с.
Система моделювання оцінки та прогнозу росту штучних мішаних дубових деревостанів Лісостепу України : дис. … канд. с.-г. наук : 06.03.02 / Олександр Петрович Бала
  • О П Бала
Бала О. П. Система моделювання оцінки та прогнозу росту штучних мішаних дубових деревостанів Лісостепу України : дис. … канд. с.-г. наук : 06.03.02 / Олександр Петрович Бала. -К., 2004. -184 с.
Біопродуктивність та екосистемні функції м'яколистяних лісів Українського Полісся : дис. … докт. с.-г. наук : 06.03.02, 06.03.03 / Андрій Михайлович Білоус
  • А М Білоус
Білоус А. М. Біопродуктивність та екосистемні функції м'яколистяних лісів Українського Полісся : дис. … докт. с.-г. наук : 06.03.02, 06.03.03 / Андрій Михайлович Білоус. -К., 2016. -423 с.
Продуктивність та еколого-енергетичний потенціал лісів Українських Карпат : дис. … докт. с.-г. наук : 06.03.02 / Роман Дмитрович Василишин
  • Р Д Василишин
Василишин Р. Д. Продуктивність та еколого-енергетичний потенціал лісів Українських Карпат : дис. … докт. с.-г. наук : 06.03.02 / Роман Дмитрович Василишин. -К., 2014. -350 с.
Новая формула хода роста древостоев по высоте и диаметру и ее применение к исследованию зависимости между высотой и диаметром
  • В Н Дракин
Дракин В. Н. Новая формула хода роста древостоев по высоте и диаметру и ее применение к исследованию зависимости между высотой и диаметром / В. Н. Дракин, Д. И. Вуевский // Записки БЛТИ. -Минск, 1940. -Вып. 5. -С. 3-37.
Система моделювання прогнозу росту штучних соснових лісостанів Полісся України : дис. … канд. с.-г. наук : 06.03.02 / Андрій Юрійович Терентьєв
  • А Ю Терентьєв
Терентьєв А. Ю. Система моделювання прогнозу росту штучних соснових лісостанів Полісся України : дис. … канд. с.-г. наук : 06.03.02 / Андрій Юрійович Терентьєв. -К., 2010. -193 с.