Комплексне пряме визначення мас продуктів фотосинтезу деревостанів за квантами енергії сонячної радіації
Анотація
Запропоновано комплексний прямий квантово-оптичний метод визначення мас продуктів фотосинтезу деревостанів за квантами енергії сонячної радіації, що надійшла за відповідний проміжок часу з середньою температурою вегетації T ≥ 5°С. Енергія сонячної радіації визначена через кількість фотонів, що потрапили в деревостан, та їх енергію в смугах поглинання хлорофілу з довжинами хвиль 440 та 660 нм.
Продукти фотосинтезу деревостанів, зокрема, фітомасу, фотосинтетично зв’язаний вуглекислий газ, депонований вуглець, воду та кисень, досі визначають непрямими методами через різноманітні зовнішні ознаки деревостану без урахування головного чинника процесу фотосинтезу – енергії сонячної радіації. Всі вони винятково трудомісткі та енерговитратні. Вуглекислий газ, кисень і депонований вуглець, зазвичай визначають непрямо через попередньо знайдену непрямим способом фітомасу шляхом її перерахунку з використанням молекулярної ваги продукту фотосинтезу. Затрачена на фотосинтез вода майже не вивчена. Запропонований квантово-оптичний прямий метод визначення мас продуктів фотосинтезу ґрунтується на тому, що енергія сонячної радіації, точніше енергія ФАР, поділяється на окремі кванти енергії – фотони, які поглинає хлорофіл з утворенням молекул клітковини. Маса останніх пропорційна кількості поглинутих фотонів, тобто падаючій на деревостан енергії ФАР W. У результаті отримаємо зручний вираз прямого визначення маси продуктів фотосинтезу деревостану:
m = m × A × W,
де А = 11,031× 10-9 кг/Дж – стала величина, яку визначено через енергію фотонів смуг поглинання хлорофілу; m – молекулярна вага продукту фотосинтезу. Встановлена залежність приросту мас продуктів фотосинтезу від енергії ФАР отримана для повністю зімкнутих деревостанів. У реальності потрібно вводити корегувальні коефіцієнти стану зімкнутості крон, віку насаджень, класу бонітету, деревних порід та ін.
Лінійна залежність мас продуктів фотосинтезу від енергії сонячної радіації W дає змогу автоматизувати процес і, ввівши сталі значення А та m, визначати маси всіх продуктів фотосинтезу одночасно як в неперервному режимі, так і за дискретні проміжки часу.
Посилання
Bessonova, V. P., & Yakovleva-Nosar, S. O. (2004). Plant Physiology. Dnipropetrovsk: Svidler, A.L. Retrieved from https://dspace.dsau.dp.ua/handle/123456789/10162. [Бессонова, В. П., Яковлєва-Носарь, С. О. (2004). Фізіологія рослин. Дніпропетровськ: Свідлер А.Л.] (in Ukrainian)
Brown, S. (1989). Biomass Estimation Methods for Tropical Forests with Applications to Forest Inventory Data. Forest Science, 35(4), 881–902. https://doi.org/10.1093/forestscience/35.4.881
Chaskovskyi, O. H., Myklush, Yu. S., Kummerle, T., & Pontus, O. (2016). Carbon balance of natural complexes in Western Ukraine. Scientific Bulletin of Ukrainian National Forestry University, 26(1), 16–29. https://doi.org/10.15421/40260102 [Часковський, О. Г., Миклуш, Ю. С., Кюмерле, Т., Понтус, О. (2016). Вуглецевий баланс природних комплексів Західної України. Науковий вісник НЛТУ України, 26(1), 16–29] (in Ukrainian)
Constandache, C., Tudor, C, Vlad, R., Dinca, L., & Popovici, L. (2021). The productivity of pine stands on degraded lands. Scientific Papers E. Land Reclamation, Earth Obseration @ Surveying. Environmental Engineering, 10, 76–84. https://landreclamationjournal.usamv.ro/pdf/2021/Art11.pdf
Dengsheng, L. (2006). The Potential and Challenge of Remote Sensing-Based Biomass Estimation. International Journal of Remote Sensing, 27(7), 1297–1328. https://doi.org/10.1080/01431160500486732.
Dixon, K. K., Brown, S., Houghton, R. A., Solomon, A. M., Trexler, M. C., & Wisnievsi, J. (1994). Carbon Pools and Flux of Global Forest Ecosystems. February 1 Science, 263(5144), 185–190. https://doi.org/10.1126/science.263.5144.185
Drobitko, А., & Kachanova, T. (2023). Agroecological substantiation of technologies for growing grain crops in the conditions of the Southern Steppe of Ukraine. Ukrainian Black Sea Region Agrarian Science, 27(4), 9–17. https://doi.org/10.56407/bs.agrarian/4.2023.09
Giancoli, D. C. (1984). General Physics. V 2. Prentice Hall, Inc.
Gwal, S., Singh, S. & Amand, S. (2020). Understanding forest biomass and net primary productivity in Himaleyan ecosystem using geospatial approach. Modeling Earth Systems and Environment, 6(4), 2517–2534. https://doi.org/10.1007/s40808-020-00844-4
Halik, O. I., & Basiuk, T. O. (2014). Climatic Reference Data of Ukraine. Rivne: National University of Water and Environmental Engineering. [Галік, О. І., Басюк, Т. О. (2014). Довідкові дані з клімату України. Рівне: Національний університет водного господарства та природокористування] (in Ukrainian)
Kaminskyi, V. F., & Asanishvili, N. M. (2020). Features of maize growth and development in crops and their photosynthetic activity depending on cultivation technology in forest-steppe conditions. Foothill and Mountain Agriculture and Animal Husbandry, 67(11), 92. https://phzt-journal.isgkr.com.ua. https://doi.org/10.32636/01308521.2020-2-6. [Камінський, В. Ф., Асанішвілі, Н. М. (2020). Особливості росту і розвитку рослин кукурудзи у посівах та їх фотосинтетична діяльність залежно від технології вирощування в умовах Лісостепу. Передгірне та гірське землеробство і тваринництво, 67(11), 92] (in Ukrainian)
Kucheriavyi, V. P. (2001). Ecology: Lviv: Svit. [Кучерявий, В. П. (2001). Екологія. Львів: Світ. 512 с.] (in Ukrainian)
Lakyda, P. I. (2002). Phytomass of the Forests of Ukraine. Ternopil: Zbruch. [Лакида, П. І. (2002). Фітомаса лісів України. Тернопіль: Збруч. 282 с.] (in Ukrainian)
Lakyda, P. I., Lashchenko, A. H., & Lashchenko, N. M. (2006). Biological Productivity of Oak Stands in Podillia. Kyiv: National Scientific Center "Institute of Agrarian Economics" [Лакида, П. І., Лащенко, А. Г., Лащенко, Н. М. (2006). Біологічна продуктивність дубових деревостанів Поділля. Київ: Національний науковий центр «Інститут аграрної економіки». 278 с.] (in Ukrainian)
Lakyda, P. I., Shvidenko, A. Z., Shchepashchenko, D. H., Vasylyshyn, R. D., Bilous, A. M., Lakyda, I. P., & Matusevych, L. M. (2013). Biotic productivity of forests of Ukraine in the European eco-resource context. Bioresources and Nature Management, 5(5-6), 111–116. [Лакида, П. І., Швиденко, А. З., Щепащенко, Д. Г., Василишин, Р. Д., Білоус, А. М., Лакида, І. П., Матусевич, Л. М. (2013). Біотична продуктивність лісів України в європейському екоресурсному вимірі. Біоресурси і природокористування, 5(5-6), 111–116] (in Ukrainian)
Larcher, W. (2003). Plant Ecology. Berlin: Springer. https://doi.org/10.1093/aob/mch084 https://www.researchgate.net/publication/31113128_h_edn
Matthews, G. (1993) The Carbon Content of Trees. Forestry Commission. Tech. Paper 4. Edinburgh.
Moroz, V. (2024). Bioproductivity of pine forests in Polissia. Scientific Reports of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 20(5), 120–134. https://doi.org/10.31548/dopovidi/5.2024.120 [Мороз, В. (2024). Біопродуктивність соснових лісів Полісся. Наукові доповіді Національного університету біоресурсів і природокористування України, 20(5), 120–134] (in Ukrainian)
Myklush, S. I. (2011). Plain Beech Forests of Ukraine: Productivity and Sustainable Management Organization. Lviv: ZUKTs. [Миклуш, С. І. (2011). Рівнинні букові ліси України: продуктивність та організація сталого господарства. Львів: ЗУКЦ. 188 с.] (in Ukrainian)
Myklush, S. I., & Myklush, Yu. S. (2009). General phytomass of plain beech forests of Ukraine. Scientific Bulletin of Ukrainian National Forestry University, 19(4), 16–21. Retrieved from https://nv.nltu.edu.ua/Archive/2009/19_4/16_Myklusz_19_4.pdf [Миклуш, С. І., Миклуш, Ю. С. (2009). Загальна фітомаса рівнинних букових насаджень України. Львів. Науковий вісник НЛТУ України, 19(4), 16–21] (in Ukrainian)
Myklush, S., Myklush, Yu., Debryniuk, Iu., & Prystupa, R. (2024). Change in the productivity of stands of the spruce (Picea abies L.) mountain Carpathian forests district over a 70-year period. Folia Forestalia Polinica. Series A – Forestry, 66(2), 61–71. https://doi.org/10.2478/ffp-0006
Mykrushyn, M. M., Mykrushyna, Ye. M., Peterson, M. N., & Melnikov, M. M. (2006). Plant Physiology. Vinnytsia: New book. [Микрушин, М. М., Микрушина, Є. М., Петерсон, М. Н., Мельников, М. М. (2006). Фізіологія рослин. Вінниця: Нова книга. 424 с.] (in Ukrainian)
Myroniuk, V., Bell, D. M., Gregory, M. J., Vasylyshyn, R. & Bilous, A. (2022). Uncovering forest dynamics using historical forest inventory data and Landsat time series. Forest Ecology and Management, 513, 120184. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2022.120184.
Official website of Lviv Regional Department of Forestry and Hunting. https://lvivlis.gov.ua [Офіційний сайт Львівського обласного управління лісового і мисливського господарства. https://lvivlis.gov.ua.] (in Ukrainian)
Regional Report on the State of the Environment in Lviv Oblast for 2021. Main Department of Statistics in Lviv Oblast. https://www.lv.ukrstat.gov.ua. [Регіональна доповідь про стан навколишнього природного середовища у Львівській області за 2021 р. Головне управління статистики у Львівській області (in Ukrainian)
State Service of Ukraine for Geodesy, Cartography, and Cadastre. https://land.gov.ua/ [Державна служба України з питань геодезії, картографії та кадастру] (in Ukrainian)
State Targeted Program of Forest of Ukraine for 2002-2015. №977 : 25. https://zakon 2.rada goua/laws/shov/977-2009 – n [Державна цільова програма Ліси України на 2002–2015 рр: затверджено Постановою Кабінету міністрів України від 16.09.2009 р. №977] (in Ukraine)
Sytnyk, S., Lakuda, M., Lakuda, V., & Lakuda, P. (2018). Basic density and crown parameters of forest forming species within Steppe zone in Ukraine. Folia Ecologica, 45(2), 82–91. https://www.researchgate.net/. Publication/330677342. https://doi.org/10.2478/foecol-2018-0009
Tomiltseva, A. I., Yatsyk, A. V., & Mokin, V. B. (2007). Ecological Principles of Water Resources Management. Kyiv: Institute of Ecological Management and Sustainable Nature Use. [Томільцева, А. І., Яцик, А. В., Мокін, В. Б. (2007). Екологічні основи управління водними ресурсами. Київ: Інститут екологічного управління та збалансованого природокористування] (in Ukrainian)
Vaidanych, V. I., & Vaidanych, T. V. (2008). Quantum approach to determining the increase of phytomass in forest stands. Forestry, Pulp and Paper, and Wood Processing Industry: Interdepartmental Scientific and Technical Bulletin, 34, 10–17. [Вайданич, В. І., Вайданич, Т. В. (2008). Квантовий підхід до визначення приросту фітомаси деревостанів. Лісове господарство, лісова, паперова і леревообробна промисловість, 34, 10–17] (in Ukrainian)
Vaidanych, V. I., Deineka, A. M., Myklush, S. I., Krynytskyi, H. T., Dovha, N. D., & Vaidanych, T. V. (2012). Application of the quantum approach to determine the photosynthesized CO₂ sink, sequestered carbon and produced oxygen in forest stands. Forestry, Pulp and Paper, and Wood Processing Industry: Interdepartmental Scientific and Technical Bulletin, 38, 6–15. [Вайданич, В. І., Дейнека, А. М., Миклуш, С. І., Криницький, Г. Т., Довга, Н. Д., Вайданич, Т. В. (2012). Застосування квантового підходу для визначення фотосинтететично зв’язаного вуглекислого газу, депонованого вуглецю та продукованого деревостаном кисню. Лісове господарство, лісова, паперова і деревообробна промисловість, 38, 6–15] (in Ukrainian)
Vaidanych, V. I., Dovha, N. D., & Vaidanych, T. V. (2008). On estimating the accumulated phytomass of plants through solar radiation energy. Bulletin of Ternopil State Technical University, (3), 183–187. [Вайданич, В. І., Довга, Н. Д., Вайданич, Т. В. (2008). Про оцінку накопиченої фітомаси рослин за енергією сонячної радіації. Вісник Тернопільського державного технічного університету, 3, 183–187] (in Ukrainian)
Vasylyshyn, R. D. (2013). Carbon sequestration and oxygen production functions of fir stands in the Ukrainian Carpathians. Scientific Bulletin of Ukrainian National Forestry University, 23(9), 347–351. Retrieved from https://nv.nltu.edu.ua/Archive/2013/23_9/index.htm [Василишин, Р. Д. (2013). Вуглецедепонувальна та киснепродукувальна функції повних ялицевих насаджень Українських Карпат. Науковий вісник НЛТУ України, 23(9), 347–351] (in Ukrainian)
Vasylyshyn, R. D., & Domashovets, H. S. (2008). Phytomass and sequestered carbon in forests of Lviv Oblast in the context of forest-vegetation zoning. Scientific Bulletin of Ukrainian National Forestry University, 18(3), 50–58. Retrieved from https://www.recearch.not/publication/330854122 [Василишин, Р. Д, Домашовець, Г. С. (2008). Фітомаса та депонований вуглець лісів Львівської області в контексті лісорослинного районування. Науковий вісник НЛТУ України, 18(3), 50–58] (in Ukrainian)
Vasylyshyn, R. D., Lakyda, I. P., Melnyk, O. M., Lakyda, M. O., & Rymarenko, Yu. P. (2021). Organic carbon in forest plant biomass in Kyivshchyna. Ukrainian Journal of Forests and Wood Science, 12(3), 63–71. https://doi.org/10.31548/forest2021.03.005 [Василишин, Р. Д., Лакида, І. П., Мельник, О. М., Лакида, М. О., Римаренко, Ю. П. (2021). Органічний вуглець у рослинній біомасі лісів Київщини. Ukrainian journal of Forests and Wood science, 12(3), 63–71] (in Ukrainian}
Vasylyshyn, R. D., Lakyda, I. P., Vasylyshyn, I. O., & Dyachuk, V. P. (2021). Features of primary production formation in forests of the Carpathian NNP under different site conditions. Proceedings of the Forestry Academy of Sciences of Ukraine, 22, 121–129. https://doi.org/10.15421/412110 [Василишин, Р. Д., Лакида, І. П., Василишин, І. О., Дячук, В. П. (2021). Особливості формування первинної продукції лісів Карпатського НПП у різних лісорослинних умовах. Наукові праці Лісівничої академії наук України, 22, 121–129] (in Ukrainian)
Vasylyshyn, R. D., & Lakyda, I. P. (2021). Biomass and primary production of Europeanbeech (Fagus sylvatica L.) stands in Ukrainian Carpathians. New impulses for the development of natural sciences in Ukraine and EU countries: Collective monograph. Riga, Latvia: Baltija Publishing, 1–28. https://doi.org/10.30525/978-9934-26-141-1-1.
Vasylyshyn, R. D., & Yurchuk, Yu. M. (2021). Bioproductivity of forests in Zhytomyr region. Achievements of Ukraine and the EU in ecology, biology, chemistry, geography and agricultural sciences: Collective monograph. Vol. 1. Latvia: Baltija Publishing. https://doi.org/10.30525/978-9934-26-086-5-4.
Vasylyshyn, R., Lakyda, I., Soshenskyi, O., Lakyda, M., Melnyk, O., & Slusarchuk, V. (2022). Environmentally balanced preconditions for use of logging residues in forests of Ukrainian Carpathians for energy production. IOP Conference
Series: Earth and Environmental Science, 1042 (012009), https://doi.org/10.1088/1755-1315/1042/1/012009
Vasylyshyn, R., Lakyda, I., Spirochkin, A., Lakyda, M., Vasylyshyn, O., & Terentiev, A. (2023). Biomass potential of forest residues in forests of Ukrainian Carpathians as a component of regional green economy. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1254(1). (012096). https://doi.org/10.1088/1755-1315/1254/1/012096
Yude Pan, Richard, A., Birdsey, Oliver L. Philips, & Robert B. Jackson (2013). The structure distribution and biomass of the worlds forests. Annual Review of Ecology and Systematics, 44(1), 593–622. https://www.fs.usda.gov/research/treesearch/45295
Zibtsev, S., Pasternak, V., Vasylyshyn, R., Myroniuk, V., Sydorenko, S., & Soshenskyi, O. (2024). Assessment of carbon emissions due to landscape fires in Ukraine during war in 2022. Ukrainian journal of Forest and Wood Science, 15(1), 126–139. https://doi.org/10.31548/forest/1.2024.126.
