Фотологія - енергетичні рівні
Поняття енергетичних рівнів та його інтерес до лісового господарства
Луї Руссель
(Малюнки в дужках у тексті посилаються на бібліографію.)
I - ЗАГАЛЬНА ІНФОРМАЦІЯ ПРО РОЛЬ ПРИРОДНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ У ВИРОБНИЦТВІ ДЕРЕВА
За останні роки про "лісовий завод" та "машинне дерево" багато написано, що завдяки вуглекислому газу з повітря, води та мінералів у ґрунті більш-менш постійно виробляє різні деревні речовини (величезна кількість більшість типів "поліголозидів"), використовуючи природну енергію, що постачається сонцем. При теоретичному виробництві 3000 тонн сухої речовини з гектара на рік (якщо допустити, що всі 10 з 13 невеликих калорій, що отримуються щороку одним гектаром лісистих ділянок у північно-східній частині наших країн, можуть бути використані для виробництва деревини), ми на практиці падаємо лише до 5 або 6 тонн сухої речовини, що видобувається щороку, часто менше, рідше більше. Отже, валовий вихід енергії "лісового заводу" становить близько 0,2% (1). У сільському господарстві однакові міркування призводять до подібного показника, тобто 0,2% (2).
Але ми можемо обмежитися розглядом енергії, що падає протягом найактивнішого вегетаційного періоду (приблизно, з квітня по вересень або жовтень), або навіть єдиної енергії, фактично поглинутої за цей період листяним апаратом (вирахування з того, що є повернено на небо, або альбедо, того, що утримується гілками і стовбурами, і того, що передається на землю). В останньому випадку і, оцінюючи не деревну масу, видобуту щорічним урожаєм, а сукупність виробленої «біомаси» (деревини зі стовбура та гілок, листя, коріння), А. Галу отримує набагато вищі показники врожайності., і які близькі до 6% (3). Більше того, у 1968 р. Цей автор висунув ще більш сприятливі дані.,
Читач легко зрозуміє, що між цими різними елементами немає глибоких розбіжностей. Змінюється лише спосіб викладу проблеми.
У будь-якому випадку, зараз мало сумнівів, крім кількох відсталих прихильників теорій гумусу, що такий спосіб розгляду лісового виробництва в його енергетичному аспекті є цілком виправданим, і що теоретичні міркування про те, що "це не породжує нових, і найцікавіше - перспективи для лісівників. Проблема, однак, є однією з найбільших і найскладніших, і ми обмежимося в наступних рядках висвітленням лише деяких найбільш усталених основних ідей, а також вказати на прогалини або невизначеності, які все ще заважають прогрес дослідників.
II - ВЕРТИКАЛЬНИЙ РОЗПОДІЛ ПРИРОДНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ
Корпус однорідних деревостанів
У фотометрії енергія або світловий потік, отриманий на будь-якому рівні (I) від дуже однорідного середовища, виражається класичним співвідношенням:
F (I) = F (o). e -aI
У цій формулі F (I) являє собою, як уже сказано, потік, отриманий на рівні (I). F (o) - падаючий потік, при вступі його в однорідне середовище e є основою природних логарифмів і має коефіцієнт екстинкції, включаючи всі коефіцієнти дифузії, відбиття та поглинання. Ч. Перрен де Брішамбо в недавній і важливій роботі (4) вказує, яким чином встановлюється це відношення. Експонента aI, зокрема, пов'язана з оптичною щільністю d, класичне поняття також, рівністю d = 0,434 aI.
У дуже однорідному рослинному утворенні ми, як правило, приймаємо подібний тип відносин як у посівах (5), так і в лісах (6).
E (f) = E (o). е - Кф
E (f) = енергія (або точніше "енергетичний потік"), отримана на одиницю площі на рівні (f).
E (o) = падаюча енергія (енергетичний потік), отримана на одиницю горизонтальної площі, у верхній частині рослинного покриву (мінус альбедо, тобто частка енергії, що повертається до неба вершинами).
e = основа натуральних логарифмів.
K = коефіцієнт згасання випромінювання.
f = частковий індекс площі листя: площа листя між рівнем f і вершиною рослинного утворення, на одиницю площі ґрунту.
Зазначимо, що ця остання формула відрізняється від першої за певними моментами (введення альбедо та індексу площі листків, замінюючи товщину однорідного середовища), але, загалом, між ними існує велика схожість. Крім того, дуже ймовірно, що у другій формулі коефіцієнт вимирання K змінюється залежно від типу погоди (вищий у сонячну погоду, нижчий у похмуру погоду). На рисунку 1 показана форма теоретичної кривої, що з’єднує потік енергії з товщиною покриву, як встановлено Дж. Грулуа в останній роботі (6).
Експериментально, ми можемо бачити, що лісове середовище поводиться за певного типу погоди так, що відповідає теорії. Рисунки 2 і 3, представлені дещо інакше, ніж ті, що прийняті для рисунка 1, є результатом постійних вимірювань радіації, проведених протягом останніх років протягом різних періодів на молодих густих хвойних плантаціях та в чарівному дубово-буковому гаю, тип "літнього лісу" і досить однорідний. Рівень енергії N (o) фіксований, щоб уникнути будь-якого бічного затінення певних вершин, іноді неправильної висоти, на кілька метрів над поверхнею деревостанів, цього разу без відрахування альбедо. Рівні N (1), N (2), N (3) представляють відповідно 50%, 25%, 12,5%. енергії, отриманої на рівні N (o). Щоб закріпити ідеї, ми зазначимо, що на рівні N (o) і в північно-східному регіоні Західної Європи опромінення протягом цілого року близько до:
274 ленглі (ly), або 274 невеликих калорій на квадратний сантиметр горизонтальної поверхні в середньому за день, або 2637 кіловат (кВт) на гектар (*), враховуючи лише світловий день.
Протягом шести місяців найактивнішої рослинності (з квітня по вересень), наведені вище показники стають:
400 денглей в середньому за добу або 3850 кВт/га (*), враховуючи лише світловий день.
Малюнок 2. - Приблизна ситуація з рівнем енергії на молодих ялинових плантаціях (після BAUMGARTNER -1956)
Малюнок 3. - Приблизна ситуація з рівнем енергії в чарівному дубово-буковому гаю (після GALOUX - 1968 та GRULOIS - 1967).
Корпус отворів різної форми
Відтворене вище відношення, очевидно, не застосовується, коли популяція стає неперервною, а отже, дуже неоднорідною. У цьому випадку та за відсутності достатньо численних експериментальних даних, яких все ще бракує, ми можемо використати графічний метод, відомий як "коло загальної освітленості" (7).
Малюнок 4. - Приблизна ситуація з рівнем енергії в центральній області невеликого зазору (Теоретичний метод РУСЕЛЬ 1962).
На рисунку 4 показано, як природна енергія розподілялася б вертикально, в центральній області "невеликого" кругового отвору (діаметр якого дорівнює половині висоти дерев сусіднього деревостану, інакше вважається дуже щільним), але, цього разу, протягом усього року, на північній широті, близькій до 45-50 °. При останньому застереженні рівні енергії вибираються, як зазначено в попередньому параграфі, і зазначені абсолютні значення визначаються таким же чином.
III - ЗАГАЛЬНІ ВКАЗІВКИ ЩОДО ВИКОРИСТАННЯ РІВНІВ ЕНЕРГІЇ У ЛІСОВОМУ ЛІСОВІСТІ
На малюнках 1, 2, 3 і 4 чітко видно, що в лісовому середовищі існують різні рівні енергії. Лісник може своїм втручанням втрутитися, щоб, перш за все, рухатися вниз по кожному з цих рівнів (зменшуючи щільність однорідних деревостанів або розширюючи отвори). Наприклад, дуже простим способом можна відзначити такий тип модифікації у разі відновлювальних рубок у звичайному високогірному лісі: протягом більшої частини тривалості обертання буде зберігатися зона високого енергопоглинання. верхня частина основних трибун; потім його поступово опускатимуть (під час послідовних зрізів) до рівня землі, щоб забезпечити розвиток молодих елементів, природних чи штучних, призначених для майбутніх врожаїв.
І навпаки, але набагато повільніше, лісник може просуватися вгору по зоні сильного поглинання радіації, дозволяючи зростати деревостанам з високою щільністю.
Якби кожен сорт кожної деревної породи мав абсолютно постійний "коефіцієнт використання природної енергії", незалежно від його віку, рівня енергії, в якій він росте, та інтенсивності освітлення, яке переважає. Поблизу його голок або листя, все було б відносно просто. Більше того, ця гіпотеза послужила і досі досить часто використовується для теоретичних досліджень, що стосуються взаємозв'язку природної енергії та виробництва деревини. Ми могли б легко показати:
- що сам характер обробки (наприклад, у звичайному високогірному лісі або в садовому лісі) практично не впливає на загальний обсяг виробництва. Для визначеної кількості енергії, поглиненої коронками (наприклад, в ялиновому лісі, з опроміненням, що падає протягом цілого року, становить 2637 кВт/га (*), зменшеним на альбедо 10% і передачею на землю 5%, це призведе до поглинання коронками 2224 кВт/га (*)), виробництво даного виду завжди буде однаковим, у певному типі грунту, достатньо забезпеченому водою та розчиненими мінералами.
- що деревне виробництво змінюється залежно від щільності корон (отже, і деревостанів), аналогічно тому, що встановлено експериментально (німецькі виробничі таблиці, наприклад), і це найбільш логічним чином (1).
- що певні спеціальні вимоги, що стосуються ідеальної пропорції між різними типами деревостанів та накладаються керівниками (з метою забезпечення регулярного виробництва з часом), визначають для певних видів сам спосіб обробки. Наприклад, змішаний ліс ялиці та смереки в Юрі або Вогезах повинен забезпечувати придатну деревину на 140 років. Його поверхня, припускаючи 140 га, повинна відновлюватися щороку 1 га.
Щоб природні відродження могли розвиватися досить швидко, щоб їх можна було вставити в продовження трибун, необхідно, щоб молоді суб'єкти протягом своїх п'ятнадцяти або двадцяти перших років отримували приблизно від 900 до 1300 кВт/га (*). Ця вимога випливає з численних фотобіологічних спостережень (1).
Ми можемо розглянути можливість набору щороку цього гектара регенерації у вигляді «невеликих прогалин» (діаметр яких дорівнює половині висоти великих стоячих дерев). Якщо дерева загальною висотою 30 метрів, це призведе до 50 ям площею 2 гектари, що в цілому дасть встановленим регенераціям лише 80-100 кВт/га (*).
Якщо практикуються "нормальні зазори", введення випромінювання досягне 250 кВт/га (*) і все ще буде недостатнім. При «великих зазорах», діаметр яких дорівнює подвоєній висоті великих дерев, що стоять, ми наблизимось до оптимуму - 800 кВт/га (*). Але лише при "дуже великих прогалинах" (діаметр яких дорівнює чотирикратній висоті великих дерев, що стоять) можна буде забезпечити належний розвиток регенерацій. Однак для дерев заввишки 30 метрів "дуже великий проміжок" становить один гектар. Отже, у розглянутому випадку ми орієнтуємось на вирубку щороку одного гектара деревостану; це вже не зовсім садівництво, а швидше звичайний високий ліс.
Звичайно, в жодному разі неможливо зберегти лікування, навіть із чистою ялиною, в садовому високому лісі, практикуючи "нормальні прогалини". Але ріст молодих дерев буде уповільнено, а їх включення на наступні деревостани буде ускладнено. Потрібно буде відмовитись від деяких вихідних даних: стійке співвідношення або вік експлуатації. Оскільки ці різні міркування становлять "обмежувальну" систему, від якої важко врятуватися - планувальники це добре знають.
Як частина початкової конструкції (кожен сорт кожного виду має постійний коефіцієнт енергоспоживання незалежно від його віку, рівня розвитку та інтенсивності освітлення, яке він отримує), можна уявити типи східчастих лісів (в основному, що виробляють хруст деревини, наприклад) при оптимальному використанні природного випромінювання: між рівнями 0 і 1 розташовували б соснові верхівки (кольорова воша), між рівнями 1 і 2 - ялини та між рівнями 2 і 3 - ялиці. Більше того, це поняття вже широко використовувалося працівниками лісового господарства, але без дуже точних основних посилань.
Повторюємося: такий тип міркувань виглядає логічним, його прийняли різні теоретики як перше наближення, і автор цих рядків, іноді, сам йому відповідав.
IV - РЕАЛЬНА ПОВЕДІНКА ЛІСОВИХ ВИДІВ