Importanta Arboretelor

CAPITOLUL I INTRODUCERE

I.1. Importanța studiului structurii spațiale a arboretelor

Gospodărirea multor tipuri de ecosisteme între care și pădurile, conservarea biodiversității, clasificarea comunităților, explicarea mecanismelor invaziilor biologice, a răspândirii geografice a speciilor se bazează pe cunoașterea structurii. Structura pădurii este rezultatul unor procese naturale precum: creșterea și dezvoltarea arborilor, mortalitatea, selecția naturală, perturbări produse de foc, vânt, zăpadă sau factori biotici. O influență semnificativă asupra structurii este reprezentată de intervențiile antropice, care în momentul de față influențează starea majorității ecosistemelor forestiere ale planetei (Gadow și al., 2012).

Structura arboretelor este un parametru economic important pentru aprecierea productivității, stării de sănătate a pădurii cât și pentru predicții privind evoluția sau acumularea de biomasă în diferite componente ale arborilor. Imaginile vizuale ale arboretelor sunt o formă eficientă de a furniza informații care nu sunt ușor de descris prin măsurători (Stone și Porter, 1990). Abilitatea de a descrie un arboret se reflectă în capacitatea de a furniza recomandări silviculturale sau în extragerea atributelor care sunt invariante de la o structură la alta.

Structura ecosistemelor forestiere este determinată de aranjamentul spațial în plan vertical, distribuția arborilor în plan orizontal și dimensiunile lor. O descriere corectă a acesteia ne dă posibilitatea să aplicăm corect măsurile de management silvicultural, pentru că distribuția spațială a arborilor este strâns legată de nivelul competiției dintre aceștia, regenerarea și complexul proces de dezvoltare al arborilor. Dinamica, creșterea și productivitatea arboretelor sunt interdependente de structura acestora.

Aranjamentul spațial al arborilor influențează în mod direct condițiile microclimatice, disponibilitatea resurselor, nișele ecologice și diversitatea biologică. Descrierea corectă a structurii este dependentă de numărul de variabile luat în analiză și de nivelul de organizare ierarhică pentru care se realizează studiul (Fig. 1). Pădurile sunt cele mai complexe ecosisteme terestre și drept urmare pentru a înțelege procesele, relațiile și funcțiile care stau la baza organizării acestor sisteme este nevoie de o descriere corectă și adaptată nevoilor a structurii.

Aspectele legate de cuantificarea structurii arborilor individuali, a arboretelor sau a pădurilor sunt frecvent utilizate în practica silvică, de la activitățile de conducere, amenajare sau exploatare a pădurilor, până la cele legate de protecția sau monitorizarea acestora. Pe de altă parte cunoașterea modului de organizare structurală și funcțională a pădurilor naturale permite creerea unor modele de gospodărire durabilă, apropiată de natură a pădurii cultivate (Motta și al., 1999).

Fig. 1. Abordare sistemică în studiul structurii ecosistemelor forestiere

I.1.1. Importanța structurii spațiale în activitatea de gospodărire a arboretelor

Măsurarea arborilor și arboretelor în studii de ecologie sau în aspecte legate de practica silvică, include evaluări dimensionale în special ale trunchiurilor și ale coroanelor. În literatura de specialitate din România sunt utilizați frecvent o serie de descriptori dimensionali și de formă ai trunchiurilor arborilor precum diametrul de bază, înălțimea totală, înălțimea elagată, înălțimea la care se formează coroana, coeficienții de formă ai fusului, volumul trunchiurilor. Pentru coroane sunt evaluate frecvent lungimea acesteia, unul sau mai multe diametre maxime în proiecție orizontală, suprafața laterală sau a proiecției coroanei, volumul coroanei. Fie că sunt date de măsurare sau indici și coeficienți, aceștia facilitează descrierea morfometrică a arborilor, o etapă importantă în studiul arhitecturii acestora. Cercetările efectuate în țară sunt centrate în special pe stabilirea unor corelații între acești descriptori și aspecte de natură practică (Hâruța, 2011). Importanța și rolul cunoașterii structurii arboretelor pentru două domenii cheie ale științelor silvice este redată sintetic în tabelul 1.

Câteva exemple de studii, în care modelele de simulare a structurii arboretelor sunt utilizate pentru aspecte de management forestier sunt enumerate în continuare: structura arboretelor utilizată pentru a prezice performanța de creștere a speciilor de plante ierboase (Meen și al., 2012); descrierea arboretelor naturale cu structuri complexe caracterizate de heterogenitate ridicată ca model pentru pădurea cultivată (Newton, 2008); determinarea unor atribute structurale în scopul realizării inventarelor forestiere, a monitorizării stării de sănătate și pentru aplicarea unui management durabil (Gray, 2003; Du și al., 2015); utilizarea structurii pentru înțelegerea perturbărilor naturale sau antropice ca factori fundamentali în dinamica arboretelor (Kulakowski, 2006); evidențierea corelațiilor dintre diferite tipuri de structuri și creșterile realizate (Hanzu, 2011); studiul morfometric al coroanelor arborilor pentru stabilirea momentelor optime de parcurgere cu rărituri a arboretelor sau clasificarea tipurilor morfometrice de coroane în corelație cu aspecte de interes economic (Hâruța, 2011) etc.

Tabelul 1. Importanța și rolul cunoașterii structurii arboretelor pentru studii teoretice și practice de silvicultură și ecologie forestieră

Trebuie reținut faptul că datorită complexității ridicate a ecosistemelor forestiere este greu de cuantificat sau modelat structura printr-un număr restrâns de evalări și parametrii. În practica silvică românească în mod curent se utilizează un set de parametrii structurali în general ușor de cuantificat și testați pentru eficiență în decursul timpului.

I.1.2. Influența structurii spațiale asupra microclimatului

Microclimatul este definit drept climatul la o scară redusă, de la 0,01 la 1000 m (Oke, 1978) și este caracterizat de variabile precum: umiditatea aerului sau solului, temperatura aerului sau solului, direcția și intensitatea curenților de aer, expunerea la radiația solară etc. Condițiile microclimatice influențează procesele ecosistemice, și în consecință modificările induse natural sau antropic în structura pădurii determină modul în care funcționează ecosistemele respective și distribuția organismelor (Davies-Colley, 2000).

Conform lui Chen și al., 1999, informațiile legate de microclimat sunt folosite frecvent pentru a explica comportamentul, distribuția, dezvoltarea și deplasarea organismelor în ecosistemele naturale. Procesele ecologice cum ar fi producția, mineralizarea, răspândirea bolilor și a dăunătorilor sunt și ele controlate direct de condițiile microclimatice. Drept urmare, prin manipularea structurii ecosistemelor forestiere se modifică microclimatul și indirect tipurile de habitate necesare diferitelor grupe de organisme. Este o abordare ce poate fi utilizată și în studiile legate de conservarea sau reconstrucția ecologică a ecosistemelor. Afirmația este susținută și de Pringle și al., 2003, cercetători care au studiat efectul indus de schimbarea structurii vegetației forestiere asupra accesibilității habitatelor pentru ectoderme. Modificarea caracteristicilor termice ale unor habitate potențiale s-a dovedit că afectează speciile care nu sunt active pe timpul zilei și nu suportă variațiile tranzitorii ale luminii prin coronament.

Efectul puternic mediogen al pădurii ca agregat de arbori se reflectă în modificarea factorilor topoclimatici cu variații mai puțin ample de temperatură și un regim pluvial mai bogat, modificarea caracteristicilor solului, fixarea versanților, etc. (Fodor, 2007). Pădurea în ansamblul ei este un sistem viu, al cărui structură determină cantitatea de energie, materie și informație primită sau cedată. Un exemplu elocvent, al microclimatului generat de prezența arborilor ca elemente edificatoare forestiere, este reprezentat de vegetația ripariană ale cărei efecte sunt vizibile la nivelul solului (temperatură, umiditate, curenți de aer), al coronamentului prin evapotranspirație, fotosinteză, prin cantitatea de radiații care ajung la nivelul apei, temperatura apei etc.

Păduri alcătuite din specii de arbori diferite, aflate în faze succesionale diferite, afectate de factori perturbatori sau care au o complexitate structurală distinctă, determină condiții microclimatice particulare. Exemple: diferența dintre microclimatul generat de o pădure de molid sau de stejar pedunculat; dintre o pădure aflată în stadiul de nuieliș sau de codru bătrân; o pădure plurienă sau una echienă; o pădure înainte de aplicarea răriturilor sau a altor lucrări și tratamente silviculturale și aceeași pădure după aplicarea acestora.

I.1.3. Importanța structurii spațiale ca indicator de biodiversitate

Creșterea diversității structurale în păduri îmbunătățește complexitatea ecologică și constituie o bază pentru menținerea unei biodiversități ridicate în aceste ecosisteme (Rapp, 2003). O structură specifică generează procese de creștere și regenerare specifice (Gadow și al., 2011). Structura și diversitatea sunt două caracteristici importante și intercorelate neliniar ale ecosistemelor forestiere (Sullivan și al., 2001). În pădurea cultivată, structura, compoziția și biodiversitatea sunt modificate prin punerea în practică a planurilor de management silvic. Indiferent de tipurile de intervenții silviculturale aplicate sunt întotdeauna specii de plante și animale favorizate (ex. speciile pioniere, speciile de arbori promovate) și specii pentru care schimbările induse sunt un factor perturbator (cu cerințe ecologice diferite față de noile condiții create). Lucrările și tratamentele silviculturale crează goluri în coronamentul arboretului care conduc la o creștere a radiației luminoase și o modificare locală a microclimatului, creează astfel, porți de pătrundere pentru o serie de organisme oportuniste, cu consecințe directe asupra structurii și a biodiversității. O serie de plante iubitoare de lumină (heliofite) pot fi favorizate de apariția golurilor în coronament, în schimb plantele iubitoare de umbră și umezeală (sciofite) sunt defavorizate.

În scopuri practice sunt frecvent utilizate pentru decrierea ecosistemelor forestiere indicatori (atribute) referitoare la structura, funcțiile și compoziția acestora. Atributele la rândul lor constituie o bază pentru construirea unor indici matematici, iar împreună constituie unelte în activitățile specifice de îngrijire și conducere a pădurilor. Spre exemplu lemnul mort este relevant pentru biodiversitate, fiind o măsură a calității habitatului și un indicator eficient pentru biodiversitatea nevertebratelor sau a ciupercilor. Descompunerea acestuia joacă un rol cheie în reciclarea nutrienților și materiei organice, în regenerarea speciilor de plante sau crearea de habitate pentru alte organisme. Cantitatea de lemn mort este un indicator excelent pentru valoarea de conservare a pădurilor.

În tabelul 2 preluat după McElhinny, 2002 și modificat de autor, sunt prezentați sintetic indicatorii corespunzători caracteristicilor structurale ale pădurii și câteva observații cu privire la influența structurii asupra biodiversității.

Tabelul 2. Caracteristici și idicatori utilizați în descrierea structurii pădurilor și influența asupra biodiversității (după McElhinny, 2002, cu modificările autorului)

Distribuția în plan vertical și orizontal determină disponibilitatea și variabilitatea resurselor, condiționând astfel nișele realizate și potențiale, și diversitatea comunităților de organisme (Pastorella și Paletto, 2013). Structura pădurii influențează valorile economice, estetice și recreaționale fiind utilizată atât în practica silvică cât și în ceercetare ca un indicator global al biodiversității. Variabilitatea dimensională, prezența arborilor de vârste și specii diferite și heterogenitatea privind spațierea lor, sunt indicatori importanți pentru evaluarea gradului de naturalețe al pădurilor.

Pădurile bătrâne tind să aibă o structură mult mai diversificată, cu un număr mare de habitate pentru plante și animale, prezentând următoarele caracteristici:

Dispunerea coroanelor pe mai multe straturi

Varietate dimensională mare a arborilor

Diversificarea numărului de specii

Cantități semnificative de lemn mort

Arbuști asociați în general cu golurile existente în coronament

Frecvență ridicată a arborilor rupți, doborâți, cu ramificații multiple

Prezența lichenilor și mușchilor

Prezența arborilor habitat care furnizează resurse pentru un număr ridicat de alte organisme

Prezența unor anumite specii de organisme asociate cu astfel de păduri

În domeniul terestru, distribuția spațială a fitocenozelor dictează și distribuția spațială a celorlalte componente biocenotice cum sunt animalele, ciupercile sau prokariotele. Diversitatea structurală poate fi obținută printr-o succesiune de practici de management, cele mai eficiente dovedindu-se a fi lucrările silviculturale caracterizate printr-o selecție pozitivă a arborilor, în special răriturile (Zobrist și Hinckley, 2012).

I.2. Modalități de studiu a structurii spațiale

Arborii sunt organisme sesile, dar cu toate acestea intră în competiție pentru resursele care le asigură supraviețuirea, creșterea și regenerarea. Majoritatea descriptorilor structurali ai arborilor sunt tradițional obținuți prin măsurători la sol, chiar și măsurătorile pe fotografii avio, satelitare implică și măsurători terestre pentru validare. Datele colectate, indiferent de metoda utilizată sunt prelucrate statistic. Un subdomeniu extins al ecologiei cantitative este dedicat studiului structurii spațiale a populațiilor de viețuitoare, comunităților și ecosistemelor este statistica spațială. O deosebire majoră față de statistica clasică stă în lipsa de independență a evenimentelror statistice analizate, cu alte cuvinte variabilele spațiale sunt caracterizate de auto-corelare adică existența unei dependențe între valori ale variabilelor în funcție de distanță: cu cât distanța este mai mică, cu atât gradul de dependență între valori este mai mare (Fodor, date nepublicate). Au fost propuse o multitudine de metode de studiu a fenomenemlor spațiale legate de populații și comunități, cele mai sofisticate din acestea fiind legate de dezvoltarea GIS, GPS și a calculatoarelor.

Cu toate că există o varietate mare de tipuri de măsurători, capacitatea de a furniza o descriere adaptată obiectivelor de gospodărire este limitată. Cauza principală este dată de cuantificarea dificilă prin utilizarea unui număr restrâns de evalări a complexității ecosistemelor forestiere.

Dezvoltarea tehnicilor de calcul, algoritmilor, graficii computerizate și a statisticilor spațiale au dus la creșterea preocupărilor pentru studiul coronamentului și a structurii verticale. Pentru măsurarea parametrilor morfometrici ai arborilor sunt utilizate: medode empirice, expeditive (se obțin reprezentări globale simplificate), metoda analizei fractale (reprezentări la mai multe scări de observație), metode bazate pe măsurători detaliate (se obțin reprezentări geometrice, topologice, spațiale), metode bazate pe utilizarea scanerelor cu laser terestre, a fotografiilor satelitare și avio, a fotografiilor hemisferice (fish-eye) sau a fotografiilor terestre verticale.

Metode empirice (inventarieri în teren folosind suprafețe de probă)

Pentru a descrie caracteristicile structurale ale arboretelor se utilizează modalități de analiză clasice: prin cuantificarea consistenței, compoziției, densității sau prin folosirea metodelor grafice precum distribuția diametrelor, curba înălțimilor etc. Frecvent sunt utilizate ca metode de studiu: metoda profilelor orizontale și verticale, metoda celui mai apropiat vecin, metoda hărților de densitate etc.

Structura spațială a biocenozei forestiere este caracterizată de o organizare pe verticală mult mai pronunțată decât a altor tipuri de ecosisteme terestre, fiind etajată (stratificată) iar în cadrul fiecărui etaj se diferențiază orizonturi: orizontul coroanelor arborilor, orizontul trunchiurilor, orizontul coroanelor arbuștilor, orizontul subarbuștilor și ierburilor, orizontul mușchilor și lichenilor, orizontul litierei, orizontul superior al rădăcinilor, orizontul inferior al rădăcinilor. Descrie distribuția spațială a părților componente ale pădurii, de la planșeul acesteia până la limita superioară a coronamentului și este un aspect cheie de diferențiere a utilizării resurselor în păduri, în acest fel se poate presupune că are implicații în procesul productivității arboretelor. Caracteristicile importante în plan vertical sunt:

Etajarea arboretului (monoetajate, bietajate, multietajate)

Profilul coronamentului (continuu, ondulat, în trepte, dantelat)

Închiderea masivului (pe orizontală, pe verticală sau în trepte)

Înălțimea medie a arboretului

Înălțimea elagată a arborilor

Forma generală a coroanelor și dezvoltarea laterală a acestora

Clasificarea pozițională a arborilor

Structura orizontală este un parametru intens studiat și care beneficiază de abordări cantitative complexe. Un întreg domeniu al biostatisticii este dedicat structurii spațiale sau orizontale a populațiilor și comunităților – Statistica spațială. Cuprinde distribuția regulată, agregată sau întâmplătoare a populațiilor componente, structură discutată și pentru alte grupe de organisme (Fodor, 2007). Descrie mozaicarea din interiorul arboretelor ca o consecință a condițiilor pedologice, doborâturilor, incendiilor, atacurilor de insecte, activității umane. În baza cuantificării acestui tip de structură pot fi evidențiate:

Prezența enclavelor naturale

Variațiile microtopografiei terenului

Densitatea arborilor pe unitatea de suprafață

Numărul de arbori (desimea) și distanțele dintre ei

Gradul de apropiere/suprapunere al coroanelor

Forma și asimetria coroanelor în proiecție orizontală

Tipul de amestec al speciilor

Distribuția lemnului mort

Individualizarea biogrupelor

Efectul aplicării lucrărilor și tratamentelor silviculturale

Evaluare vizuală a competiției dintre arbori etc.

De cele mai multe ori nu este suficient pentru a descrie în detaliu structura motiv pentru care se apelează generarea unor modele virtuale ale arborilor sau arboretelor și la calcularea unor indici de structură. Câteva dintre programele de simulare computerizată utilizate sunt:

PROARB: program pentru vizualizarea structurii orizontale, verticale și 3D a arboretelor

SYLVAN DISPLAY: permite vizualizarea structurii arboretului și analiza distribuției diametrelor

SVS: program pentru generarea structurii vertical, orizontale și 3D a arboretelor și pentru simularea intervențiilor silviculturale

BWINN: Program pentru analiza și prognoza arboretelor

LIGNUM: simulează intercepția radiației fotosintetic active în coroanele arborilor

GROGRA: este un program de interpretare al gramaticilor de creștere și a fost construit inițial pentru interpretarea sistemelor L extinse

DYNLAYER: Program de simulare pentru dinamica forestieră

ECOPHYS: modelul procesului creșterii a întregului arbore, conceput pentru plopi

JABOWA: a fost primul program de simulare computerizată a creșterii pădurilor

BIOMASS: model pentru circuitul carbonului în coronamentul pădurii

FORGROW: model de creștere a pădurii

FVS: program de simulare pentru vegetația forestieră

HARVEST II: program pentru producția forestieră

TREGRO: răspunsul plantelor la interacțiunea cu factori de stres

PHYGROW: model pentru creșterea plantelor

WOODSTOCK: model de simulare al pădurii

TREEDYN 3: Model de simulare al pădurii etc.

Utilizarea aparatelor bazate pe tehnologia laser (terestre, avio sau satelitare)

Un exemplu constă în folosirea tehnologiei LIDAR pentru analiza structurii 3D a pădurilor (detecția luminii și aflarea distanțelor). Analiza structurii pădurii pentru activități precum: inventarul materialului lemnos și managementul acestuia; monitorizarea habitatelor; managementul cursurilor de apă; modelarea extinderii incendiilor forestiere; operațiuni și tratamente silviculturale; competiția pentru resurse limitate (lumină, apă, nutrienți); creșterea la nivel individual a coroanelor etc. Aplicațiile practice constau în generarea unor modele digitale și contururi utilizate în: domenii inginerești (designul sistemului de irigații, conducte, linii de electricitate etc.), cartarea zonelor inundabile, studiul bazinelor hidrografice, monitorizarea solurilor, delimitarea arborilor, arbuștilor, drumurilor, clădirilor, cartări ale vegetației (înălțime, densitate etc.), studii geomorfologice și geologice, elaborări ale planurilor de management la scara peisajului, cartarea fundului lacurilor, mărilor sau oceanelor.

Un număr tot mai mare de studii folosesc pentru analiza coroanelor scanerele terestre cu laser. Aceste sisteme pot furniza cu acuratețe și complet detaliile în spațiul 3D, cu un înalt grad de automatizare. Fiind o tehnologie nouă rămâne însă costisitoare și greu de manipulat pentru obiecte de dimensiuni mari. Scanerele cu laser terestre pot fi utilizate și pentru determinarea unor caracteristici ale arborilor individuali cum ar fi: specia, înălțimea, aria proiecției coroanei precum și localizarea și tipul de defecte ale lemnului.

Înregistrări video, fotografiile (terestre verticale sau hemisferice, avio sau satelitare, hiperspectrale)

Analiza structurii pădurii cu ajutorul fotografiilor satelitare și avio permite interpretarea vizuală a fotografiilor aeriene la scară mare sau a caracteristicilor unui arbore ca: specie, înălțime, lățimea coroanei, arie, diametrul de bază, fiind utilizate în multe studii experimentale. În general numai arborii care au o parte a coroanei în lumină directă se pot detecta pe fotografii aeriene. Trunchiul nu este vizibil și măsurători directe ale diametrului de bază nu pot fi efectuate. Managementul modern al pădurilor necesită informații forestiere precise, efectuate la timp și complete, ce pot fi obținute prin intermediul acestor fotografii.

O altă modelitate este de utilizare a fotografiilor terestre verticale, ce furnizează un set mare de informații, dar sunt încă greu de cuantificat matematic. Avantajele metodei constau în posibilitatea descrierii detaliate a formei și mărimii coroanei sau trunchiului arborelui folosind o singură fotografie standardizată. Este o metodă nedistructivă, simplu de aplicat pe teren, și nu necesită o aparatură scumpă sau dificil de utilizat. Precizia este ridicată și crește odată cu utilizarea unui aparat de fotografiat mai performant. Fotografiile pot fi stocate în baze de date pentru o utilizare ulterioară în analiza creșterilor sau evaluări ale influenței exercitate asupra arborilor de diverși factori biotici sau abiotici, inclusiv cei antropici (Hâruța, 2011).

Frecvent sunt utilizate pentru analiza caracteristicilor structurale fotografiile hemisferice, imagini prelevate cu lentile hemisferice (180°) care produc imagini circulare ce înregistrează mărimea, forma și locația golurilor în etajele plafonului superior al arboretului. Distribuția spațială a golurilor permite calcularea a trei tipuri de parametrii: morfologia golurilor și distribuția spațială a acestora, indici precum indicele ariei foliare (LAI), regimul de lumină, în particular cantitatea de radiație fotosintetic activă.

Imaginile hiperspectrale conțin informații din diferite benzi spectrale ale câmpului electromagnetic, fiecare pixel din imagine fiind caracterizat spectral pentru a identifica obiecte, materiale sau a detecta procese. Aplicații în silvicultură, agricultură, astronomie, chimie, geologie, evaluarea gradului de poluare, monitorizarea mediului etc.

I.2.1. Parametrii structurali ai arborilor și metode utilizate în evaluarea lor

Modelele arborilor individuali surprind aranjarea spațială a componentelor acestuia și dezvoltarea în timp. Prin contrast în cazul modelelor de structură a arboretelor, plantele sunt descrise în termeni globali ca biomasă, productivitate, schimburi energetice, reprezentarea arborilor fiind simplificată. Utilizarea imaginilor satelitare și a tehnicilor de teledetecție au devenit metode uzuale în special pentru realizarea inventarelor forestiere, dar și pentru evaluarea unor parametrii de interes la nivel individual cum sunt deteminarea speciilor, evaluarea înălțimilor, a diametrelor coroanelor și a volumului trunchiului. Costurile încă ridicate și necesitatea unui personal calificat limitează încă utilizarea lor la scară largă. În practica silvică se folosesc frecvent diferite tipuri de dentrometre, hipsometre, aparate cu laser de tipul Vertex Forester, clupe sau rulete. O sinteză este prezentată în tabelul 3, luând în analiză principalii parametrii structurali ai arborilor individuali.

Tabel 3. Parametrii structurali ai arborilor individuali și modalități de evaluare

I.2.2. Utilizarea indicilor în descrierea structurii arborilor individuali

Competiția dintre arbori este definită ca efectul negativ a arborilor vecini asupra unui arbore central materializat prin consumul sau restricționarea accesului la resurse precum lumina, apa și nutrienții (Keddy, 1989). Este un fenomen comun în ecosistemele forestiere ce modelează morfologia plantelor, ciclul de viață, fiind una din principalele forțe motrice, cu un profund impact asupra structurii și dinamicii comunității plantelor.

Plantele modifică mediul pe măsură ce cresc reducând resursele pentru exemplarele vecine, mecanismul primar al competiției fiind reprezentat de interacțiunea spațială. Este cunoscut și faptul că specii de arbori diferite manifestă procese de competiție diferite. Competiția poate fi interspecifică sau intraspecifică și reflectă nișa realizată a indivizilor în structura complexă a pădurii. Deasemenea poate fi clasificată în competiție absolută și relativă. Prima se referă la cantitatea de resurse și tipul acestora și include factorii, condițiile de mediu și staționale, atât în spațiul suprateran ocupat de arbori cât și în cel subteran. Este greu de evaluat fiind multidimensională (lumină, umiditate, nutrienți etc.). Competiția relativă constituie o evaluare a interacțiunii dintre arbori pentru spațiul de creștere. Cauzele competiției nu sunt explicate prin evaluarea acesteia, ci doar este cuantificat matematic spațiul de creștere.

Indicii de competiție se bazează pe ipoteza conform căreia nivelul competiției dintre arbori este proporțional cu dimensiunile acestora și cu distribuția lor în interiorul arboretului. Complexitatea indicilor a crescut în timp, fapt ce permite construirea unor modele flexibile și riguroase de evaluare a competiției.

Încercările de a cuantifica aceste concepte într-un singur indice de competiție, au condus până în prezent la obținerea a 4 categorii de indici:

Indici care iau în considerare zona de influență competitivă

Indici care iau în considerare suprafața potențială de dezvoltare

Indici care utilizează aspecte legate de mărimea arborilor și distanța dintre aceștia

Indici care se bazează pe consistența și intercepția luminii

În literature silvică românească sunt frecvent utilizați următorii indici: indicele coroanei, gradul de încoronare, gradul de lăbărțare, gradul de turtire, raportul de dezvoltare, indicele suprafeței proiecției coroanei, proporția coroanei de umbră sau lumină (Giurgiu, 1979).

În cercetările asupra structurii spațiale a arborilor au fost propuși de-a lungul timpului diferiți indici de evaluare și cuantificare a competiției. În tabelul 4 sunt enumerați câțiva din acești indici.

Tabelul 4. Sinteza indicilor de compețiție dependenți și independenți de distanță la nivelul arborilor individuali

I.2.3. Caracteristicile structurale cantitative și calitative la nivelul arboretului

Cheia unei planificări eficiente de gospodărire a pădurii este găsirea acelui sistem de lucrări silviculturale care să îndeplinească obiectivele stabilite prin amenajarea pădurii, și acele obiective legate de promovarea pădurilor sănătoase și productive prin menținerea diversității biologice. Îndeplinirea acestor deziderate se realizează printr-o modelarea parametrilor structurali cantitativi (în profil oritontal și vertical) ai arboretelor și a caracteristicilor calitative ale arboretelor, știut fiind faptul că structura unui arboret este în primul rând determinată de aranjarea spațială, mărimea și distribuția pe specii a arborilor (Fig. 2).

Fig. 2 Structura unui arboret în profil vertical, orizontal și tridimensional (softul SVS, USDA Forest Service)

1.2.3.1. Caracteristicile arboretului în plan orizontal

Structura orizontală se referă la distribuția spațială a arborilor, a celorlalte etaje de vegetație și a necromasei lemnoase de dimensiuni mari în suprafața arboretului, precum și la caracteristici care ne permit să descriem cât mai cuprinzător organizarea pădurii în plan orizontal. Arboretele echiene prezintă în general o uniformitate mai pronunțată a structurii orizontale în timp ce arboretele pluriene se caracterizează printr-o heterogenitate sporită.

Numărul de arbori: mărimea populațiilor de arbori este un atribut populațional determinat de factori intrinseci (specia, capacitatea competițională, vârsta și starea de sănătate), factori extrinseci (factori edafici, topoclimatici, competiția dintre specii, presiunea insectelor fitofage și a patogenilor) și perturbări cu caracter accidental (incendii, doborâturi de vânt și zăpadă etc.). În cazul arboretelor unde se aplică măsuri de gospodărire proporția numărului de arbori este dictată în mare măsură prin intensivitatea lucrărilor aplicate.

În practica silvică se lucrează cu numărul real de arbori/ha (rezultat prin inventarieri statistico-matematice) (Nteren) sau cu numărul de arbori extras din tabelele de producție, pentru aceeași specie, clasă de producție și vârstă (Ntabel).

În situația în care arboretul este alcătuit din mai multe specii sau elemente de arboret, numărul de arbori dat de tabelele de producție se va calcula ca medie ponderată a numărului de arbori pentru fiecare specie sau element de arboret – dat de tabelele producție, cu proporția de participare în arboret, în funcție de rezultatul inventarierii.

Compoziția arboretului: este folosită pentru a descrie ponderea speciilor de arbori dintr-un arboret. Speciile se înscriu prin denumirea populară prescurtată, iar proporția lor de participare se exprimă în mod obișnuit în unități întregi sau în zecimi. Arboretele compuse dintr-o specie dominantă se numesc monospecifice, cele compuse din două sau mai multe specii se numesc arborete de amestec. În cazul arboretelor tinere proporția de participare pe specii se calculează ca un raport între numărul de arbori al fiecărei specii și numărul total de arbori al arboretului. În cazul arboretelor mature și bâtrâne prin raportul dintre suprafața de baza sau volumul fiecărei specii și suprafața de bază sau volumul arboretului.

Arboretele de amestec, se împart după modul de grupare a arborilor în două categorii (Florescu și Nicolescu, 1996)

arborete de amestec uniforme (regulate) când arborii se succed cu regularitate pe întreaga suprafață a arboretului (intime și grupate);

arborete de amestec neuniforme (neregulate), unde amestecul dintre specii este întâmplător;

Compoziția este o caracteristică dinamică, se modifică în timp ca urmare a influenței exercitate de factori precum condițiile staționale, ritmul de creștere și eliminare al speciilor, toleranța la umbrire, intervențiile silviculturale etc. Ca atare putem distinge:

compoziția reală (actuală sau momentană), existentă într-un moment din viața arboretului și determinată prin inventarieri;

diverse tipuri de compoziții-țel (de regenerare – la închiderea stării de masiv; în faza de păriș, de codrișor; la exploatabilitate);

Consistența: exprimă o stare a desimii arboretului și se redă prin gradul de apropiere al coroanelor arborilor componenți sau gradul de închidere a masivului. Dacă în arboret toate coroanele arborilor se ating formând un coronament compact, gradul de închidere este de 100% și se notează cu 1,0.

Consistența se referă doar la arboretul propriu-zis, fără a lua în considerare arbuștii, și se exprimă prin indici de consistență de la 1,0 la 0,1, deosebindu-se următoarele categorii de arborete (Florescu și Nicolescu, 1996):

arborete cu consistență plină (indicele de consistență K=1,0);

arborete cu consistență aproape plină (K=0,7-0,9);

arborete cu consistență rărită, luminate sau brăcuite (K=0,4-0,6);

arborete cu consistență degradată (poienite)(K=0,1-0,3).

Modalitățile de determinare sunt:

pe cale vizuală prin aprecierea ponderii suprafeței orizontale a coronamentului din suprafața totală ocupată de arboret. Se poate face pe parcursul întregului an în arborete de conifere sau în timpul sezonului de vegetație în arborete pure de foioase ori arborete de amestec.

pe cale analitică, prin folosirea aerofotogramelor sau a fotografiilor de la sol, care înregistrează proiecția coroanelor arborilor. Raportând această suprafață, determinată prin planimetrare, la întreaga suprafață a fotografiei, se determină indicele de consistență.

prin utilizarea de densiometre (GRS Densitometer, Spherical Crown Densitometer) se poate estima atât gradul de închidere al coronamentului cât și acoperirea realizată de ierburi. Acesta constă dintr-un sistem de oglinzi sferice, convexe sau concave și o rețea gradată în care se reflectă coronamentul. Acoperirea realizată de coronament se măsoară prin numărarea pătratelor din rețea în care se reflectă coroanele.

Determinarea pe cale analitică a stării de desime a unui arboret dat se poate face prin intermediul indicilor de desime și de densitate, caz în care se procedează la compararea arboretelor studiate cu modele de gospodărire prin tabele de producție.

Diametrul mediu aritmetic () este o medie a diametrelor calculată prin ponderarea cu numărul de arbori corespunzători fiecărei categorii de diametre, astfel:

sau unde:

N – reprezintă numărul total de arbori

di – diametrele arborilor sau categoriile de diametre

ni – numărul de arbori pentru categoria de diametre i

Importanța acestui diametru în studii dendrometrice este mai mică, dar este indispensabil pentru calcule și caracterizări statistico-matematice.

Diametru central al suprafeței de bază: reprezintă o mărime medie a grosimii arborilor componenți. Acesta variază cu natura, starea și vârsta arboretului, cu condițiile staționale și cu natura intervențiilor silviculturale aplicate. Arborele cu acest diametru se numește arbore central al suprafeței de bază. Acest arbore împarte suprafața de bază în două părți egale.

unde:

dM – limita inferioară a intervalului median;

C – mărimea intervalului dintre categoriile de diametre;

– suprafața de bază totală (cumulată);

SM – suprafața de bază cumulată până la intervalul median;

gn – suprafața de bază multiplă a intervalului median;.

Suprafața de bază a arboretului G

Suprafața de bază unitară

( m2 ) unde:

gi – suprafața de bază unitară

di – diametrul corespunzător arborelui i

= 3.14159265 (constantă matematică)

Suprafața de bază multiplă

dar cum , relația devine:

Suprafața de bază totală

Necromasa lemnoasă de dimensiuni mari este un indicator important al stării de sănătate al pădurii, deoarece constituie un habitat și o resursă de hrană pentru multe specii incluzând mamifere de dimensiuni mici, păsări, insecte, ciuperci și unele plante. În arborete determinarea cantității se face prin numărarea elementelor de necromasă lemnoasă pe transecte liniare folosind criterii dimensionale: ramuri mici, ramuri de dimensiuni mari, trunchiuri, cioate.

1.2.3.2. Caracteristicile arboretului în plan vertical

Structura verticală este un aspect cheie de diferențiere a utilizării resurselor în păduri și în acest fel se poate presupune că are implicații în procesul productivității arboretelor. În termeni practici se referă la tipurile de distribuție a etajelor de vegetație începând de la planșeul pădurii până la limita superioară a coronamentului arboretului. Din această perspectivă se disting (după Florescu și Norocel, 1996): etajarea, profilul, închiderea masivului, înălțimea medie.

Etajarea arboretului: în fiecare etaj arborescent se pot distinge o suprafață superioară și una inferioară a coronamentului. Distanța dintre cele două suprafețe definește adâncimea (grosimea) coronamentului. În arborete pluriene caracterizate prin prezența arborilor de toate vârstele și dimensiunile nu se pot deosebi etaje de vegetație. În raport cu etajarea se disting:

arborete monoetajate au coroanele arborilor într-un plafon unic cu extindere pe verticală de maxim 5 m

arborete bietajate au stratul arborilor împărțit în două plafoane bine diferențiate în înălțime

arborete multietajate (3 sau mai multe etaje).

Profilul arboretului se referă la alura pe care o prezintă suprafața superioară a coronamentului arboretului. După profilul lor se deosebesc:

arborete cu profil continuu – coroane la același nivel

arborete cu profil ondulat – coroane la înălțimi diferite

arborete cu profil în trepte – rezultate ca urmare a tăierilor rase în benzi alterne

arborete cu profil dantelat – coroane cu forme neregulate la care înălțimile diferă foarte mult.

Închiderea masivului reprezintă modul în care coroanele participă la realizarea stării de masiv. Din acest punct de vedere se deosebesc arborete cu:

închidere pe orizontală (la arborete echiene)

închidere pe verticală (la arborete pluriene)

închidere în trepte (apare pe versantii puternic înclinați)

Înălțimea medie a arboretului reprezintă o medie a înălțimilor arborilor componenți ai arboretului și se determină pe porțiuni omogene, pe specii sau elemente de arboret. Înălțimile medii se pot încadra în 3 categorii:

înălțimi medii obișnuite, referitoare la distribuția arborilor pe clase de înălțimi

înălțimi medii condiționate, corespund diferitelor tipuri de diametre medii

înălțimi medii referitoare la categoriile de arbori dominanți

O altă valoare frecvent utilizată este înălțimea dominantă (superioară) calculată ca o medie a celor mai groși 100 arbori din arboret.

1.2.3.3. Caracteristicile calitative ale arboretului

Originea arboretului: în raport cu această caracteristică arboretele se clasifică în (Florescu și Norocel, 1996):

arborete virgine – dacă s-au format și au evoluat fără nici o influență umană;

arborete cvasivirgine sau cvasinaturale – dacă influențele umane nu au provocat modificări notabile în compoziția, structura și procesele biocenotice;

arborete cultivate – în care omul a intervenit și intervine prin măsuri de gospodărire.

După modul în care arboretele cultivate au fost create, se diferențiază următoarele tipuri:

arborete naturale – întemeiate de om prin regenerare naturală

arborete artificiale – întemeiate prin intervenții pe cale artificială

arborete mixte – în care se găsesc atât populații de arbori instalate pe cale naturală cât și introduse de om

Proveniența poate fi din sămânță (>70%), din lăstari sau drajoni (>70%) și mixtă. Proveniența este importantă pentru că arboretele crescute din sămânță sunt mai viguroase, mai longevive, mai productive, iar lemnul produs are valoare mai mare. Proveniența arboretelor determină regimul silvotehnic (de codru în cazul regenerării arboretului din sămânță, de crâng când regenerarea se face din lăstari și de crâng compus când regenerarea se face mixt).

Vârsta este un parametru important care condiționează structura, și determină pe de o parte clasificarea arboretelor iar pe de altă parte strategiile de management. Din punct de vedere al vârstei arboretele se pot grupa în 3 clase structurale:

arborete echiene: arborii au aceeași vârstă (apar fie ca rezultat al germinării semințelor la un interval foarte mic de timp, fie ca urmare a plantațiilor) (maxim 5 ani diferență – după Doniță și al., 2006)(în practica silvică se consideră tot arborete echiene și acelea în care arborii au vârste care nu diferă cu mai mult de 20 de ani pentru arboretele provenite din sămânță și 5 ani în cazul arboretelor provenite din drajoni sau lăstari).

arborete pluriene: sunt formate din arbori a căror vârstă variază în limite foarte largi (de la puieți de 1 an până la arbori ajunși la limita fiziologică). Acest tip de structură se întâlnește frecvent în arboretele naturale virgine și cvasivirgine sau în arboretele unde se aplică tratamentul codrului grădinărit. Pot fi definite și ca arborete de amestec atât din punct de vedere al speciilor cât și al vârstelor fără o limită spațială clară între aceste caracteristici (Brack, 1999).

arborete de vârste multiple: în care arborii se grupează în mai multe generații, fiecare dintre ele având ca vârstă un multiplu al vârstei generației celei mai tinere. Acest model se poate realiza în pădurile tratate în crâng compus

Ca subclase se disting:

Arborete relativ echiene sunt alcătuite din arbori cu vârste ce variază într-un interval de 5-30 de ani – după Doniță și al., 2006 sau 5-20 de ani – după Giurgiu, 1979. Aceste arborete rezultă prin aplicarea tăierilor succesive, progresive, prin regenerări artificiale dacă împădurirea se realizează în mai multe reprize.

Arborete relativ pluriene constituie o treaptă intermediară între tipurile relativ echiene și pluriene. Se pot distinge 2-3 generații fiind posibilă constituirea de elemente de arboret chiar și pentru aceeași specie. Amplitudinea de variație a vârstelor este mai mare de 20 de ani în cazul arboretelor provenite din sămânță și de 5 ani în cazul arboretelor provenite din drajoni sau lăstari după Giurgiu, 1979 sau diferența de vârstă dintre generații este de peste 30 de ani – după Doniță și al., 2006.

Clasa de producție este o caracteristică calitativă a arboretelor și exprimă capacitatea de producție a acestora. Se determină cu ajutorul tabelelor de producție pentru fiecare specie în funcție de vârstă și înălțime la arborete echiene și în funcție de înălțimea realizată la un anumit diametru de referință (d=50 cm) în cele pluriene.

Clasele de producție s-au stabilit pentru arborete pure din fiecare specie și se pot determina cu ajutorul graficelor prezentate în volumele de biometrie. Inițial procedeul consta în împărțirea câmpului de variație a înălțimilor medii (hg) în raport cu vârsta (T) (pentru arborete echiene) în 5 segmente egale (CLP I, II…V), ulterior fiind introduse încă 2 astfel de segmente (CLP IA și VA) (Giurgiu și Drăghiciu, 2004).

clasa de producție relativă IA (codul 0) pentru arborete excepționale care depășesc limita superioară a clasei de producție relative I

clasa de producție relativă VA (codul 6) pentru cele care se situează sub limita inferioară a clasei de producție relative V

Clasa de calitate în scopuri practice pentru cunoașterea valorii tehnologice și economice ale arborilor s-a recurs la împărțirea lor în clase de calitate a fusului. Clasificarea arborilor după calitate se face în raport cu lungimea părții din trunchi aptă pentru lemn de lucru. Drept criteriu de clasificare se folosește fie prezența anumitor defecte tehnologice ale fusului (curbura, ovalitatea, lăbărțarea, putregaiul, conicitatea ș.a.), fie proporția din fus aptă pentru utilizări industriale (lemn pentru cherestea, lemn pentru celuloză, furnire, etc).

În practică este utilizată clasificarea calitativă a arborilor având drept criteriu frecvența și amploarea defectelor tehnologice. Este o clasificare cu caracter silvicultural, urmărind cu precădere evidențierea arborilor în raport cu necesitatea menținerii lor în arboret. Se disting 4 clase (Giurgiu, 1979):

Clasa I: arbori cu trunchiul perfect sănătos, drept, elagat, fără defecte, conținând lemn de valoare (lemn de furnire estetice sau tehnice, lemn de rezonanță).

Clasa a II-a: arbori cu trunchiul sănătos, fără defecte importante, se admit însă noduri sănătoase izolate, curburi ușoare, ovalitate redusă.

Clasa a III-a: arbori cu trunchiul sănătos, dar rău conformat, cu defecte mai mult sau mai puțin importante (curburi, noduri, ovalitate, conicitate, bifurcații etc.)

Clasa a IV-a: arbori bolnavi, cu putregai, uscați

Starea de vegetație este un indicator general al stării sale evaluat după aspectul și creșterea arborilor, starea lor de sănătate, acumularea de lemn, rezistența la perturbări, capacitatea de regenerare (Doniță și al., 2006). Se deosebesc după vigoare:

arborete cu stare de vegetație luxuriantă, cu acumulare de lemn de peste 10 m3/an/ha

arborete cu stare de vegetație foarte activă cu acumulări de lemn de 5-10 m3/an/ha

arborete cu stare de vegetație activă, cu acumulări de lemn de 2-5 m3/an/ha

arborete cu stare de vegetație lâncedă, cu acumulări de lemn sub 2 m3/an/ha

I.2.4. Utilizarea indicilor în descrierea structurii arboretelor

Frecvent în silvicultură este utilizat numărul real de arbori real existenți pe unitatea de suprafață, suprafața de bază sau volumul ca indicatori ai stării arboretelor sau a modului în care acestea valorifică potențialul stațional.

Compararea valorilor obținute pentru competiție, cu valori similar calculate pentru arborete cu o structură normală, care vegetează în condiții corespunzătoare staționale constituie o măsură a devierii de la situația ideală, cu aplicații practice directe (alegerea momentului optim de aplicare al lucrărilor, stabilirea intensității și periodicității intervențiilor etc.).

Numărul de arbori pe unitatea de suprafață reprezintă o evaluare imprecisă a densității, datorită diferențelor mari între dimensiunile realizate de arbori. În silvicultură a fost introdus de Reineke (1933), un indice a cărui valoare este egală cu raportul dintre numărul real de arbori la ha și numărul real extras din tabele. Raportul dintre suprafața de bază reală și cea normală pentru arborete de aceeași vârstă și care vegetează în condiții staționale similare este deasemenea o măsura a densității arboretelor (similar volumele).

Evaluarea stării de desime a unui arboret se poate face cu ajutorul indicelui de desime IN și a celui de densitate pe suprafață de bază IG sau pe volum IV prin compararea valorilor reale cu modele teoretice date de tabelele de producție.

Indicele de desime al unui arboret este dat de raportul dintre numărul real de arbori existenți la hectar și cel din tabelele de producție pentru un arboret cu aceeași compoziție, vârstă și clasă de producție.

unde:

IN – indicele de desime

Nteren – număr real de arbori la hectar

Ntabel – număr de arbori extras din tabelele de producție, la hectar

Indicele de densitate al arboretului exprimă raportul dintre suprafața sa de bază reală la ha și suprafața de bază normală, dată tot în tabelele de producție. Același indice se obține și prin raportul dintre volumul real la ha și volumul normal din tabelele de producție (Nicolescu, 1995).

unde:

IG – indicele de densitate

Gteren – suprafața de bază reală a arboretului m2/ha

Gtabel – suprafața de bază extrasă din tabelele de producție, în m2/ha

unde:

IV – indicele de densitate

Vteren – volumul real al arboretului m3/ha

Vtabel – volumul extras din tabelele de producție, în m3/ha

În cercetările asupra structurii spațiale a arboretelor au fost propuși de-a lungul timpului diferiți indici de evaluare și cuantificare a competiției. În tabelul 5 sunt enumerați câțiva din acești indici.

Tabelul 5. Sinteza indicilor de compețiție dependenți și independenți de distanță la nivelul arboretului

I.4. Scopul și obiectivele lucrării

Scopul cercetărilor întreprinse în cadrul proiectului de diplomă a fost de a evalua modul în care se modifică competiția dintre arbori la nivel individual și o serie de parametrii structurali ai arborilor și arboretelor odată cu creșterea vârstei la specia Alnus glutinosa.

Principalele obiective de atins au fost următoarele:

Alegerea și descrierea arboretelor din care se vor preleva date pentru descrierea structurilor (prezentat la cap. 2.1)

Punerea la punct a unei metodologii de colectare a datelor de teren (prezentat la cap. 2.2)

Construirea unui algoritm informatic care să permită evaluarea competiției și descrierea structurilor (prezentat la cap. 2.3)

Selectarea indicilor de competiție pentru diverse analize (prezentat la cap. 2.5)

Determinarea parametrilor structurali la nivel de arbore (prezentat la cap. 3.1.1)

Evaluarea defectelor și a claselor de calitate pentru arborii inventariați (prezentat la cap. 3.1.2)

Realizarea unor corelații între parametrii morfometrici ai arborilor și clasificarea funcțională a acestora (prezentat la cap. 3.1.3)

Analiza variabilității asimetriei coronelor arborilor din suprafețele de probă investigate (prezentat la cap. 3.1.4)

Evaluarea competiției înainte și după extragerea arborilor selectați (prezentat la cap. 3.1.5)

Analiza variabilității indicilor de competiție și stabilirea numărului optim de arbori vecini care trebuie luați în calcul pentru cuantificarea corectă a competiției (prezentat la cap.3.1.6 și 3.1.7)

Analiza comparativă a structuriilor arboretelor regenerate natural și a celor regenerate pe cale artificială (prezentat la cap. 3.2)

Formularea de recomandări în baza rezultatelor obținute (prezentat la cap. 5).

CAPITOLUL II MATERIAL ȘI METODĂ

2.1. Localizarea studiului și descrierea arboretelor

Trupurile de pădure în care au fost amplasate 5 suprafețele de probă sunt încadrate în D.S. Bihor, O.S. Săcuieni, U.P. IV Valea lui Mihai, în fotografia satelitară de mai jos (Foto 1) acestea fiind evidențiate cu chenar roșu. Selectarea unităților de studiu s-a făcut în așa fel încât să avem o succesiune pe stadii de dezvoltare la specia anin negru, fapt ce permite analiza structurii în dinamică temporală. S-a urmărit de asemenea realizarea unui studiu comparativ între arborete regenerate natural și arborete obținute pe cale artificială prin plantații. În acest sens au fost alese 3 suprafețe a căror mod de regenerare este natural și doar două cu regenerare prin plantații, neputându-se găsi în zona studiată încă un arboret la o vârsta înaintată cu acest tip de regenerare.

Vârsta aproximativă a fost determinată prin numărarea inelelor anuale de pe cioatele găsite în cuprinsul arboretelor sau folosind corelația dintre creșterea în diametru și creșterea în înălțime din biometrie (Foto 2). Aceasta este de: 15 ani pentru suprafața notată NT1 (regenerare naturală din lăstari, compoziția 10 Ann, vitalitate normală, diametrul mediu de 10 cm) (Foto 3); de 30 de ani pentru suprafața notată NT2 (regenerare naturală din lăstari, compoziția 10 Ann, vitalitate normală, diametrul mediu de 18 cm) (Foto 4); de 50 de ani pentru suprafața notată NT3 (regenerare naturală din lăstari, compoziția 10 Ann, vitalitate normală, diametrul mediu de 25 cm) (Foto 5); de 10 ani pentru suprafața notată ART1 (regenerare artificială, compoziția 10 Ann, vitalitate normală, diametrul mediu de 8 cm) (Foto 6), și de 25 de ani pentru suprafața notată ART2 (regenerare artificială, compoziția 10 Ann, vitalitate normală, diametrul mediu de 19 cm) (Foto 7).

Aceste arborete de anin negru nu sunt incluse în parcelarul unității de producție. Sub aspect tipologic pot fi încadrate conform surselor citate în tipul de stațiune 9338 (Silvostepă externă, de dune nisipoase Pm, psamosoluri tipice) (Chiriță și al., 1977) și în tipul de pădure 6114 (Stejăret de terenuri nisipoase din zona forestieră) (Pașcovschi și Leandru, 1958), acestea fiind și tipurile cele mai răspândite în zona respectivă conform amenajamentului.

Regiunea, din punct de vedere geologic face parte din blocul Nyrului, care înglobează Câmpia Carei și Câmpia Valea lui Mihai. Nispurile depuse în partea de vest au fost răspândite mereu de vânt și din ele au generat nisipurile mobile din Câmpia Valea lui Mihai, care se întind până în Ungaria.

Tipul cel mai răspândit de sol este Psamosol tipic (9301), acesta ocupând 65% din suprafața unității de producție. Materialul parental este alcătuit din depozite nisipoase. Textura este grosieră, nestructurată sau are o structura grăunțoasă. Proprietățile fizice, fizico-mecanice, hidrofizice și de aerație sunt puțin favorabile. Au porozitate prea mare (excesivă), sunt spulberate de vânt și nu rețin apa. Sunt sărace în humus și substanțe nutritive (***, 2009).

Foto 1 Imagine satelitară reprezentând trupurile de pădure delimitate cu chenar roșu, în care s-au făcut inventarieri (Sursa Google Earth)

Foto 2 Cioată recentă utilizată pentru determinarea vârstei prin numărarea inelelor anuale (în original)

Trupurile de pădure studiate sunt situate la 140 m altitudine, teritoriul unității de producție IV Valea lui Mihai fiind încadrate în clima temperată, iar regional în sectorul de climă continental-moderată. După Koppen, unitatea de producție studiată este situată în provincia climatică C.f.b.x., de climat temperat, cu precipitații insuficiente în timpul anului, cu temperatura medie a lunii celei mai calde sub 22 grade Celsius, dar cel puțin timp de 4 luni pe an depășind 10 grade Celsius cu maxima pluviometrică la începutul verii, iar minima la sfârșitul verii (***, 2009).

Foto 3. Aspect cu structura unui arboret de anin negru aflat în faza de prăjiniș (NT1) (în original)

Foto 4. Aspect cu structura unui arboret de anin negru aflat în faza de prăjiniș (ART1) (în original)

Foto 5. Aspect cu structura unui arboret de anin negru aflat în faza de păriș (NT2) (în original)

Foto 6. Aspect cu structura unui arboret de anin negru aflat în faza de păriș (ART2) (în original)

Foto 7. Aspect cu structura unui arboret de anin negru aflat în stadiu de pădure matură (u.a….) (în original)

2.2. Colectarea datelor în teren

Pentru evidențierea structurii arboretelor au fost amplasate în zone reprezentative un număr de 5 suprafețe de probă de 100 m2 (suficient de mari având în vedere scopul principal al lucrării de a evalua competiția la nivel de arbore), de formă pătrată, în care am evaluat următoarele aspecte:

Stabilirea poziției fiecărui arbore în interiorul suprafeței de probă prin determinarea coordonatelor x și y

Determinarea circumferințelor și indirect a diametrelor la înălțimea de 1,3 m pentru toți arborii

Măsurarea înălțimilor totale și elagate și indirect lungimea coroanelor

Măsurarea a patru raze ale coroanelor în proiecție orizontală pe direcțiile cardinale

Evaluarea defectelor arborilor și stabilirea clasei de calitate

Stabilirea poziției cenotice a arborilor conform clasificării Kraft

Evaluarea funcțională a aarborilor pe clase valorice (V – arbori de valoare, A – arbori de ajutor, I – arbori indiferenți D – arbori dăunători, E – arbori de extras)

Amplasarea suprafețelor s-a făcut în interiorul arboretelor pentru a evita efectul indus de margine, în porțiuni care arborii prezintă caracteristici biometrice apropiate de medie. Coordonatele y au fost determinate pe direcția N-S, iar coordonatele x, pe direcția E-V, dat fiind faptul că terenul este unul plan. Materializarea pe teren a suprafețelor de probă s-a făcut prin marcarea laturilor cu o sfoară după măsurarea prealabilă a acestora cu o ruletă.

Înălțimile totale și elagate ale arborilor au fost măsurate utilizînd un hipsometru SUUNTO PM-5/1520 PS. Defectele și poziționarea cenotică a arborilor au fost determinate prin evaluare vizuală. Razele coroanelor în proiecție orizontală au fost măsurate utilizând o ruletă și o busolă pentru stabilirea orientării.

2.3. Descrierea algoritmului utilizat în prelucrarea datelor

Prin profile orizontale și verticale ale arboretului se pot evalua consistența, desimea, densitatea, profilul arboretului, modul de grupare al arborilor, elagarea trunchiurilor și dimensiunile coroanelor, dar și caracteriza structura prin diferite tipuri de reprezentări grafice și indici. În acest sens, pentru proiectul de față, datele de teren au fost analizate utilizând algoritmul de calcul SpDiv ver. 1.0 elaborat în cadrul Laboratorului de Protecția Pădurilor în programul de calcul tabelar Excel, din pachetul Microsoft Office. Acest algoritm permite generarea de reprezentări grafice în plan orizontal și plan vertical a arborilor din suprafețele de probă, evaluarea distribuției numărului de arbori pe categorii de diametre, realizarea unor grafice ce sintetizează variația înălțimii totale a arborilor corelată cu clasa de calitate, lungimea coroanelor, asimetria coroanelor, precum și încadrarea funcțională stabilită în teren. Algoritmul permite de asemenea o analiză detaliată la nivel individual a arborilor, fiind în acest fel util în aplicarea lucrărilor silviculturale cu caracter de selecție individuală pozitivă, cum sunt răriturile.

Modul de lucru este extrem de facil, utilizatorul trebuind să selecteze mărimea suprafeței de probă, să introducă datele de teren aferente acesteia și să selecteze succesiv arborii pentru care se doresc a fi calculate competiția, asimetria și excentricitatea coroanelor. Algoritmul oferă și posibilitatea de a opta pentru un anumit număr de arbori vecini competitori, fapt prin care se poate evidenția până la ce distanță față de arborele central se exercită efectul competiției. Sub aspectul indicilor, până în prezent au fost selectați și implementați un număr de 45 de indici dependenți și independenți de distanță, construiți pentru arbori individuali și pentru nivelul arboretului. Dezvoltarea viitoare a algoritmului va include o modalitate de selecție automată a acelor indici care sunt potriviți situației analizate. În urma clasificării funcțional – valorice a arborilor algoritmul permite o analiză comparativă a structurii arboretului din suprafața de probă analizată înainte și după extragerea arborilor selectați prin evaluarea de pe teren.

Scopul studierii detaliate a structurii este unul heuristic, pentru a înțelege mai bine relațiile spațiale în cadrul arboretelor în care se lucrează. Se creează de asemenea posibilitatea de a compara rezultatele obținute cu studii similare existente sau viitoare, efectuate pentru aceleași tipuri de arborete sau tipuri contrastante.

2.4. Scurtă descriere a speciei anin negru

Aninul negru face parte din genul Alnus, familia Betulaceae, are un areal extins pe aproape întreg continentul european, în Asia, Nordul Africii, vestul Siberiei și ca specie alohtonă în America de Nord și Canada. Formează în general arborete pe suprafețe restrânse, frecvent regenerându-se din lăstari. Este o specie pionieră oportunistă, are un efect benefic asupra plantelor cu care se asociază datorită capacității de a fixa azotul atmosferic cu ajutorul actinomicetelor din genul Frankia și a 47 de specii micorizante (Featherstone, 2003). De asemenea litiera se descompune ușor și are un conținut bogat în azot. Dispune de un sistem radicular extins atât a rădăcinilor aflate la suprafața solului cât și cele din profunzime, ceea ce permite speciei să se dezvolte atât în soluri cu apă stagnantă cât și în cele cu stratul freatic aflat la adâncime mai mică.

Specia se recomandă a fi folosită pentru reabilitarea terenurilor degradate și în stațiuni caracterizate printr-un conținut scăzut de materie organică și azot, prin împădurire datorită toleranței față de soluri acide, a creșterilor rapide și litierei abundente. Se dezvoltă normal pe soluri mezobazice-eubazice, bogate în humus, slab acide-neutre, dar sărace în calciu (Stănescu și al., 1997).

Crește rapid în primii 15-20 de ani , aproximativ 1m/an, atingând înălțimi de 20-25 m și diametre de 40-50 cm. În stațiuni cu soluri bogate pot să apară arbori cu dimensiuni mai mari. Are în general o longevitate scăzută 80-100 ani, creșterile maxime fiind atinse la 30-40 ani, acestea reducându-se considerabil în jurul vârstei de 60 de ani.

Regenerările naturale de anin au în general densități foarte mari ceea ce duce la o competiție și un proces de auto-rărire intense. Eliminarea naturală a arborilor cu o poziție inferioară în coronament este intensă și are loc imediat după închiderea stării de masiv. Parcurgerea cu lucrări a arboretelor tinere poate duce la creșteri a grosimii arborilor în medie cu 20% mai mari față de arboretele în care nu s-au aplicat lucrări silviculturale (Hâruța, 2011).

2.5. Descrierea indicilor de competiție utilizați

În lucrarea de față au fost calculați un număr de 11 indici de competiție dependenți de distanță, la nivel de arbore individual, indici a căror prezentare detaliată este redată mai jos.

Indicele Bella, 1971 (notat în literatură CIO)

Este un indice eficient în descrierea competiției la nivel de arbori individuali crescuți în arborete echiene pure. Zona de influență a unui arbore este definită ca suprafața în plan orizontal din care arborele își procură resursele (Fig.3). În această zonă se realizează suprapuneri ale coroanei arborelui selectat cu arborii vecini, suprapuneri ca pot fi de cel puțin 6 tipuri: tangente parțial (Fig. 4), tangente astfel încât raza arborelui central este egală cu raza arborelui competitor și egală cu diatanța dintre arbori, raza unuia dintre arbori este mai mare decât distanța dintre arbori în timp ce raza celuilalt este mai mică decât distanța (Fig. 5), situația în care una dintre coroane este complet înglobată în cealaltă (Fig. 6) și situația în care se suprapun trei sau mai multe coroane.

3456

Fig. 3. Suprapunerile coroanelor dintre arborele 3 și arborii vecini competitori (după Bella, 1971)

Fig. 4,5,6. Exemplificarea diferitelor situații de suprapunere a coroanelor (după Kong și al., 2013)

Algoritmul de calcul SpDiv construit, ține cont de toate aceste situații și calculează ariile de suprapunere folosind formule diferite de calcul. Pentru exemplificare este dată formula utilizată pentru două coroane tangente parțial:

unde: S este aria suprapunerilor,

cwi și cwj sunt razele coroanelor,

dij distanța dintre cei doi arbori

Formula de calcul a indicelui Bella este:

unde: n – numărul de arbori competitori,

ZOij – aria suprapunerii dintre arborele central i și competitorul j

ZAi – aria coroanei arborelui central i

Di – diametrul la 1,3 m înălțime al arborelui i

Dj – diametrul la 1,3 m înălțime al arborelui j

EX – exponent

Indicele Newnham, 1966 (notat în literatură NHl)

Indicele utilizează diametrele trunchiurilor și distanța dintre arbori pentru a cuantifica competiția, plecând de la premisa că interacțiunile coroanelor la periferia acestora reflectă fidel intensitatea competiției. Newnham a presupus că un arbore liber de competiție crește cu aceeași rată ca și un arbore izolat având același diametru și că un arbore supus competiției prezintă o rată de creștere în grosime redusă cu o valoare proporțională cu nivelul competiției. Formula de calcul a indicelui este:

unde: ni – numărul total de competitori pentru arborele i

Di – diametrul la înălțimea pieptului pentru arborele central i

Dj – diametrul la înălțimea pieptului pentru arborele competitor j

Disij – distanța în metrii dintre arborele i și arborele j

Indicele Staebler, 1951 (notat în literatură Sl)

Indicele propus de Staebler în 1951 consideră zona de influență competitivă a unui arbore ca fiind dependentă de mărimea arborilor aflați în competiție (Fig. 7). În formula de calcul sunt luate în considerare distanțele dintre arborele central și competitorii săi, precum și razele coroanelor acestora, în proiecție orizontală. Staebler a lansat ipoteza potrivit căreia ariile de suprapunere a coroanelor arborilor vecini sunt o măsură directă a competiției (Tennent, 1975).

unde: i – arborele central

j – arborii competitori

w – lățimea suprapunerii coroanelor arborelui i cu a competitorului j

Fig. 7 Exemplificarea modelului propus de Staebler pentru calcularea competiției dintre arbori, ca fiind egală cu suma lățimilor de suprapunere w dintre arborele central A și toți arborii a căror coroană se suprapune cu a acestuia (după Garcia, 2014)

Indicele Alemdag, 1978 (notat în literatură Almdg)

Indicele propus de Alemdag presupune calcularea raportului dintre numărul de arbori vecini (i) considerați competitori și ariilor unor segmente de cerc corespunzătoare fiecăruia dintre aceștia, arii care reprezintă în fapt spațiul de creștere disponibil pentru arborele central (j) (Fig. 8).

unde: d j – diametrul arborelui central j

di – diametrul arborelui competitor i

Lij – distanța dintre arborele i și arborele j

Fig. 8 Spațiul de creștere al arborelui j figurat prin segmente de cerc (a, b…g) și arborii competitori (d1, d2….d8) (după Pretzsch, 2009)

Indicele Hegyi, 1974 (notat în literatură HI)

Este un alt indice de competiție dependent de distanță, care pleacă de la prezumția că un arbore pote fi expus competiției, chiar în absența suprapunerii coroanelor. Cu cât este mai mare diametrul arborelui central, cu atât este mai mică contribuția la competiție a arborilor competitori, iar indicele ia o valoare mai mare cu cât competiția este mai ridicată (Smith, 1977).

unde: HIj – indicele de competiție pentru arborele central j

Dsj – diametrul la înălțimea pieptului pentru arborele j

Di – diametrul la înălțimea pieptului pentru arborele competitor i

Lij – distanța dintre arborele central j și arborele competitor i

n – numărul de competitori aflați în interiorul unui cerc de rază fixă

Indicele Quenet, 1976 (notat în literatură Q)

Competiția dintre arbori este considerată a fi direct proporțională cu suprafața de bază a competitorului și invers proporțională cu distanța dintre arbori. Indicele este independent de mărimea arborelui asupra căruia se exercită competiția.

unde: Di – diametrul arborelui competitor i

Lij – distanța dintre arborele i și arborele j

Indicele Pretzsch, 1995 (notat în literatură KKL)

În baza acestui indice Pretzsch a arătat că o creștere maximă în diametru se realizează atunci când nu există competiție și creșterea maximă în înălțime se realizează la nivele moderate ale competiției. Competitorii unui arbore sunt identificați folosind un con poziționat cu baza spre vârful arborelui central și vârful în interiorul coroanei, pe axul trunchiului, a cărui unghi de deschidere este de 60°. Pentru fiecare competitor este determinat unghiul β conform explicației de mai jos, efectul final al competiției fiind calculat prin însumarea contribuției exercitate de fiecare arbore cu formula:

β – variația unghiului realizat de segmentul care unește baza conului cu vârful arborelui competitor și axa verticală

hcaj – aria proiecției orizontale a coroanei arborelui j

HSCB – înălțimea conului

Fig. 9 Determinarea unghiului β pentru fiecare arbore competitor (după Pretzsch și al., 2002)

Indicele Mendiboure, 1974 (h) (notat în literatură Mh)

Competiția este evaluată în funcție de înălțime, diametru sau suprafața de bază. Nivelul competiție înregistrate de arborele j este calculată ca diferența de mărime dintre arborele central și arborele competitor raportată la distanța dintre aceștia.

unde: hsj – înălțimea arborelui central j

hi – înălțimea arborelui competitor i

Lij – distanța dintre arborele i și arborele j

Indicele Mendiboure, 1974 (d) (notat în literatură Md)

unde: dsj – diametrul arborelui central j

di – diametrul arborelui competitor i

Lij – distanța dintre arborele i și arborele j

Indicele Mendiboure, 1974 (G) (notat în literatură MG)

unde: Gsj – suprafața de bază a arborelui central j

Gi – suprafața de bază a arborelui competitor i

Lij – distanța dintre arborele i și arborele j

Indicele Arney, 1973 (notat în literatură CSI)

Arney în 1973 a construit un indice de competiție la nivel de arbore testat inițial pentru specia Pseudotsuga menziesii. Acesta evaluează nivelul competiției prin suprapunerea spațiului de creștere a coroanelor, este constituit din suma ariilor de suprapunere a coroanelor arborelui central cu arborii vecini (Fig. 10).

unde: CSIj – Indicele de stres competițional

AOij – aria suprapunerii coroanelor în proiecție orizontală a arborelui i cu cea a arborelui j

Aj – aria în proiecție orizontală a arborelui j

Un arbore care nu este supus competiției arborilor vecini va avea o valoare a indicelui de 100, aria de interferență a spațiului de creștere al coroanelor fiind zero. Determinarea ariei coroanelor și a creșterii în grosime pentru arborii izolați permite evaluarea spațiului maxim necesar arborilor, diferența înregistrată pentru situația dezvoltării în condiții de masiv fiind consecința competiției.

Intervale de variație înregistrate în arborete pentru indicele CSI:

100 – coroana este lipsită de competiție din partea arborilor vecini

>200 – coroana arborelui, în situația în care aceasta nu are o poziționare superioară în plan vertical, este intens afectată de competiție

>300 – arborele este dominat, cu risc ridicat de uscare

Fig. 10 Ariile de suprapunere ale coroanelor ca parte integrantă pentru calcularea indicelui de competiție CSI (după Arney, 2005)

2.6. Metode utilizate pentru determinarea asimetriei și excentricității coroanelor

Proiecțiile orizontale ale coroanelor au fost măsurate în teren pentru toți arborii din suprafețele de probă, pe direcțiile cardinale, folosind o ruletă. În baza acestor evaluări s-au construit poligoanele care aproximează forma coroanei în plan orizontal. Estimarea centroidului (centrul de greutate al coroanei) s-a facut în baza ecuațiilor de mai jos propuse de Brisson, 2001.

Excentricitatea=DP-C/S

unde:

Dp,c= distanța dintre centroidul proiecției coroanei și axa trunchiului

ui= pi-unghiul pentru fiecare vârf al poligonului

vi= vârfurile poligonului

Dc-vi= distanța de la centroid la fiecare vârf al poligonului

Excentricitatea variază între valoarea 0 (o simetrie perfectă) și 1 (o asimetrie completă). Pentru determinare s-a folosit algoritmul SpDiv ver 1.0. Asimetria S variază între 0 și infinit.

CAPITOLUL III REZULTATE

Pentru a evalua un proces dinamic și continuu, precum succesiunea, este nevoie în primul rând de o cuantificare a structurii ecosistemelor la diferite momente în timp. În cadrul prezentului proiect am ales ca procedee de analiză: studiul unor parametrii structurali la nivel individual și la nivelul arboretului, evaluarea competiției ca mecanism de bază în asamblarea comunităților de arbori și în final diferite tipuri de analize statistice comparative pentru ecosisteme forestiere aflate în faze succesionale diferite.

3.1. Analiza structurii la nivelul arborilor individuali

3.1.1. Determinarea parametrilor structurali ai arborilor

Algoritmul SpDiv permite afișarea intantanee pentru orice arbore din suprafața de studiu a caracteristicilor acestora determinate în urma inventarierilor de pe teren și prezentate în tabelul 6 pe un fundal de culoare verde (specia, vârsta, circumferința, diametrul, înălimea totală, înălțimea elagată, clasa de calitate și clasa Kraft), dar și a celor determinate în baza unor calcule și prezentate mai jos pe fundal albastru (volumul, suprafața de bază, coeficientul de formă, coeficientul de zveltețe, raza medie a coroanei, aria și lungimea acesteia, excentricitatea și asimetria coroanei etc.).

Volumele arborilor pe picior au fost calculate folosind suprafața de bază a arborelui, înălțimea totală și un coeficient de formă mediu extras din biometrie pentru specia anin negru și sunt redate grafic pentru cele 5 suprafețe de probă în Figurile 11. Volumul arborelui mediu pe categorii de diametre este prezentat în figura 12.

Tabelul 6. Datele necesare a fi introduse în algoritmul SpDiv ver 1.0 și rezultatele obținute pentru arborele 7 din suprafața de probă NT1

Fig. 11 Variația volumelor arborilor inventariați în suprafețele de probă inventariate

Fig. 12 Corelația dintre volumul arborelui mediu și categoriile de diametre în suprafețele de probă inventariate

3.1.2. Evaluarea pe teren a defectelor și a claselor de calitate pentru arborii inventariați

Principalele defecte de formă, structură, rănire și exploatare constatate pe teren la arborii inventariați sunt: răni la nivelul trunchiurilor parțial calusate sau recente, însăbierea trunchiurilor, înfurciri, curburi simple sau în planuri multiple, putregai de colet și trunchi, pe cioate s-a putut constata excentricitatea axului trunchiului datorită în special asimetriei coroanei și creșterii în plan înclinat a acestor arbori, conicitatea anormală, prezența nodurilor a galeriilor produse de insecte etc. În baza acestora și a proporției lemnului de lucru stabilită pe cale vizuală au fost determinate clasele de calitate. O parte a defectelor menționate fiind ilustrate prin fotografiile de mai jos.

Foto 8-13. Principalele defecte ale arborilor observate pe teren în arboretele inventariate (în original)

3.1.3. Corelații între parametrii morfometrici ai arborilor și clasificarea funcțională a acestora

Pentru o mai bună evaluare a modului în care se modifică caracteristicile structurale ale arborilor din perspectivă succesională, am realizat reprezentări grafice în care sunt surprinse: variația înălțimii totale a arborilor, lungimile coroanelor, clasele de calitate și funcționale și excentricitatea coroanelor, pentru toate suprafețele de probă analizate. Se pot observa astfel o parte semnificativă din criteriile care au stat la baza diferențierii arborilor în biogrupe:

Arbori de viitor (V): arbori dominanți sau codominanți, cu creșteri active, trunchiuri drepte, coroane simetrice de dimensiuni mici, lipsiți în general de defecte

Arbori ajutători (A): sunt arborii care ajută exemplarele vecine prin stimuarea elagajului și obținerea unor trunchiuri drepte ale arborilor de viitor, fiind poziționați în clasele III și IV Kraft

Arborii de extras (E): sunt selectați dintre cei care nu corespund ca specie, conformație sau acolo unde starea de desime a arboretului necesită eliminarea lor

Arborii indiferenți (I): sunt arborii care nu intră în competiție directă cu vecinii lor

În figura 13 se pot observa caracteristicile pentru suprafața NT1: înălțimea medie a arborilor este de 10,14 m; înălțimea elagată medie de 7,44 m; media lungimii coroanelor de 2,7 m, aria medie a coroanelor de 2,69 m2 și diametrul mediu al arborilor de 10,5 cm, numărul de arbori/ha este 2200.

În figura 14 se pot observa caracteristicile pentru suprafața NT2: înălțimea medie a arborilor este de 13,24 m; înălțimea elagată medie de 7,84 m; media lungimii coroanelor de 5,38 m, aria medie a coroanelor de 2,68 m2, diametrul mediu al arborilor de 16,32 cm, numărul de arbori/ha este 1900.

În figura 15 se pot observa caracteristicile pentru suprafața NT3: înălțimea medie a arborilor este de 20,42 m; înălțimea elagată medie de 14,1 m; media lungimii coroanelor de 6,32 m, aria medie a coroanelor de 7,39 m2 și diametrul mediu al arborilor de 23,5 cm, numărul de arbori/ha este 1500.

În figura 16 se pot observa caracteristicile pentru suprafața ART1: înălțimea medie a arborilor este de 4,58 m; înălțimea elagată medie de 1,66 m; media lungimii coroane lor de 2,92 m, aria medie a coroanelor de 2,05 m2 și diametrul mediu al arborilor de 5,9 cm, numărul de arbori/ha este 4200.

În figura 17 se pot observa caracteristicile pentru suprafața ART2: înălțimea medie a arborilor este de 13,03 m; înălțimea elagată medie de 9,53 m; media lungimii coroane lor de 3,5 m, aria medie a coroanelor de 8,99 m2 și diametrul mediu al arborilor de 18,2 cm, numărul de arbori/ha este 2100.

Arborii au fost încadrați prin evaluare vizuală pe teren preponderent în clasele II și III.

Fig. 13 Corespondența între lungimea coroanelor, înălțimea elagată, clasificarea funcțională, clasa de calitate și excentricitatea coroanelor la arborii din suprafața de probă NT1

Fig. 14 Corespondența între lungimea coroanelor, înălțimea elagată, clasificarea funcțională, clasa de calitate și excentricitatea coroanelor la arborii din suprafața de probă NT2

Fig. 15 Corespondența între lungimea coroanelor, înălțimea elagată, clasificarea funcțională, clasa de calitate și excentricitatea coroanelor la arborii din suprafața de probă NT3

Fig. 16 Corespondența între lungimea coroanelor, înălțimea elagată și excentricitatea coroanelor la arborii din suprafața de probă ART1 (selecție negativă – clasificarea funcțională nu este necesară)

Fig. 17 Corespondența între lungimea coroanelor, înălțimea elagată, clasificarea funcțională, clasa de calitate și excentricitatea coroanelor la arborii din suprafața de probă ART2

3.1.4. Analiza variabilității asimetriei coronelor arborilor din suprafețele de probă investigate

Sub aspectul ramificării, a arhitecturii coroanelor, aninul negru prezintă un sistem monopodial. Valorile medii pentru excentricitatea (Fig. 18-23) coroanelor obținute sunt de:

0,080 pentru suprafața de probă NT1;

0,057 pentru suprafața de probă NT2;

0,038 pentru suprafața de probă NT3;

0,104 pentru suprafața de probă ART1 și

0,022 pentru suprafața de probă ART2.

Asimetria medie a coroanelor (Fig. 18-23) este de:

0,917 pentru suprafața de probă NT1;

0,919 pentru suprafața de probă NT2;

0,622 pentru suprafața de probă NT3;

0,695 pentru suprafața de probă ART1 și

0,182 pentru suprafața de probă ART2.

Arborii cu coroane asimetrice și trunchi excentric sunt:

mai predispuși la doborâturi

sunt sub influența directă a vecinilor (dependenți de densitate)

sunt influențați de direcția și intensitatea radiației solare

sunt influențați de pantă și expoziție

sunt influențți de vânturile dominante

calitatea lemnului din trunchiuri este în general inferioară

Fig. 18-23 Reprezentarea grafică a asimetriei și excentricității coroanelor pentru șase arbori inventariați în suprafața de probă NT1 (exemplificare). În roșu sunt figurați arborii de extras.

În figurile 24-27 sunt redate valorile ordonate crescător pentru asimetria coroanelor și excentricitatea acestora, pentru arboretele regenerate pe cale naturală notate NT1, NT2 și NT3, și separat pentru cele regenerate pe cale artificială ART1 și ART2.

Fig. 24 Valorile ordonate crescător ale asimetriei coroanelor pentru suprafețele NT1, NT2 și NT3

Fig. 25 Valorile ordonate crescător ale asimetriei coroanelor pentru suprafețele ART1 și ART2

Fig. 26 Valorile ordonate crescător ale excentricității coroanelor pentru suprafețele NT1, NT2 și NT3

Fig. 27 Valorile ordonate crescător ale excentricității coroanelor pentru suprafețele ART1 și ART2

3.1.5. Exemplificare evaluare competiție înainte și după extragerea arborilor selectați

Respectând criteriile silviculturale care stau la baza selecției și extragerii arborilor (reducerea desimii, extragerea exemplarelor vătămate, cu defecte majore de formă sau structură, etc) se ajunge la o proporționare a spațiului vital optim pentru arborii rămași, fapt ce poate fi evidențiat și prin reprezentările grafice generate cu ajutorul algoritmului SpDiv ver 1.0. În figurile 28 și 29 se poate observa distribuția în profil orizontal pentru suprafața NT1 înainte și după aplicarea intervențiilor silviculturale, arborele 7 fiind ales ca exemplar martor pentru evidențierea modificării competiției.

Fig. 28-29 Structura în profil orizontal pentru suprafața de probă NT1 înainte și după extragerea arborilor (în roșu sunt evidențiați arborii selectați pentru extragere, în verde arborele central 7)

Fig. 30-31 Reprezentare grafică cu arborele central 7 și 6 arbori vecini competitori, înainte și după extragerea arborilor selectați din suprafața de probă NT1

3.1.6. Stabilirea numărului optim de arbori vecini competitori

Algoritmul SpDiv ver.1.0 permite utilizatorului să aleagă numărul de arbori vecini competitori, care trebuie luați în calcul pentru cuantificarea corectă a competiției. Pentru exemplificare sunt redate în figurile 32-37 reprezentări grafice pentru arborele central 16 din suprafața de probă NT1. O analiză a variabilității indicilor de competiție (grafice neprezentate în prezenta lucrare) a arătat că până la un număr de 6 arbori competitori vecini, valorile indicilor fluctuează cu o amplitudine mare. Includerea unui număr mai mare de 6 arbori vecini duce la o stabilizare a tendinței de variație a valorilor indicilor, ceea ce demonstrează că numărul optim de competitori este de 6.

Stabilizarea valorilor indicilor sugerează că structura spațială optimă pentru minimizarea competiției depinde atât de performanțele de creștere reflectate în arhitectura arborilor cât și aspectele de natură spațială. Un singur indice nu este suficient pentru evaluarea competiției iar algoritmul elaborat permite folosirea mai multor descriptori care generează o imagine realistă a acestei relații intra și interspecifice. În funcție de rezultate se pot lua decizii obiective și susținute de date cantitative.

3.1.7. Analiza variabilității indicilor de competiție dependenți de distanță

Pentru exemplificarea modului în care este influențată competiția de extragerea arborilor sunt prezentate grafic valorile indicilor înainte și după aplicarea lucrării de extragere a arborilor în suprafața de probă NT1. Se poate ușor observa cum indicii sunt indicatori fideli ai intensității competiției (Fig. 39 și 41), modificându-și ecartul de variație în funcție de densitatea arborilor.

Procedura de simulare propusă are o aplicație imediată în practica silvică deoarece permite vizualizarea consecințelor unei intervenții menite să îmbunătățească performanțele de creștere ale arborilor fără a fi nevoie de a realiza de facto intervenția respectivă. Această nouă tendință în silvicultura modernă posibilă datorită evoluției spectaculoase a tehnicilor de calcul și de prelucrare de imagine permite o economie de timp și de personal și în egală măsură evitarea unor greșeli de gospodărire care sunt în general rezultatul unor evaluări subiective sau bazate pe algoritmi simpliști.

Fig.32 Arborele central 16 cu 2 arbori vecini Fig. 33 Arborele central 16 cu 4 arbori vecini Fig.34 Arborele central 16 cu 6 arbori vecini

Fig. 35 Arborele central 16 cu 8 arbori vecini Fig. 36 Arborele central 16 cu 10 arbori vecini Fig.37 Arborele central 16 cu 12 arbori vecini

Fig. 38 și 39 Structura în plan orizontal a suprafeței de probă NT1 și variația indicilor de competiție înainte de extragerea arborilor (6 arbori vecini)

Fig. 40 și 41 Structura în plan orizontal a suprafeței de probă NT1 și variația indicilor de competiție după de extragerea arborilor (6 arbori vecini)

Fig. 42 și 43 Structura în plan orizontal a suprafeței de probă NT2 și variația indicilor de competiție înainte de extragerea arborilor (6 arbori vecini)

Fig. 44 și 45 Structura în plan orizontal a suprafeței de probă NT3 și variația indicilor de competiție înainte de extragerea arborilor (6 arbori vecini)

Fig.46 și 47Structura în plan orizontal a suprafeței de probă ART1 și variația indicilor de competiție înainte de extragerea arborilor (6 arbori vecini)

Fig.48 și 49Structura în plan orizontal a suprafeței de probă ART2 și variația indicilor de competiție înainte de extragerea arborilor (6 arbori vecini)

CAPITOLUL IV DISCUȚII ȘI CONCLUZII

Structura spațială este un atribut de structură al ecosistemelor care se modifică în timp odată cu evoluția succesională dar și cu vârsta arboretelor. În același timp, competiția intervine modelator în forma generală a arborilor, plantele cu arhitectura cea mai complicată în domeniul terestru. Structura spațială influențează procese ecologice cum sunt competiția sau distribuția habitatelor și resurselor. O cunoaștere mai bună a dinemicii spațiale a pădurilor contribuie la înțelegerea factorilor care efectează dezvoltarea pădurii. Privită din punct de vedere succesional, structura prezintă o dinamică continuă, factorii de influență cei mai inportanți fiind diferitele tipuri de perturbări naturale și intervențiile antropice.

Aninișurile studiate în lucrarea de față reprezintă un mozaic de etape succesionale diferite precum și stadii diferite de vârstă (între 15 și 50 de ani). Factorii implicați în structura spațială a arborilor în afara factorului temporal sunt relațiile interspecifice și acțiunea modelatoare a factorilor de mediu abiotici. Dintre relațiile interspecifice, competiția pentru lumină, spațiu, nutrienți și apă marchează cel mai puternic forma generală a arborilor. Alte tipuri de relații cu efect direct asupra formei arborilor și în special arhitectura coroanei sunt dăunările produse de consumatori și bolile.

În acest context, elaborarea de metode de evaluare prin intermediul parametrilor competiționali și de formă constituie o preocupare cu impact direct asupra sistemelor decizionale în managementul ecosistemelor forestiere.

Din analiza volumelor arborilor individuali regenerați natural, se constată că dublarea vârstei duce la o dublare și a volumului arborelui mediu. Astfel pentru specia studiată anin negru, la o vârstă de 15 ani volumul mediu al arborilor este de 0,233 m3, la 30 de ani 0,412 m3 și la 50 de ani 0.720 m3. De asemenea s-a constatat că relația dintre volumul arborelui mediu și categoriile de diametre poate fi exprimată printr-o regresie liniară în care coeficientul de corelație este R2=0,92, fapt ce arată o legătură puternică, pozitivă între volumul arborilor și diametrul acestora, indiferent de vârstă sau mod de regenerare.

Din figurile 13-17 respectiv 18-23 se constată că asimetria și excentricitatea coroanelor, coroborate cu clasa de calitate și intensitatea competiției sunt factori importanți în stabilirea clasificării funcționale a arborilor sau așa numita selecție valorică a arborilor. Există și situații însă în care pot fi selectați arbori cu coroane simetrice pentru a fi extrași, criteriile fiind legate de prezența putregaiului de trunchi, desimea mare în interiorul biogrupei etc.

În figurile 24-27 se observă o reducere a excentricității și asimetriei coroanelor odată cu trecerea arboretelor în etape succesionale diferite, sau odată cu creșterea vârstei. O explicație ar fi dată de reducerea numărului de arbori pe unitatea de suprafață (hectarul) de la 2200 la 1500 pe ntru arboretele regenerate din lăstari și de la 4200 la 2100 pentru arboretele regenerate artificial prin plantații. Având la dispoziție spațiu de dezvoltare suficient, coroanele tind să se dezvolte relativ uniform radial.

În decursul timpului au fost propuși indici de evaluare a competiției a căror diversitate a fost deja prezentată. Cum însă momentul în care ne găsim este definit de utilizarea calculatoarelor pentru procesarea unui volum din ce în ce mai mare de informație și de măsurători, modelele bazate pe imagistică și simulare tind să înlocuiască sau să incorporeze multitudinea de indici preexistenți.

Softul propus în lucrarea de față prezintă o serie de facilități care permit procesarea rapidă a unui mare număr de date de teren prin mai multe metode sau indici alternativi.

Selectarea celor mai informativi indici reprezintă o decizie a utilizatorului în funcție de datele de care dispune. În baza analizei vecinătății fiecarui arbore în parte se pot lua decizii de păstrare a arborilor sau de eliminare în funcție de relațiile dintre coroane, gradul competiției și elemente de formă a coroanei (asimetrie, mărime, etc.). Prin simularea extragerilor, structura spațială obținută este cea optimă iar decizia privind extragerile se ia pe o bază cantitativă solidă.

CAPITOLUL V CONTRIBUȚII PERSONALE

Elaborarea în colaborare cu conducătorii științifici a unui algoritm de calcul complex pentru evaluarea caracteristicilor structurale și în mod particular a competiției dintre arbori.

Alegerea și descrierea arboretelor din care s-au prelevat date, fiind creat astfel un cadru corect de evaluare a structurii la nivel individual al arborilor și populațional al arboretului, dar și din perspectivă temporală

Culegerea datelor de teren pentru un număr suficient de arbori pentru studiul competiției și în general a structurii

Evaluarea calitativă și funcțională a arborilor inventariați

Realizarea unei sinteze din literatură și alegerea indicilor de competitie potriviți

Perfecționarea unui protocol de lucru pentru descrierea asimetriei și excentricității coroanelor

Descrierea unei metode de stabilire a numărului optim de arbori vecini utilizați pentru cuantificarea competiției

BIBLIOGRAFIE

Acker, S.A., Sabin, T.E., Ganio, L.M., McKee, W.A., 1998. Development of old-growth structure and timber volume growth trends in maturing Douglas-fir stands. Forest Ecology and Management 104: 265- 280.

Arney, J.D., 2005. Implications of clumpiness on growth and yeld. Managing stand density symposium, Canyonville, Oregon. www.forestbiometrics.com

Bella, I.E., 1971. A new competition model for individual tree. Forest Science 17(3): 364-372

Brack, C.L.,1999. Forest Measurement and Modeling – Measuring trees, stands and forests for effective forest management. Computer-based course resources for Forest Measurement and Modeling (FSTY2009) at the Australian National University http://fennerschool.anu.edu.au/

Brisson, J., 2001. Neighborhood competition and crown asymmetry in Acer saccharum. Can.J.For. Res. 32: 2151-2159

Chen, J., Saunders, S.C., Crow, T.R., Naiman, R.J., Brosofske, K.D., Mroz, G.D., Brookshire, B.L., Franklin, J.F., 1999. Microclimate in forest ecosystems and landscape ecology. Bioscience, 49: 288–297.

Chiriță, C.D., și colab., 1977. Stațiuni forestiere, vol. II, Editura Academiei R.S.R., București, 518 p.

Davies-Colley, R.J., Payne, G.W., van Elswijk, M., 2000. Microclimate gradients across a forest edge. New Zealand Journal of Ecology 24:111-121.

Doniță, N., Borlea, G.F., Turcu, D.O., 2006. Cultura pădurilor (Silvicultura în sens restrâns): Note de curs, Editura EUROBIT, Timișoara, 367 pag.

Du, J., Zhao W. , He, Z., Yang, J., Chen, L., Zhu, X., 2015. Characterizing stand structure in a spruce forests: effects of sampling protocols. Science in Cold and Arid Regions 7(3): 245-256.

Florescu, I., Nicolescu, N.V., 1996. Silvicultură, vol. I, Studiul pădurii, Ed. Ex Libris, Brașov.

Fodor, K., 2007. Ecologia ecosistemelor forestiere. Editura Universității din Oradea, 323 pag.

Fuller, R.J. și Browne, S.J., 2003. Effects of plantation structure and management on birds. In J.W. Humphrey, R. Ferris & C.P. Quine (Eds.) Biodiversity in Britain's forests: results from the Forestry Commission's biodiversity assessment project: pp. 93-102. Forestry Commission, Edinburgh.

Gadow K., Zhang C.Y., Wehenkel C., Pommerening A., Rivas J.C., Korol M., Myklush S., Hui G.Y., Kiviste A., Zhao X.H., 2012. Forest structure and diversity. In: Pukkala T., Gadow K. (eds): Continuous Cover Forestry: Managing Forest Ecosystems 23. 2nd Ed. Dordrecht, Springer Science + Business Media B.V.: 29–84

Gadow, K. v., Zhang, C.Y., Wehenkel, C., Pommerening, A., Corral-Rivas, J., Korol, M., Myklush, S., Hui, G.Y., Kiviste, A., Zhao, X.H., 2011. Forest Structure and Diversity. In: Pukkala, T., Gadow, K. (eds.). Continuous Cover Forestry, Book Series Managing Forest Ecosystems Vol 24, © Springer Science+Business Media B.V. p. 29-84.

Garcia, O., 2014. Siplab, a spatial individual-based plant modelling system. Computational Ecology and Software 4(4): 215-222.

Giurgiu, V., 1979, Dendrometrie și auxologie forestieră. Editura CERES, București.

Giurgiu, V., Drăghiciu, D., 2004. Modele matematico-auxologice și tabele de producție pentru arborete, Editura Ceres, București

Gray, A., 2003. Monitoring stand structure in mature coastal Douglas-fir forests: effect of plot size. Forest Ecology and Management, 175: 1-16.

Hanzu, M., 2011. Cercetări privind structura, creșterea și producția arboretelor amestecate de rășinoase cu fag din Munții Cindrel. Teză de doctorat. Universitatea „Transilvania” din Brașov, Facultatea de Silvicultură și Exploatări Forestiere. 78 pp.

Hâruța, O., 2011. Analiza sistemică a arhitecturii coroanelor la gorun și anin negru. Teză de doctorat. Universitatea „Transilvania” din Brașov, Facultatea de Silvicultură și Exploatări Forestiere. 376 pp.

Humphrey, J.W., Ferris, R., Quine, C.P., 2003. Biodiversity in Britain's planted forests: results from the Forestry Commission's biodiversity assessment project. Forestry Commission, Edinburgh.

Keddy, P.A., 1989. Effects of competition from shrubs on herbaceous wetland plants: a four year field experiment. Canadian Journal of Botany 67: 708-716

Kong, L., Kang, X., Yang, H., Xie, J., Huang, X., 2013. An Algorithm for Influence-Zone Overlap Competition Indices. Journal of Convergence Information Technology (JCIT). 8(1):1-10

Kulakowski, D., Rixen, C., Bebi, P., 2006. Changes in forest structure and in the relative importance of climatic stress as a result of suppression of avalanche disturbances. Forest Ecology and Management 223: 66-74.

McElhinny C., 2002. Forest and Woodland Structure as an Index of Biodiversity: a Review. Canberra, Australian National University: 80.

Meen E., Nielsen A., Ohlson M., 2012. Forest stand modelling as a tool to predict performance of the understory herb Cornus suecica. Silva Fennica 46 (4): 479-499.

Motta, R., Nola, P., Piussi, P., 1999. Structure and stand development in three subalpine Norway spruce (Piceaabies (L.) Karst.) stands in Paneveggio (Trento, Italy). Global Ecology and Biogeography 8: 455–471.

Newton, P.F., 2008. Complex stand structures and associated dynamics: measurement indices and modelling approaches. Forestry 81(5): 573-574.

Nicolescu, N.V., 1995. Silvicultura – Îndrumar de lucrări practice, Editura Universității Transilvania din Brașov

Oke, T.R., 1978. Boundary layer climates. Methuen & Co. Ltd., London, U.K.

Paletto A., Ferreti, De Meo I., Cantini P., Focacci M., 2012. Ecological and environmental role of deadwood in managed and unmanaged forests. In: JJ Diez (ed.), Sustainable Forest Management – current Reaserch, InTech, Rijeka, Croatia, pp. 219-238.

Pastorella, F., Paletto, A., 2013. Stand structure indices as tools to support forest management: an application in Trentino forests (Italy). Journal of Forest Science, 59(4): 159–168.

Pașcovschi, S., Leandru, V. 1958. Tipuri de pădure din R.P.R. Editura Agro – Silvică, București, 458 p.

Pretzsch H., Biber P., Dursky J., 2002. The single tree-based stand simulator SILVA: construction, application and evaluation. Forest Ecology and Management 162:3–21.

Pretzsch, H., 2009. Forest Dynamics, Growth and Yield: From Measurement to Model. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 664 pp.

Pringle, R.M., Webb, J.K., Shine, R. 2003. Canopy structure, microclimate, and habitat selection by a nocturnal snake, Hoplocephalus bungaroides. Ecology, 84: 2668–2679.

Rapp, V., 2003. New Findings About Old-Growth Forests. PNW Science Update 4. USDA Forest Service PNW Research Station, 11 pp.

Smith, S.H., 1977. The evaluation of competitive stress index as a measure of stand density for young growth douglas-fir. Master of Science Thesis. Oregon State University.

Stone, J. N., Porter, J.L., 1990. What is forest stand structure and how to measure it? Northwest Science, Special issue 72(2): 25-26.

Sullivan, T.P., Sullivan, D.S. & Lindgren, P.M.F. 2001, 'Stand structure and small mammals in young Lodgepole Pine forest: 10-year results after thinning', Journal of Applied Ecology, vol. 11, no. 4, pp. 1151-1173.

Tennent, R.B., 1975. Competition quotient in young Pinus radiata. N.Z.J.For.Sci. 5(2):230-234.

Wilson, D.S. and Puettmann, K.J., 2007. Density management and biodiversity in young Douglas-fir forests: challenges of managing across scales. For. Ecol. Manage. 246, 123–134.

Zenner, E.K. 2000. Do residual trees increase structural complexity in Pacific Northwest coniferous forests? Ecological Applications 10(3):800-810.

Zobrist, K.W., Hinckley, T.M., 2012. Diversifying Forest Structure to Promote Wildlife Biodiversity in Western Washington Forests. EM044. Washington State University.