Carbon sequestration by the main forest-forming tree species of the Sverdlovsk region carbon polygon | Депонирование углерода основными лесообразующими древесными породами карбонового полигона Свердловской области

English. A network of study areas, so called carbon polygons, has been established in some regions in the Russian Federation within the framework of the scientific program of the Ministry of Science and Higher Education. The deposition and emission of greenhouse gases by terrestrial ecosystems is being studied at these areas. The carbon polygon of the Sverdlovsk region consists of two sites, namely "Kourovka" and "Severka"). Studies have been conducted to assess the possibility of estimating carbon deposition by stands of main forest-forming tree species using allometric equations that establishes the relationship between breast height diameter and the tree phytomass. Data concerning 1122 forest trees of five species - fir, spruce, pine, larch, and birch - are considered. Assessment of the carbon stock amount in the stands within the 24 forest plots were implemented. The possibility of using regression analysis and machine learning models, as well as ensemble of models, to estimate value of steem diameter at breast height, using the tree height and area of the horizontal tree crown projection were analysed. It is established that the use of machine learning methods "Random Forest", artificial neural network for building methods, as well as an ensemble of models makes it possible to increase the level of quantitative adequacy of models for estimating the diameter of a tree trunk at a height of 1,3 m based on described above predictors. The coefficients of determination for spruce, fir, and larch ranged from 0.91 to 0.97, for birch - 0.71, and for pine – 0.70.

Russian. В начале двадцатых годов XXI в. в ряде регионов Российской Федерации в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования создана сеть научно-исследовательских стационаров – так называемых карбоновых полигонов. На этих участках проводится изучение депонирования и эмиссии парниковых газов наземными экосистемами. На карбоновом полигоне Свердловской области, который состоит из двух участков ("Коуровка" и "Северка"), проведены исследования, направленные на изучение возможности оценки депонирования углерода древостоями основных лесообразующих древесных пород с использованием аллометрических уравнений, устанавливающих взаимосвязь между диаметром ствола на высоте 1,3 м и фитомассой дерева. Использованы данные о 1122 деревьях 5 видов (пихта, ель, сосна, лиственница, береза). Получены оценки величины запаса углерода в древостоях на 24 пробных площадях. В среднем они составляют от 46 до 200 т/га. Изучена возможность использования моделей регрессионного анализа и машинного обучения, а также ансамбля моделей для оценки значений диаметра ствола по высоте дерева и площади его кроны. Установлено, что модели, созданные при помощи методов машинного обучения "случайный лес", искусственная нейронная сеть, а также ансамбль моделей позволяют повысить уровень количественной адекватности моделей для оценки диаметра ствола дерева на высоте 1,3 м по высоте дерева и площади его кроны. Коэффициенты детерминации для ели, пихты и лиственницы находились в интервале 0,91-0,97, для березы – 0,71, для сосны – 0,70.