Атрощенко_Лесная таксация_doc. Курс лекций Раздел Введение. Таксационные изменения, приборы и инструменты 1 Предмет, задачи и объекты лесной таксации

• Название: Курс лекций Раздел Введение. Таксационные изменения, приборы и инструменты 1 Предмет, задачи и объекты лесной таксации
• Анкор: Атрощенко_Лесная таксация_doc.pdf
• Дата: 07.09.2018
• Размер: 3.69 Mb.
• Имя файла: Атрощенко_Лесная таксация_doc.pdf
• Тип: Курс лекций; #24228
• страница: 16 из 29

признака древостоев насаждений находятся между собой в тесной корреляционной связи между диаметрами деревьев и их высотами наблюдается криволинейная зависимость, графически выражаемая выпуклой
кривой типа параболы го порядка. Эти же соотношения хорошо передает уравнение логарифмической кривой.
Для определения среднего диаметра древостоя элемента леса (по ярусам) необходимо поданным перечета вычислить общую сумму их площадей сечений 3
2 2
1 где g
1
, g
2
, g
3
, …, g
n
– площади сечения среднего дерева ступени n
1
, n
2
,
n
3
, …, n
n
– число стволов по ступеням толщины.
Средняя площадь сечения деревьев где N – общее число стволов. Средний диаметр
π
2
ср
g
Д
=
из формулы

Применяемая иногда формула для среднего диаметра как средневзвешенной величины по ступеням толщины и числу стволов дает преуменьшение. Корректирование производится с применением формулы где d
g
– средний диаметр по площади сечения d
n
– средний арифметический диаметр, полученный через число стволов σ – среднее квадратиче- ское отклонение диаметров (изменяется в пределах 5 – Учитывая преуменьшение среднего диаметра, вычисленного как средневзвешенная величина по ступеням толщины и числу стволов,
А. П. Карпов предлагает вводить в полученную величину следующие поправки см при среднем d до 16 см, 1 см при среднем d = 16–40 см и 1,5 см при среднем d>40 см.
Рис. 56. График определения средней высоты насаждения по кривой соотношений d
1,3
и Н
Среднюю высоту древостоя элемента леса можно определять графическим способом по кривой высот и среднему диаметру древостоя. Для построения кривой высот в процессе перечета замеряют по ступеням толщины высоты деревьев (по две-три на ступень) и вычисляют их средние значения.
Затем строят график. По оси абсцисс откладывают ступени толщины, а по оси ординат – средние высоты вершины ординат сглаживают графически или аналитически (рис. 52). Величина ординаты, отвечающая среднему диаметру древостоя, и будет средней его высотой.
Среднюю высоту древостоя можно вычислить по формуле Лоррея:
G
G
H
G
H
G
H
H
n
n
+
+
+
=
2 2
1 где H
1
, H
2
, …, H
n
– средние высоты деревьев по ступеням толщины, м, G
2
, …, G
n
– суммы площадей деревьев по ступеням толщины, м G сумма площадей сечений древостоя, м
2
Способ определения средней высоты древостоя по регрессионным моделям связи высот и диаметров деревьев является более точным, чем формула Лоррея.
Средняя высота яруса смешанного древостоя вычисляется через средние высоты элементов леса яруса (h) как средневзвешенная по коэффициентам состава порода, образующих ярус по формуле общего вида 3
2 2
1 1
cp

Полнота насаждений. Наблюдая за размещением деревьев в лесу на
площади любого насаждения, можно легко убедиться в том, что они
имеют разную густоту. Степень плотности стояния древостоя данной
породы на единице площади, выраженная суммой площадей сечения всех
деревьев приданных условиях местопроизрастания и данном возрасте,
принято называть абсолютной полнотой.
Предельная полнота насаждений принимается за единицу полнота изреженных насаждений выражается в десятых долях полноты так называемого нормального насаждения. Профессор ММ. Орлов называет нормальными такие насаждения, которые приданной форме, породе, возрасте и условиях местопроизрастания являются наиболее совершенными, те. когда все факторы природных условий использованы максимально.
Соответственно этому в нормальном насаждении не должно быть ни одного лишнего и ни одного недостающего дерева. Это может быть лишь в том случае, когда полог деревьев, образующих насаждение, вполне смыкается. Однако не следует смешивать сомкнутость крон полога и полноту насаждений, так как это разные понятия, хотя между ними и наблюдается корреляционная связь.
Сомкнутость крон обусловливается породой, возрастом, условиями местопроизрастания, степенью развития крон (узко- и ширококронные) и т. п. Как правило, с увеличением возраста насаждений сомкнутость крон уменьшается. Степень сомкнутости крон служит лишь придержкой для глазомерного определения полноты насаждения.
Определение относительной полноты производится путем сопоставления суммы площадей сечения данного насаждения с аналогичной величиной соответствующего нормального насаждения:
H
Т
П
G
G
=
, где Т сумма площадей сечений таксируемого древостоя м Н сумма площадей сечений нормального древостоя при полноте 1,0 нага м, которая берется из нормативных таблиц.
Определяя полноту смешанного насаждения указанным способом, устанавливают полноту каждой породы отдельно по ярусам суммирование полученных величин составит общую полноту яруса насаждения.
Пример: смешанное елово-сосновые насаждение имеет состав:
5С3Е2Б. Тогда П=П
С
+П
Е
+П
Б
. Если относительная полнота насаждений получается больше 1,0, то применяют таблицы хода роста нормальных или эталонных насаждений.
Сумма площадей поперечных сечений древостоя. Для определения запасов древостоев важнейшим таксационным признаком является сумма площадей сечений всех деревьев ∑G. Точная величина G получается поданным сплошного перечета числа деревьев n данной совокупности по принятым ступеням толщины она определяется по формуле = g
1
n
1
+ g
2
n
2
+ g
3
n
3
+ … + g n
n где g
1
, g
2
, g
3
, …, g
n
– площади сечения одного дерева по отдельным ступеням толщины n
1,
n
2
, n
3
, …, n
n
– число стволов по ступеням

На величину погрешности определения G в м
2
/га существенное влияние оказывает величина ступеней толщины. Вполне понятно, что мелкие ступени (0,1 см) увеличивают объем вычислительной работы, а крупные (см) уменьшают.
Известно, что погрешность при определении площадей сечений зависит от погрешности в измерении диаметра d и выражается формулой 2p
d
при увеличении числа измерений до N величина погрешности уменьшается и составляет
N
p
p
d
g
:
2
=
.
Допустим, что p
d
= 5%; N = 400;
%
5 20 10 400 5
2
=
=
×
=
g
p
. Наибольшая погрешность при измерении диаметра происходит в результате его округления до 0,5 ступени толщины, а средняя погрешность – до При перечетах по сантиметровым ступеням средняя погрешность составит 4×0,25 = 1 см. При d = 24 см 100 24
см
1
±
=
×
=
d
p
с увеличением числа деревьев до N эта величина
N
p
d
2
,
4
=
Этот вопрос изучался как зарубежными, таки отечественными учеными Баур (1873), Грунднер (1882), Вейзе (1881), Кунце (1891), Флюри
(1892), Рудзский (1877 – 1878), Собичевский (1878), Матвеев-Мотин (1939 и) и др.
Таблица Зависимость G, мот величины ступеней толщины, м при измерении d по ступеням, см
Отклоне- ния, %, по ступеням,
см
Порода
Ср ед ни й диаметр древостоя, см
Чи сл од ер ев ь
ев
0,1
(100)
1 2
4 1
2 сосна обыкновенная ель обыкновенная 773 34,99 3
35,17 6
35,34 1
35,02 лиственница сибирская сосна веймутова
40 149 19,06 2
19,12 3
19,03 5
18,99 Кафедрой лесной таксации БТИ в 1965 г. проведены аналогичные исследования на 12 постоянных пробных площадях чистых и смешанных культур в возрасте 55 – 65 лета бонитета. За истинную ∑G принята величина,
полученная по измерениям диаметров с точностью до 0,1 см. Камеральным путем эти перечеты переведены на ступени 1; 2; 4 см, при этом половина между смежными ступенями и более относилась к высшей ступени, а менее ступени – к низшей. Полученные при этом результаты приведены в табл. 46.
3.2 Закономерности строения насаждений
Изучение строения насаждений на протяжении длительного периода развития лесной таксации как научной дисциплины привело к установлению ряда теоретических и практических выводов о закономерности их строения.
Теория таксации располагает в настоящее время значительным рядом закономерностей, использование которых создает научно-теоретическую основу данной дисциплины, позволяющую разрешать на их основе комплексы вопросов теоретического и практического характера. Получаемые при этом научно обоснованные выводы характеризуются определенной достоверностью, что обеспечивает значительную экономию трудовых затрат при проведении исследований, таксации лесов и промышленной сортиментации.
Редукционные числа и естественные ступени толщины
В. Вейзе (1880) установил место среднего дерева однородного древостоя, площадь сечения которого на высоте 1,3 м является среднеарифметической для деревьев этого древостоя. Оказалось, что если все стволы однородного древостоя распределить в ранжированный ряди принять общее их число зато среднее дерево составляет 58% от наименьшего диаметра, с колебаниями от 55 до А. Вимменауэр (1890) установил, что при таком распределении средний по объему ствол находится навсего числа стволов с колебаниями от Изучая распределение деревьев насаждения по ступеням толщины и частям древостоя (по 10% общего числа стволов, проф. Фекете (1902) выявил ряд закономерных отношений диаметров отдельных частей насаждения с диаметром среднего дерева древостоя.
Вывод проф. Фекете заключается в том, что, зная средний диаметр древостоя (60% по числу стволов) и общее число их, можно установить диаметры стволов для данного процента числа стволов. Например, средний диаметр древостоя 20 см, общее число стволов 300. В этом случае самое тонкое дерево будет иметь диаметр 11 см диаметр дерева, составляющего 30% общего числа, равен 16,6 см и т. д.
Таблица Величины абсолютных диаметров по отдельным частям древостоя
Диаметр, см, по процентным долям числа стволов
Средний
диаметр
древостоя,
см
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
15
8,2
10,
5
11,
5
12,
4
13,
1
14,
0
14,
9
16,
0
17,
5
19,
2
26,
5
20
11,
0
13,
9
15,
4
16,
6
17,
7
18,
8
20,
1
21,
5
23,
3
25,
8
33,
4
25 и т.д.
13,
8
17,
3
19,
3
20,
8
22,
3
23,
7
25,
8
27,
0
29,
2
32,
0
40,
3

А. Шиффель, продолжая исследования проф. Фекете о распределении числа деревьев по ступеням толщины и распределяя все стволы древостоев последовательно по возрастающим ступеням толщины, выделил также группы стволов через 10%-ные числа стволов и выразил диаметры стволов по этим группам в процентах от диаметра среднего дерева, принимаемого за. Положение дерева в древостое, характеризуемое известным процентом общего числа стволов, было названо рангом дерева, а относительные значения диаметров – редукционными числами Rd. Следовательно, редукционное число по диаметру представляет собой частное отделения абсолютной величины диаметра части древостоя, представленной соответствующим рангом,
на диаметр среднего дерева, те 30
d
d
R
=
,
Откуда
30
cp
30
R
d
d
=
Изменение диаметров древостоя по их частям через 10%-ные числа стволов выражается уравнением
у = ах+ сх
2
+ В результате проведенного А. Шиффелем исследования Rd для еловых древостоев с различными средними диаметрами (от 10 до 50 см) была установлена стабильность редукционных чисел по одинаковым процентам общего числа стволов, что позволило выразить средние их значения в долях среднего диаметра древостоя. При этом были получены средние значения табл. 56). На основе приведенных значений Rd, зная средний диаметр древостоя, можно определить диаметр любой его части, выраженной в процентах от общего числа

Таблица Редукционные числа по диаметру
Значение R
d
по процентным долям числа стволов
Источник
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 По А. Шиффелю
0,55 5
0,68 9
0,77 1
0,83 7
0,89 5
0,95 5
1,01 0
1,08 0
1,17 1,28 1
1,55 Тоже по формуле 5
0,68 0
0,77 1
0,84 1
0,89 8
0,94 8
1,00 6
1,07 8
1,17 1,30 2
1,47 Поданным проф. МВ. Давыдова для буковых насаждений 4
0,61 1
0,71 5
0,78 7
0,86 3
0,93 5
1,00 1,80 1,18 1,39 0
1,85 Таблица РЕДУКЦИОННЫЕ ЧИСЛА ПО ТАКСАЦИОННЫМ ПОКАЗАТЕЛЯМ ДЕРЕВЬЕВ В ДРЕВОСТОЕ
Редукционные числа по процентным долям числа стволов
Таксационный признак Диаметр 0,689 0,771 0,837 0,895 0,955 1,010 1,080 1,170 1,280 Высота 0,788 0,866 0,911 0,947 0,978 1,004 1,030 1,056 1,092 Видовое число 1,074 1,052 1,037 1,025 1,010 1,000 0,980 0,960 0,925 Площадь сечения 0,475 0,595 0,702 0,802 0,913 1,020 1,170 1,370 1,640 Объем ствола 0,405 0,545 0,676 0,791 0,907 1,020 1,170 1,380 1,650 2,450

Таблица Распределение таксационных показателей деревьев по естественным ступеням толщины
Естественные ступени
№
ря да
Таксационный признак 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 Распределение числа деревьев по ступеням толщины, %
0,7 3,5 9,5 16,1 18,4 18,1 13,1 8,9 6,3 3,3 1,5 0,5 0,1 Последовательное суммирование числа стволов по ступеням 4,2 13,7 29,8 48,2 66,3 79,4 88,3 94,6 97,9 99,4 99,9 100 Относительные площади сечений отдельных стволов 0,36 0,49 0,64 0,81 1,0 1,21 1,44 1,69 1,96 2,25 2,56 2,89 Относительные высоты деревьев 0,85 0,89 0,93 0,97 1,00 1,03 1,05 1,08 1,08 1,12 1,14 1,15 Относительные видовые числа 5
1,08 5
1,06 0
1,04 0
1,02 0
1,00 0
0,98 0
0,96 0
0,94 0
0,94 0
0,90 0
0,88 5
0,87 Относительные объемы отдельных стволов 1
0,33 2
0,46 2
0,61 9
0,80 2
1,00 1,22 1
1,46 5
1,71 5
1,71 5
2,26 8
2,58 4
2,89 1

Профессор МВ. Давыдов провел исследование в отношении буковых древостоев Закарпатской области, причем были получены средние значения редукционных чисел по диаметру, подтверждающие общий характер их поданным Шиффеля.
Рис. 56. График измерения редукционных чисел таксационных признаков насаждений в зависимости от рангов
Помимо редукционных чисел по диаметру Rd, Шиффелем были исследованы редукционные числа и по другим таксационным признакам, а именно высотам Н, видовым числам f, площадям сечений на высоте 1,3 ми запасам Абсолютные значения перечисленных величин приводятся в табл. 57. График редукционных чисел таксационных признаков древостоя показан на рис. Располагая средними значениями редукционных чисел по отдельным таксационным показателям, можно получить абсолютные значения данного признака и заданной части по проценту числа стволов по формуле
%
cp
T
R
T
T
=
Значительная работа по изучению строения древостоев и дальнейшему углублению исследований проф. Фекете и Шиффеля проведена профессором
А. В. Тюриным. Для выявления закономерностей в строении древостоев он распределял деревья не по процентным отношениям числа стволов, а посту- пеням толщины, выраженным в десятых долях среднего диаметра древостоя.
Такие ступени, являющиеся общими для всех древостоев и независящие от конкретных диаметров, профессор А. В. Тюрин назвал естественными ступенями толщины. Принимая величину таксационного признака среднего дерева древостоя за единицу, профессор А. В. Тюрин проследил изменения по естественным ступеням не только диаметров, но и других таксационных показателей древостоев. Результаты его исследований представлены в виде сводной табл. Таблица составлена по материалам анализа многочисленных перечетов деревьев однородных древостоев по абсолютным ступеням толщины:
а) по распределению числа стволов по ступеням толщины;
б) по распределению сумм площадей сечений и запасов по ступеням толщины в) по относительным высотами относительным видовым числам;
г) по относительным объемам древесных стволов.
Графическое изображение процентного распределения числа деревьев по ступеням толщины выражается некоторой правильной кривой нормального распределения (рис. 57).
Рис. 57. Распределение числа Рис. 58. График последовательного деревьев по естественным суммирования процентов числа ступеням в процентах деревьев по ступеням толщины (кумулята)
Если принять средний диаметр за единицу, то пределы его составят 0,5 (нижний) и 1,7 (верхний, те. всего 13 естественных ступеней. Зная абсолютную величину среднего диаметра древостоя и общее число стволов и используя данные табл. 58, можно составить перечет деревьев по абсолютным ступеням толщины.
Для практического использования профессор А. В. Тюрин составил таблицу распределения числа стволов и запасов по ступеням толщины в зависимости от среднего диаметра древостоев.
Произведя последовательное суммирование процентов числа деревьев по естественным ступенями откладывая на графике полученные величины по соответствующим естественным ступеням, получим интегральную кривую –
кумуляту(рис. Располагая таким графиком, можно показать зависимость между диаметром деревьев и местом их в древостое по числу стволов. На графике по оси абсцисс отложены естественные ступени, а по оси ординат – число стволов в процентах по естественным ступеням. Так, число стволов ступени 0,5 равно ступени 0,6–3,5%, суммирование их дает 3,5 + 0,7 = 4,2%. Эта величина отложена по оси ординат для абсцисс 0,65, те. в верхнем конце ступени границами которой являются 0,55 и 0,65. Для ступени 1,0 суммированный процент числа стволов равен 57,0%, для ступени 1,7 – 100%. Наоборот, зная процент числа стволов и располагая масштабом ординаты, опускают перпендикулярна кумуляту, а от нее на ось абсцисс и находят соответствующую ступень толщины. Используя график, можно определить относительные размеры дерева, если знать его место в насаждении например, дерево, отстоящее на 30% от общего числа, начиная от самого тонкого, будет иметь диаметр, равный 0,85 среднего диаметра насаждения, а высота его будет составлять высоты среднего дерева относительный объем равен 0,676 объема среднего дерева.
В результате проведенных проф. А. В. Тюриным исследований закономерностей строения древостоев по ступеням толщины, представляющих большое теоретическое значение, установлено, что процентное распределение деревьев по естественным (относительным) ступеням толщины не зависит ни от древесной породы, ни от бонитета, ни от полноты, а несколько зависит от возраста ив некоторой степени от рубок ухода, в той или иной мере нарушающих закономерность в строении древостоя.
На рис. 59 показаны относительные площади сечений отдельных стволов по естественным ступеням, изображенные в виде диаграммы, а также в виде плавной вогнутой кривой.
Рис. 59. Относительные площади сечения отдельных стволов по естественным ступеням
Рис. 60. Относительные объемы отдельных стволов по естественным ступеням
Аналогичное изображение имеют относительные объемы отдельных стволов по естественным ступеням (рис. 60). Если по оси абсцисс отложить вместо естественных ступеней относительные площади сечений по ступеням, а по ординатам – относительные объемы, то получим линейную зависимость объемов, называемую прямой объемов (Копецкого).
Абсолютные величины на рис. 63 и 64 очень похожи по площади сечения нижний предел 0,25, по объему 0,221; верхний предел по площади сечения и по объему 2,89. Следовательно, объем самого тонкого дерева составляет объема среднего дерева, и наоборот, объем самого толстого дерева в насаждении превышает объем среднего дерева в 2,9 раза.
На рис. 61 дано распределение сумм площадей сечений древостоев в процентах по естественным ступеням, которое также характеризуется кривой нормального распределения. Наибольший процент (18,1%) приходится на среднюю ступень. Доля участия крайних ступеней очень мала (0,2–0,3%).

Распределение запасов древостоя по ступеням толщины характеризуется аналогично (рис. 62). Как видно из табл. 58, различие относительных величин запасов и площадей по естественным ступеням незначительно.
Последовательное суммирование объемов (в числителе) и площадей сечений
(в знаменателе) древостоя по естественным ступеням показано на рис. 67 в виде диаграмм и плавной образной кривой – кумуляты. Различие абсолютных величин объемов и площадей сечений по ступеням также незначительно.
Рис. 61. Распределение сумм площадей сечений насаждений по естественным ступеням в процентах
Рис. 62. Распределение запаса насаждения по естественным ступеням в процентах Рис. 63. Последовательное суммирование объемов и площадей сечений
по естественным ступеням в процентах
Существенно важны соотношения между диаметрами и высотами древостоев по естественным ступеняv.
Если среднюю высоту древостоя принять за единицу, то пределы высот будут низший 0,80 и высший 1,15. В молодых древостоях эти пределы расширяются, а в старых сближаются на 0,05. Зная абсолютную среднюю высоту древостоя и используя относительные высоты деревьев, можно легко вычислить абсолютные высоты по ступеням толщины путем умножения средней на относительные высоты.
На рис. 68 приведены относительные высоты по естественным ступеням толщины. Относительные видовые числа древостоев по естественным ступеням наибольшие для самых тонких и наименьшие для самых толстых ступе- ней.
Изложенные основные закономерности строения древостоев являются теоретической базой для определения важнейшего таксационного признака древо- стоев – его запаса.
Приведенные закономерности характеризуют чистые одновозрастные древостой. В процессе естественного изреживания насаждений всех древесных пород наблюдается переломный возраст, после которого процесс изрежива- ния замедляется. Для хвойных насаждений этот возраст близок к 40–50 го- дам.
Рис. 64. График изменения видовых чисел и высот по естественным ступеням высоты 2 – видовые числа
Строение смешанных древостоев является более сложным, чем чистых. Этому вопросу посвящена работа К. К. Высоцкого. Однако изучение строения молодняков и смешанных древостоев нуждается в дополнительных исследованиях. Также слабо изучено строение разновозрастных древостоев, характерных для больших площадей лесных массивов Севера и таежных ельников.
Достоверные данные поэтому вопросу могут быть получены на пробах со сплошной рубкой деревьев.
Оригинальная работа в этом направлении проведена И. И. Гусевым по исследованию возрастной структуры ельников. В отличие от методики исследований строения одновозрастных насаждений по ступеням толщины автор распределил все срубленные деревья на 30 пробных площадях со сплошной рубкой по естественным (относительным) ступеням возраста, принимаемого за единицу, с амплитудой от 0,3 до Модели строения древостоев по диаметру
В теории строения древостоев одним из главных вопросов является выбор теоретических функций для выравнивания рядов распределения числа деревьев Математическая статистика выдвинула ряд общих условий, предъявляемых к кривым распределения:
1)
кривая распределения должна быть по возможности теоретически обоснована, те. опираться нате или иные стохастические (вероятностные)
схемы, по которым может происходить изучаемое явление;
2)
кривая распределения должна иметь возможно более простое уравнение уравнение кривой должно содержать небольшое число параметров,
числовая фиксация, которых определяет кривую;
4)
кривая распределения должна по возможности сохранить типичные,
характерные черты наблюдаемого явления.
К теоретическим распределениям, используемым для моделирования строения древостоев по диаметру, относятся нормальное, логарифмически- нормальное, гамма- и бета-распределения, обобщенное нормальное распределение, распределения Пуассона, Джонсона, Вейбулла [11, При разработке имитационной модели строения древостоев по диаметру нами были использованы следующие теоретические распределения:
нормальное, бета-распределение, распределение Вейбулла, как наиболее широко используемые в практических задачах.
Опытные распределения по диаметру аппроксимировались функциями теоретических распределений и по хи-квадрат критерию согласия Пирсо- на оценивалось соответствие опытного распределения теоретическому с доверительной вероятностью 0,95. По результатам данной оценки из всех распределений выбиралось лучшее.