Атрощенко_Лесная таксация_doc. Курс лекций Раздел Введение. Таксационные изменения, приборы и инструменты 1 Предмет, задачи и объекты лесной таксации
 Скачать 3.69 Mb.
|
|
насаждения. В природных условиях преобладают среднеполнотные, так называемые модальные, насаждения полнотой, наиболее представленной на площади крупных лесных массивов. Исследованию хода роста модальных насаждений посвящен ряд работ, преимущественно выполненных в порядке диссертации. Методика составления таких таблиц различна 1) в качестве объекта в натуре подбирают насаждения средних полнот, наиболее всего представленных в данном лесном массиве, в котором закладывают пробные площади обработка собранных экспериментальных материалов проводится одним из рассмотренных методов 2) в основу методики сбора материалов и его обработки положен статистический метод исходные данные берут из материала лесоустройства – таксационная характеристика всех выделов исследуемой породы на площадях отдельных лесхозов, областей или их объединений в крупных районах. Примером первого типа таблиц могут быть таблицы хода роста сосновых насаждений БССР при полноте 0,85, составленные в 1928 г. ФА. Михне- вичем. Ф. А. Михневичем под руководством проф. В. К. Захарова, которые широко использовались в процессе лесоустроительных работ в БССР. Проф. В. К. Захаровым составлены аналогичные таблицы хода роста и товарности сосновых насаждений I и II бонитетов для Беловежской Пущи при средней полноте 0,7 для возрастов от 90 до 240 лет (журн. Лесное хозяйство. Обработка собранных материалов в виде многочисленных пробных площадей проводилась с использованием линейных уравнений, характеризующих изменение основных таксационных признаков насаждений от возраста. Примером таблиц хода роста модальных насаждений, составленных по статистическому методу, могут быть Исследования хода роста наиболее распространенных сосновых насаждений Владимирской области, автор АН. Поляков, и Изучение хода роста модальных сосновых насаждений и установление их возраста спелости (по Центральным районам европейской части СССР, автор Цзянь-И-Инь. Оба автора сделали выписки из лесоустроительных отчетов для указанных областей с таксационными характеристиками сосновых насаждений по бонитетам, классам возраста, полнотам, запасами другим таксационным признакам. Указанный материал обрабатывался методом математической статистики с получением средних величин, сглаженных посредством линейных уравнений. Дополнительно закладывали пробные площади и брали модельные деревья для анализов хода роста. Эти материалы использовали для корректирования результатов глазомерной таксации насаждений в процессе лесоустройства В результате было установлено, что полнота насаждений постепенно падает по мере увеличения возраста, например по Владимирской области получены следующие данные: Класс возраста I II III IV V VI VII Среднее Полнота 0,75 0,73 0,70 0,66 0,62 0,54 0,56 По сглаженным средним величинам основных таксационных признаков древостоев были составлены таблицы хода роста модальных насаждений по общепринятой их форме. Авторы работ пришли к заключению, что при изучении хода роста насаждений можно использовать материалы лесоустройства (таксационное описание выделов) и принадлежащей их обработке статистическим методом получить с достаточной точностью таблицы хода роста. К настоящему времени опубликованы общие и местные таблицы хода роста насаждений) Таблицы хода роста нормальных насаждений, составление для полноты. Они показывают ход роста полных насаждений, незатронутых хозяйственной деятельностью. Применяются для составления нормативных таблиц сумм площадей сечений и запасов насаждений при полноте 1,0. 2) Таблицы хода роста эталонных насаждений как эталон природы. Эти таблицы могут показывать запасы древостоев более высокие, чем в таблицах хода роста нормальных насаждений. Это – максимальные запасы и суммы площадей сечений древостоев. 3) Таблицы продуктивности модальных насаждений, отражающие запасы, диаметры, высоты и другие таксационные показатели насаждений, средних для данного лесотаксационного района) Таблицы хода роста и производительности насаждений, пройденных различными режимами рубок ухода. В Беларуси составлены местные таблицы хода роста нормальных сосновых и еловых древостоев по классам бонитета (В. С. Мирошников, О. А. Труль), сосновых, еловых и березовых насаждений по типам лесам (В. Е. Ермаков), березовых насаждений (О. А. Атрощенко), дубовых насаждений (Ф. П. Моисеенко), черно-ольховых насаждений (И. Д. Юркевич) и другие В. Ф. Багинским составлены таблицы хода роста нормальных насаждений для основных лесообразующих породи продуктивности модальных насаждений [28]. В. Ф. Багинский составил таблицы продуктивности сосновых насаждений по типам леса, О. А. Атрощенко разработал таблицы производительности сосновых насаждений по уровням производительности и режимам ухода Продуктивность модальных насаждений Разработка методов составления таблиц хода роста насаждений на основе использования значительного опытного материала, подвергнутого углубленной научной обработке, позволила установить ряд дополнительных закономерностей входе роста и развития чистых одновозрастных (нормальных) насаждений. Выявленные закономерности, будучи выражены эмпирическими формулами и графическими построениями, создали прочную научную базу для методики обработки экспериментальных данных. Особое значение в этом отношении приобретают закономерности, выражающие линейную зависимость отдельных таксационных признаков насаждений сих возрастом и высотой. Линейные зависимости облегчают контроль качества собранного опытного материала, а также его научную обработку. Рассмотрим главнейшие из них. Сглаживание кривых хода роста в высоту для второго периода (также и по другим таксационным признакам – диаметру d, сумме площадей сечений, запасу M до известного периода) может быть проведено с использованием линейной зависимости этих признаков от возраста, высоты или сочетаний перечисленных признаков, что в общем виде может быть выражено следующими формулами, позволяющими выражать криволинейные зависимости линейными: b aA AT y + = = ; b aH HT y + = = , где AT – произведение возраста древостоев насаждений A на абсолютную величину их таксационных признаков Т высоты, среднего диаметра, видового числа, и, наконец, суммы площадей сечений G и запаса насаждений в отношении двух последних признаков линейная зависимость наблюдается лишь до наступления периода распада насаждения. В уравнении приводится линейная зависимость таксационных показателей от высоты насаждений. Сглаженные значения Т получаются путем деления обеих частей уравнения на А или на Н. В результате получаем уравнения гиперболы T b a T + = ; H b a T + = Теоретическое обоснование рассмотренных линейных зависимостей между таксационными признаками насаждений дано в научных трудах зарубежных и отечественных ученых В. Вейзе, А. Эйхгорна, Е. Гергардта, А. Шиффеля, Н. В. Третьякова, А. В. Тюрина и др. Необходимо отметить углубленную теоретическую проработку и практическое использование линейных закономерностей проф. Н. В. Третьяковым, положенных в основу разработанной им методики составления таблиц хода роста насаждений. В. Вейзе при составлении таблиц хода роста для насаждений одного итого же хода развития установил, что видовые высоты Hf изменяются пропорционально высотам насаждений это можно выразить уравнением = aH + b. А. Эйхгорн (1904) пришел к выводу, что запас нормального насаждения независимо от возраста и бонитета есть функция средней высоты насаждения он может быть выражен линейным уравнением = aH + Е. Гергардт (1909) на материалах 17 опытных таблиц хода роста проверил это положение и практически использовал при составлении общих таблиц хода роста, сформулировав дополнительно линейную зависимость запасов насаждений от произведений GH. Запас господствующей части насаждения одной и той же породы есть функция GH (те. объемы цилиндров) и не зависит от возраста и бонитета = a(GH) + Е. Гергардт более определенно сформулировал выводы Эйхгорна о связи запасов насаждений со средними их высотами, а именно запас нормальных насаждений, воспитанных при одинаковом режиме рубок ухода, независимо от возраста и бонитета, начиная с известной высоты, следует за изменением средней высоты насаждения. В математической формулировке запас насаждения есть функция средней его высоты, те. На графике изменение запаса выражено прямой линией. Из вышеприведенного уравнения Hf = aH + b можно получить, помимо сглаженного значения Н, сглаженное значение те. среднее видовое число для данной породы и средней высоты является величиной постоянной и не зависит от бонитета. Далее, исходя из функциональной зависимости запасов от средних высот V = GHf, из приведенной связи видовых чисел с высотами логически вытекает вывод, что одинаковым запасам отвечают и одинаковые суммы площадей сечений насаждений вне зависимости от бонитета и возраста. Этот вывод находит подтверждение в таблицах хода роста насаждений, составленных Е. Гергардтом, а также А. В. Тюриным (табл. Данные, приведенные в табл. 111, иллюстрируют два положения функциональную зависимость запасов насаждений от средних высот и 2) зависимость запасов от суммы площадей сечений, те. равным запасам соответствуют одинаковые суммы площадей сечений насаждений. Таблица Таблицы хода роста по Гергардту и Тюрину Таблицы хода роста по сосне (согласно Гергардту) Таблицы хода роста по березе (согласно А. В. Тюрину) Бонитет возраст средняя Н Σ G, м 2 запас, м 3 возраст средняя Н Σ G, м 2 запас, м 3 I 40 17,3 33,0 300 40 19,0 24,9 212 II 50 17,3 33,0 301 50 19,0 24,47 213 III 70 17,9 33,2 310 70 19,2 25,0 215 IV 100 17,1 32,8 297 – – – – Под руководством проф. Н. В. Третьякова разработан метод составления таблиц хода роста насаждений, известный под названием метода ЦНИ- ИЛХ, основанный на закономерностях в строении насаждений, установленных как отечественными авторами (проф. Н. В. Третьяковым), таки зару- бежными. В результате анализа имеющихся таблиц хода роста и дальнейшего изучения зависимостей между возрастом насаждений и главнейшими таксационными признаками насаждений использованы линейные зависимости между ними, выраженные уравнением общего вида АТ = аА + где А – возраст насаждений Т – таксационные признаки насаждений; а и b – параметры уравнения. Использована также линейная зависимость q 2 от высоты насаждения, выраженная уравнением aH + Для составления таблиц хода роста насаждений по методу ЦНИИЛХ требуется собрать достаточно однородный материал по исследуемым насаждениям разных классов возраста, представленный не менее 10–12 пробными площадями для одного типа леса при охвате возрастов до 150–160 лет. Насаждения должны быть звеньями одного естественного ряда, одновозрастные и чистые по составу. Основным признаком принадлежности насаждений к одному естественному ряду является общность типа леса. Приведенные линейные зависимости таксационных признаков насаждений от возраста могут быть использованы начиная лишь с некоторой средней высоты (не менее 12–14 м. Для начального периода роста насаждений они не применимы. Конкретное использование рассмотренных линейных уравнений проф. Н. В. Третьяков сводит в единый комплекс и считает его одним из способов составления опытных таблиц хода роста насаждений. Для каждой категории насаждений, представляющих один естественный ряди различающихся лишь возрастом, закладывают 10–12 пробных площадей. По материалам обработки обмеров строят график высот и диаметров по возрастам, откладывая по оси абсцисс возраст А, а по ординатам – АН ив отношении формы древостоя – произведение Hq 2 в зависимости от высоты H. Об однородности взятых объектов судят по степени приближения вершин ординат АН, Ad, к прямой линии и по возрастам. Пробные площади, для которых ординаты приведенных произведений отклоняются от средней прямой более 10% по высоте, на 15% по диаметру и на 6% по q 2 , исключаются из материала. Таким образом, на основе графических построений (по мнению проф. Н. В. Третьякова) судят о правильности выбора объектов исследования. Приведенные предельные нормы отклонений являются средними значениями коэффициентов варьирования перечисленных таксационных признаков в рамках взятых объектов, и, по мнению автора, их необходимо признать заниженными, как не обеспечивающими требуемой однородности ма- териала. Сглаживание числа стволов по возрастам производится общепринятым способом через предварительно сглаженные средние диаметры d и суммы площадей сечений G по формуле = G : где g – площадь сечения среднего дерева диаметром d. Формула (пригодна для всех периодов роста насаждения. Проф. Н. В. Третьяков предлагает для этой цели 1) формулу Каянуса NA 2 = aA + b для вычислений N до момента распада насаждения 2) формулу Третьякова N=algA + b для использования после начала разрушений насаж- дения. Обе формулы усложняют расчеты N без особой в этом необходимости, хотя и характеризуют общий характер изменений числа стволов насаждения в зависимости от возраста. Такова вкратце сущность метода ЦНИИЛХ. Недостатком метода ЦНИИЛХ нужно признать то, что он не учитывает анализ хода роста, модельных деревьев пои для подтверждения принадлежности насаждений к одному естественному ряду. Проф. П. В. Воропанов рекомендует подбирать естественный ряд насаждений с учетом, что сумма площадей сечений G и запас М являются производными от числа стволов N, средней площади сечения g и среднего объема ствола v; следовательно, g) и M=f(N, поэтому нельзя вычислять число стволов N по формуле N = G : Наблюдаемая линейная зависимость таксационных признаков насаждений начиная от высоты 14 ми более оставляет без рассмотрения ход роста молодняков, занимающих в отдельных районах значительные площади. Заключительным вопросом исследования хода роста является определение общей производительности насаждений, под которым понимается суммирование запаса насаждения в данном возрасте с общим объемом отпада древесины с момента создания насаждения до возраста насаждения к моменту исследования. Общая производительность характеризует, таким образом, суммарную урожайность единицы лесной площади завесь период от появления данного древостоя насаждения до момента исследования. Динамика отпада деревьев в насаждениях представляет сложный процесс, раскрыть который можно лишь путем систематических учетов отпада на постоянных пробных площадях на протяжении длительных периодов. Такой способ находит применение лишь в порядке длительных научных иссле- дований. При однократных обмерах временных пробных площадей величину отпада можно получить с некоторым приближением, используя соотношения таксационных признаков отпада, главным образом среднего диаметра ивы- соты. Число стволов отпада о получается как разность числа стволов за исследуемый период времени, те. о а а Величину отпада по объему можно получить как произведение объема среднего дерева отпада на число деревьев, те. о = vN о Но так как объем среднего дерева отпада v = ghf, задача сводится к установлению абсолютных величин g, h, В специальной литературе опубликован ряд работ по методам исследования величины отпадав частности по относительным величинам средних и h отпадав сопоставлении с аналогичными величинами остающейся на корню частью насаждения. По результатам летних наблюдений на постоянных пробных площадях в лесной опытной даче Тимирязевской сельскохозяйственной академии, представленных главным образом культурами сосны с небольшой примесью других пород (до 0,2), проф. ИМ. Науменко установил следующую зависимость среднего диаметра отпада от среднего диаметра основного насаждения в процентах по возрастам: Период роста 30 40 50 60 70 80 90 10 Относительный диаметр отпада 48 56 63 70 76 81 84 87 Зависимость между относительной величиной диаметра и возраста выражается коэффициентом корреляции, равным 0,73±0,046. С увеличением возраста средний диаметр отпада приближается к среднему диаметру насаждения на корню. Интересные данные поэтому вопросу получил проф. ИМ. Науменко, который подверг дополнительной обработке основные материалы проф. Шваппаха (1908 г) по составлению таблиц хода роста сосновых насаждений Германии на основе многократных обмеров 144 пробных площадей. При этом были вычислены относительные величины (табл. 94) диаметров, высот и объемов выбираемой части древостоя. Таблица Зависимость диаметров, высот и объемов от возраста древостоя Период роста в годах, % от оставляемой части Элементы выбираемой части 60 80 100 120 140 Средние: Диаметры 68 71 76 82 90 100 Высоты 89 92 93 94 95 Объемы 48 58 64 75 Наблюдается прямая зависимость относительных величин с возрастом, при этом можно отметить, что к возрасту 140 лет, тек началу распада насаждения, из его состава выпадают деревья основного яруса. Проф. ИМ. Науменко, анализируя величину отпада по таблицам хода роста насаждений, считает, что в состав отпада входят не только деревья подчиненного яруса, но и толстомерные деревья господствующей части. Обычно принятое в опытных таблицах вычисление отпада из числа угнетенных деревьев приводит к преуменьшению этой величины, а следовательно, к преуменьшению текущего прироста насаждений Общая математическая модель временного ряда хода роста древостоев может быть представленав в виде У(t) = V(t) + где V(t) – детерминированная компонента U t – случайная составляющая. Детерминированную компоненту, или систематическую составляющую, можно рассматривать как некоторую лесорастительную норму, выявляющуюся в исследованиях массовых процессов роста насаждений. Это оптимальная лесорастительная норма роста по высоте, диаметру, запасу и т. д., к которой стремится древостой в данных лесорастительных условиях. Случайная составляющая U t , подчиняющаяся некоторому вероятностному закону распределения, представляет колебания (отклонения) в росте вокруг лесорастительной нормы. Эти отклонения возникают в условиях произрастания отдельных насаждений, различий в биологической конкуренции деревьев в древостое, влияния окружающих объектов, ошибок измерений и т. д. В принципе при повторении ситуации целиком функция V(t) должна была бы оставаться одной и той же (при одинаковых условиях, а случайные составляющие оказались бы различными как разные реализации случайного процесса роста леса. Существующие таблицы хода роста насаждений представляют собой модели, в которых влияние возраста древостоев проявляется только в детерминированной) составляющей стой или иной степенью надежности и достоверности. Это – классическая ситуация регрессионных моделей, где предполагается, что течение времени никак не отражается на случайной составляющей, те. предполагается, что математическое ожидание (среднее значение) случайной составляющей тождественно равно нулю, дисперсия равна некоторой постоянной величине, а значения U t в различные моменты времени некоррелированы. Такое определение приводит к тому, что всякую зависимость от времени приходится включать в систематическую составляющую. Регрессия (линейная или криволинейная) обычно может быть использована для аналитического выравнивания опытных данных, однако использовать ее для экстраполяции или прогноза роста древостоев следует весьма осторожно, так как вопрос о качестве приближения систематической составляющей данной регрессией не может быть решен исходя лишь из значений, полученных в результате наблюдений. Наконец, мы проводим исследования в условиях так называемого пассивного эксперимента, где эксперимент ведет природа (древостой растет под влиянием факторов окружающей среды) с учетом хозяйственной деятельности человека. Это обстоятельство объясняет одну из причин низкой работоспособности регрессионных моделей, полученных в условиях пассивного эксперимента при сильной корреляции входных переменных и искажениях в оценках коэффициентов регрессии, 9, Для математического описания детерминированной составляющей, или тренда, временного ряда роста древостоев V(t) применяются различные функции (К. Е. Никитин, 1963; Л. Странд, 1964; М. Продан, Н. Н. Свалов, 1974; Я. А. Юдицкий, 1982). Это – параболы 2–3 порядков уравнения типа Корсуня, модель логарифмического типа Бакмана и т. д. М. Продан (1965) и Е. Ассман (1970) указывают два основных признака кривых роста деревьев и древостоев: 1) кривые роста являются асимптотическими, те. при неограниченном увеличении возраста кривые имеют асимптоту – прямую, параллельную оси абсцисс) текущий прирост кривой роста возрастает и достигает максимума в точке перегиба кривой, а затем уменьшается и медленно падает до нуля, т. е. до полного распада кривой. Максимум прироста варьирует от древесной породы и условий произрастания. Если эти принципы процесса роста насаждений удовлетворяются математической моделью, то такая модель вполне подходит для моделирования производительности древостоев. |