Атрощенко_Лесная таксация_doc. Курс лекций Раздел Введение. Таксационные изменения, приборы и инструменты 1 Предмет, задачи и объекты лесной таксации
 Скачать 3.69 Mb.
|
|
Видовые числа и коэффициенты формы, их взаимосвязи и закономерности изменений. Видовые числа древесных стволов, характеризующие соотношения объемов ствола и одномерного цилиндра, давали лишь относительное представление о полнодревесности стволов и не давали представления о их форме, в частности о сбеге. Между тем лесохозяйственная практика нуждалась в разработке методов по характеристике формы древесных стволов, отражающих их сбег. В 1899 г. Шиффель [3] предложил для этой цели принимать соотношения диаметров ствола, измеренных на разных высотах у основания, на 1/4 Н, 1/2 Ни Н к диаметру на 1,3 м. Эти отношения были названы коэффициентами формы 4 / 3 3 3 , 1 2 / 1 2 3 , 1 4 / 1 1 3 , 1 0 0 ; ; ; d d q d d q d d q d d q = = = = Анализируя величины этих коэффициентов и их соотношения, Шиффель установил, что величины q 1 , q 2 , q 3 находятся между собой в определенной, для известной высоты ствола постоянной взаимосвязи, что позволяет по одному из них определять величины двух других. Последующими исследованиями была установлена взаимосвязь коэффициентов формы q 2 с видовыми числами и высотами, выраженная эмпирическими формулами. Простейшую взаимосвязь f и q 2 можно видеть из следующих сопоставлений. Объем ствола по простой формуле срединного сечения равен: H γ = , Объем одномерного цилиндра: H g C 3 , 1 = , где g 1,3 – площадь сечения на высоте 1,3 м. Отсюда видовое число 2 2 3 , 1 где δ – диаметр ствола на половине высоты. Это – приближенная формула Вейзе. Таким образом, видовое число f равно квадрату коэффициента формы q 2 . Следовательно, точность величины f поэтому способу обусловливается точностью определения объема стволов по простой формуле срединного сечения ив отношении отдельных стволов может давать отклонения до ±10%. Если же брать средние величины f для нескольких стволов, то может быть получена удовлетворительная точность. При высоте ствола Нм измерение диаметров на высоте груди (1,3 ми половине высоты (1/2 Н) приходится на одной и той же высоте, следовательно, в этом случае f = При последующем увеличении Н средний q 2 также уменьшается, но по своей абсолютной величине остается больше видового числа, так как f = q 2 2 Графически изменение средних значений видовых чисел f и коэффициента формы по высотам показано на рис. В результате исследования стволов еловых насаждений в разных условиях местопроизрастания изменение средних значений q 2 в зависимости от высот показано в табл. Таким образом, начиная с высоты 12 м, приведенная взаимосвязь = q 2 2 дает вполне удовлетворительные результаты. В 1891 г. Кунце при изучении закономерностей изменения видовых чисел также исходил из отношений диаметров δ и d 1,3 , теина конкретном материале отдельных древесных пород (сосны, ели, бука) и представил формулу Таблица Связь видовых чисел стволов и коэффициентов формы Высоты 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 Среднее q 2 в 0,001 767 733 718 709 703 698 695 693 691 688 Среднее f 0,001 637 565 528 507 493 483 475 469 465 461 458 f = q 2 2 588 537 515 503 494 487 483 480 477 473 Отклонение отв процентах 12,1 2,6 0,8 0,8 0,8 1,6 2,1 2,6 2,6 Н. П. Кобранов продолжил эти исследования в отношении березы и осины, А. В. Тюрин – для черной ольхи и липы. В результате было установлено, что для стволов длиной 15–18 ми более, эта разность С является для отдельных пород величиной постоянной и составляет для сосны – 0,20, ели – 0,21, бука – 0,22–0,23, березы – 0,22, осины – 0,24, черной ольхи – 0,22 и липы – В общем виде формула Кунце имеет вид: C q f − = 2 Как показали исследования профессора А. В. Тюрина формула Кунце дает лучшие результаты по сравнению с формулой. По нашим исследованиям, величина С для отдельных пород составила сосна – ель – 0,219, черная ольха – 0,211, осина – 0,217, дуб – 0,197, ясень – 0,200, кедр – Приведенные значения С получены на значительном экспериментальном материале и отличаются большой устойчивостью по высотам деревьев. Углубленные исследования видовых чисел, коэффициентов формы и зависимости их от древесных породи высот были проведены Шиф- фелем в процессе составления таблиц объемов стволов лиственницы, сосны, пихты и ели. Изучая изменения видовых чисел по высотами коэффициентам формы q 2 , Шиффель пришел к выводу, что кривые изменения видовых чисел выражаются уравнением следующего общего вида где f – видовое число ствола ас некоторые постоянные коэффициенты Н – высота ствола, q 2 – коэффициент формы 2 1 Исходя из анализа экспериментального материала, были установлены цифровые параметры приведенного уравнения и получены для исследованных пород четыре уравнения для вычисления видовых чисел, а именно 2 47 , 0 87 , 0 155 , 0 + + − = – для лиственницы (1905); 2) H q q f 2 2 34 , 0 896 , 0 160 , 0 + + − = – для сосны (1907); 3) H q q f 2 2 36 , 0 88 , 0 150 , 0 + + − = – для пихты (1908); 4) H q q f 2 2 32 , 0 66 , 0 140 , 0 + + + = – для ели (Выполнив в разное время работы по каждой породе и сопоставив значения видовых чисел по приведенным формулам, Шиффель убедился, что влияние древесной породы при одинаковых q 2 , H и d 1,3 на величины видового числа и объема древесных стволов настолько незначительно, что представляется возможным пользоваться любой из приведенных формул. Для всех хвойных пород он рекомендовал в качестве общей формулу, выведенную для ели из имевшегося многочисленного и тщательно обработанного экспериментального материала. Действительно, при Нм и q 2 = 0,70 будем иметь следующие значения видовых чисел для лиственницы – 0,476, для сосны – 0,483, для пихты – 0,483 и ели – Таким образом, для всех хвойных древесных пород видовое число можно вычислить по формуле Шиффеля: H q q f 2 2 2 32 , 0 66 , 0 Анализируя формулы видовых чисел, можно видеть, что величина является функцией двух переменных величин q 2 и Н. При неизменности Ни увеличении q 2 видовое число увеличивается. Наоборот, при одинаковых видовое число находится в обратной зависимости от Н, т. е. уменьшается. Таким образом, имеем соотношения между f, q 2 и Н, ранее установленные по общей формуле видового числа. В 1908 г. Маас в Швеции, анализируя видовые числа стволов сосны и ели в зависимости от Ни, пришел к выводу, что при одинаковых Н и q 2 влияние древесной породы настолько незначительно, что позволило для них составить единую таблицу видовых чисел (табл. Таблица Видовые числа стволов по классам коэффициентов формы Видовые числа по классам коэффициента формы Высотам 16 420 461 502 542 582 18 411 453 494 535 576 20 405 447 488 529 571 22 399 441 483 524 566 24 393 435 478 520 562 26 389 431 474 516 558 28 386 428 471 513 555 30 383 425 468 510 В 1911 г. профессор М. Е. Ткаченко продолжил исследования Шиффеля и Мааса в отношении лиственных породи сформулировал закон формы древесных стволов Стволы хвойных и лиственных пород, как совокупности отдельных стволов, взятых из древостоев, при каких угодно естественноисторических условиях, подчиняются одному и тому же закону формы стволов при равных высотах, диаметрах и коэффициентах формы q 2 стволы всех древесных пород имеют близко равные видовые числа, а следовательно, и близко равные объемы». Рис. 40. График соотношения между высотами Н, коэффициентами формы и видовыми числами Таблица Всеобщие видовые числа Видовые числа при разных коэффициентах формы q 2 — по высотам Вы со- та, м М+т М+т М+т М+т М+т 12 0,438±0,00 99 0,471±0,00 42 0,509±0,00 26 0,550±0,00 52 0,592+0,01 07 14 0,429+0,00 89 0,463±0,00 43 0,503+0,00 38 0,544±0,00 58 0,587+0,01 14 16 0,422±0,00 77 0,457±0,00 37 0,498±0,00 39 0,540±0,00 56 0,584+0,01 23 18 0,417±0,00 67 0,454±0,00 40 0,494±0,00 31 0,537±0,00 54 0,581+0,01 27 20 0,413±0,00 0,450±0,00 0,491±0,00 0,534+0,00 0,579+0,01 61 34 31 52 38 22 0,409±0,00 54 0,447±0,00 32 0,488+0,00 32 0,531+0,00 46 0,576+0,01 39 24 0,406±0,00 48 0,444±0,00 23 0,485+0,00 29 0,529±0,00 49 0,575+0,01 48 26 0,403±0,00 42 0,441±0,00 20 0,483±0,00 32 0,527±0,00 50 0,575±0,01 17 28 0,401 ±0,0044 0,439±0,00 22 0,481±0,00 33 0,527+0,00 48 0,575+0,01 08 30 0,399+0,00 37 0,437±0,00 27 0,480+0,00 35 0,525+0,00 44 0,574+0,01 05 32 0,396±0,00 95 0,436±0,00 28 0,479±0,00 34 0,524 ±0,0044 0,573+0,01 11 34 0,394±0,00 22 0,434±0,00 34 0,477±0,00 40 0,523 ±0,0048 0,562+0,00 64 36 0,393±0,00 22 0,433±0,00 36 0,476+0,00 45 0,522+0,00 48 0,561+0,00 72 38 0,391±0,00 27 0,431±0,00 44 0,475+0,00 48 0,521+0,00 50 0,560+0,00 72 40 0,390±0,00 27 0,430±0,00 48 0,474+0,00 48 0,520+0,00 52 0,560+0,00 Таким образом, М. Е. Ткаченко отрицает влияние условий место- произрастания на видовые числа при наличии одинаковых высот и коэффициентов формы. Основываясь на таких выводах, профессор М. Е. Ткаченко составил таблицу всеобщих видовых чисел в зависимости от высот и коэффициентов формы q 2 (табл. 15), которых ясно видно увеличение видовых чисел с повышением q 2 приданной высоте и, наоборот, при одинаковых q 2 видовые числа уменьшаются по мере увеличения высот Н. Зависимость между f, q 2 и Н в приведенных таблицах наглядно показана на графике (рис. 41), иллюстрирующем линейную зависимость изменения видовых чисел в зависимости отв пределах данной высоты. Средняя форма древесных стволов. Значительная изменчивость формы древесных пород ставит перед теорией и практикой лесной такса- ции вопрос об изучении средней формы. В лесотаксационной литературе среднюю форму стволов обычно выражают через средний коэффициент формы По исследованиям В. К. Захарова коэффициентов формы q 2 крупномерных стволов дубов высоких возрастов (200–280 лет, срубленных в количестве 550 шт. на лесосеках сплошной рубки, распределение по оказалось следующим (табл. Таблица Коэффициенты формы стволов дуба Классы формы Итого Число стволов 15 35 80 125 154 81 42 15 550 В процентах 2,7 6,4 14,6 22,4 28,0 14,4 7,6 2,7 Средний коэффициент формы 0,676 ± 0,0034, σ= ± 0,079 ± 0,0024, ν = 11,8%, Р = где σ – среднеквадратическое отклонение коэффициент варьирования и Р – точность исследования. Анализируя приведенный характер варьирования формы стволов дуба, В. К. Захаров в 1929 г. впервые установил закономерный характер распределения числа стволов каждого однородного древостоя как в целом, таки по ступеням толщины, графически выражаемый кривой нормального распределения Гаусса-Лапласа. Указанная закономерность в отношении стволов черной ольхи была подтверждена в 1930 г. Ф. П. Моисеенко, для других древесных пород. В настоящее время приведенная закономерность является теоретической основой для таксации древостоев по средней форме стволов отдельных пород. По исследованиям различных авторов, установлены средние величины для главнейших пород березы – 0,65, сосны – 0,67, дуба – 0,68– 0,69, ели, осины, черной ольхи, пихты – Если в формулу Шиффеля для видового числа 66 , 0 14 , 0 вместо q 2 подставить для данной породы абсолютную величину среднего q 2 , то формула приобретает вид: H b a f + = Следовательно, видовое число при этом будет зависеть от Н, игнорируя изменение q 2 по высотам. Для каждой породы могут быть получены свои значения параметров аи, например, для сосны Приведенные средние q 2 по породам могут дать лишь самое общее представление о средней форме, так как в свою очередь среднее q 2 также зависит от высоты ствола, как это было указано выше. По исследованиям В. К. Захарова, на многочисленном материале обмеренных стволов) связь средних значений q 2 с высотами стволов уели характеризуется следующими цифрами: Таблица Высоты 9 12 15 18 21 24 27 Среднее в 0,001 767 733 718 709 703 698 695 693 Таблица Коэффициенты формы стволов дуба Коэффициенты формы q 2 в зависимости от разрядов высот Древостоев I II III IV V Ступени толщины, см в коре без коры в коре без коры в коре без коры в коре без коры в коре без коры 28 65 71 65 71 67 73 68 74 70 77 40 64 71 65 71 71 68 68 74 68 АС. Матвеев-Мотин в статье О таксации леса на корне ив заготовленном виде (труды ЦНИИМЭ, 1956 г) приводит наглядную иллюстрацию влияния высот на средний коэффициент формы q 2 по материалам таблиц Союзлеспрома объема стволов сосны по разрядам высот (табл. Таким образом, характеризуя среднюю форму стволов отдельных хвойных древесных пород через q 2 , необходимо дополнительно указывать и на отвечающую ей среднюю высоту Н, что не всегда возможно. В отношении лиственных пород имеются и другие суждения. Так, например, профессор А. В. Тюрин при составлении таблиц объема и сбега стволов березы и осины не установил тесной связи между q 2 и Н. Ф. П. Моисеенко и В. Д. Арещенко по опытным материалам для составления объемных таблиц и таблиц хода роста граба, бука, липы, осины выявили слабую корреляционную зависимость между коэффициентами формы q 2 и q 1 и отсутствие корреляционной связи между q 2 , q 2/3 и q 3 и высотой деревьев, что можно объяснить большим развитием крон лиственных деревьев, повлиявшим на правильность формы стволов. Согласно исследованиям В. К. Захарова формы семи древесных пород березы, дуба, ясеня, сосны, ольхи черной и ели составлена табл. 24, где приведена характеристика средней формы этих пород в относительных величинах по относительным высотам. Породы размещены по возрастающей полнодревесности. При высоте ствола в 13 м приведенные в табл. 24 средние проценты сбега на 0,5 Н одновременно являются и средними коэффициентами формы q 2 по породам. Выводы о единстве средней формы отдельных древесных пород находят подтверждение ив работах других исследователей, например, профессора Д. И. Товстолеса. Сопоставляя составленные таблицы объема и сбега стволов сосны по материалам Европейской части СССР с ранее составленными им местными таблицами Боярского лесничества Киевской области и обнаружив полное их совпадение, профессор Д. И. Товстолес пришел к выводу, что совпадение объемов всеобщих таблиц с местными доказывает единство строения сосновых лесов от крайнего севера до крайнего юга СССР, их близко равную полнодревесность в пределах одного итого же бонитета и, следовательно, полную возможность пользования всеобщими таблицами для таксации сосновых насаждений, не уклоняющихся резко от этой средней полнодревесности. Таблица Относительный сбег древесных пород по относительным высотам Относительный сбег в процентах от диаметра на 0,10 Относительные высоты береза дуб ясень сосна ольха черная осина ель 0 185,7±1,8 5 169,4±1,4 0 162,3±1,4 7 140,9±0,6 1 169,9±2, 5 147,9 ± 1,03 165,9±1,1 0 0,10 100 100 100 100 100 100 100 0,20 89,5±0,36 92,2±0,23 91,3±0,32 91,6±0,15 92,5±0,2 6 93,5±0,26 95,0±0,20 0,30 82,3±0,41 83,6±0,30 83,5±0,37 84,4±0,22 85,5±0,3 0 87,4±0,28 89,2±0,24 0,40 75,0±0,37 76,4±0,40 77,1±0,40 78,3±0,22 79,7±0,4 0 81,8±0,37 83,7±0,29 0,50 65,9±0,45 67,2±0,48 69,8±0,48 71,8±0,24 72,6±0,3 7 75,4±0,42 76,2±0,34 0,60 55,5±0,43 55,6±0,49 60,0±0,54 64,6±0,24 63,2±0,3 6 66,5±0,50 66,9±0,43 0,70 42,3±0,44 40,9±0,57 46,4±0,57 55,4±0,26 51,6±0,3 9 54,3±0,61 56,4±0,48 0,80 26,4±0,47 26,3±0,44 30,0±0,57 43,3±0,29 34,7±0,4 3 36,5±0,73 42,3±0,53 0,90 12,2±0,36 12,0±0,22 12,8±0,30 25,0±0,31 17,0±0,3 8 21,1±0,62 28,3±0,48 1,00 0 0 0 0 0 0 0 2.3 Таксация растущих деревьев. Таблицы объема и сбега стволов Определение объема ствола растущих деревьев Если в общей формуле объема растущего дерева Hf d gHf 4 π 2 = = допустить, что произведение, что справедливо при Н = 25 ми, тов этом случае формула примет вид 2 10 π 40 Но так как диаметры измеряются в см, те. в 0,01 м, томи объем ствола выразится такте. нужно измерить диаметр на высоте 1,3 м в см, возвести его в квадрат ив произведении отделить справа налево три десятичных знака; в результате получаем объем ствола в м 3 Пример: d 1,3 = 30 см, υ = 0,001·302 = 0,9 м 3 По исследованиям Денцина, предложившего эту формулу, она верна в отношении стволов сосны, имеющих высоту 30 мели и дубам. На каждый лишний или недостающий метр высоты ствола надо вносить поправку в полученный по формуле объем для сосны – ±3%, ели – ±3-4% и дуба – ±5%. Приведенная формула не дает высокой точности и может быть использована лишь для приближенной глазомерной оценки объема ствола. Стремясь к уточнению приближенных формул, Н. Н. Дементьев предложил формулу, включающую помимо d 1,3 также и высоту ствола. Установив, что при q 2 = 0,65 видовое число f может быть принято равным, он подставил эту величину в общую формулу объема растущего ствола: gHf = и получил 333 , 0 4 425 , 0 14 , 3 425 , 0 4 π 2 2 2 Для стволов, имеющих иные q 2 в формулу вносится поправка к высоте ствола, тогда формула приобретает такой вид На каждые 0,05 q 2 следует прибавлять или убавлять 3 м. Так, для стволов, у которых q 2 = 0,70, поправкам при q 2 = 0,75 поправками т.д.; при q 2 = 0,60 поправкам. Сопоставление объемов, полученных по формуле, сданными объемных таблиц дало близкое совпаде- ние. Профессор Б. А. Шустов предложил формулу объема древесного ствола, выведенную из отношений q 2 : f, которые, по его исследованиям, носят константный характер для сосны – q 2 : f = 1,468; для дуба – q 2 : f = 1,476; поданным В. К. Захарова для ели – q 2 : f = Исходя из этих соотношений, получена формула объема потрем измерениями Н на основе следующих выводов имеем f = l,468, или 468 , 1 : цил. ств. 3 , 1 2 / 1 = С d d , или 468 , 1 4 : 2 ств. 3 , 1 Решая пропорцию, получаем значение υ: H d d d H d d 3 , 1 2 / 1 3 , 1 2 2 / 1 534 , 0 468 , 1 Таким образом, в окончательном виде имеем 2 / 1 Пример соснам см; Н = 23 м = 0,534·0,20·0,14·23 = 0,342 м 3 По таблицам Союзлеспрома объем такого стволам Видовые числа стволов хорошо используются при составлении таблиц объемов древесных стволов, таксации растущих деревьев в насаждении. а б в h g, м 2 Рис. 41 Полнодоевесность стволов а – полнодревесный, б – средней полнодревесности, в – сбежистый Древесные стволы могут быть различной полнодревесности: полно- древесные, средней полнодревесности и сбежистые (рис. 41). Полнодревесные стволы наблюдаются в дубравах и ельниках кисличных и снытьевых с полнотой 0,8 и выше, в эталонных сосновых насаждениях Беловежской пущи. В возрасте 100 лет при высоте дерева 35–40 метров и диаметре 80–100 см такие полнодревесные стволы ели или дуба могут иметь объем 2–3 куб. метра древесины. Полнодревесные стволы имеют высокие значения видовых чисел (f = 0,700 – 0,800). Сбежистый ствол формируется в низкополнотных древостоях, на открытых местах. При одной и той же высоте ствола, близком диаметре объем сбежистого ствола будет в 2 раза меньше. Таблицы объемов стволов по диаметру и высоте составлены для стволов средней формы (полнодревесности), поэтому для полнодревесных стволов они будут занижать запасы древостоев на 10–15%, а для сбежистых стволов завышать запасы древостоев. Это необходимо учитывать при таксации эталонных и низкополнотных (полнота 0,4–0,5) древостоев. Ф. П. Моисеенко детально изучил форму древесных стволов по их коэффициентам формы. Он показал, что распределение числа деревьев в древостое по коэффициенту формы q 2 близко к нормальному распределению. |