CC BY
13
УДК 630*181.64: 630*52
Хвойные бореальной зоны. 2018. Т. XXXVI, № 3. С. 227-232
ФОРМА ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ДЕРЕВЬЕВ ЛИСТВЕННИЦЫ СИБИРСКОЙ (Larix sibirica L.)
С УЧЕТОМ РЕЛЬЕФА МЕСТНОСТИ В УСЛОВИЯХ ЮЖНОЙ СИБИРИ
А. А. Вайс, Д. Н. Деревянных
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Форма поперечного сечения дерева, особенно на высоте 1,3 м, имеет важное значение для определения объема дерева, а для насаждения - запаса. В связи с этим изучение формы поперечного сечения стволов с учетом различных экологических факторов остаётся актуальной задачей различных научных дисциплин и, прежде всего лесной таксации. Исследована форма деревьев лиственницы сибирской, расположенных на различных экспозициях склона с последующей оценкой влияния сторон света на форму ствола.
Объектом исследования являлись деревья лиственницы сибирской (Larix sibirica L.), произрастаюшие в чистых лиственничных насаждениях Ермаковского района Красноярского края. Пробные площади размещались на высотах 640-700 м над уровнем моря. На склонах различной крутизны (ровная поверхность - 20°) и экспозиции (З, В, С).
В настоящее время малоизученным остаётся вопрос, связанный с изучением факторов влияющих на форму поперечного сечения растущего дерева. Различие диаметров на высоте 1,3 м, измеренных по сторонам света, не превысило 1,5 см. Однако в одном направлении наблюдалась на всех типах склонов (тёплых и холодных) максимальная средняя величина диаметра в коре. Форме круга соответствовало не более 5 % деревьев лиственницы сибирской. Около 85 % всех стволов характеризовалось эллипсовидной формой сечения на высоте 1,3 метра. Неправильный контур имело около 10 % древесных растений. Сравнение площадей сечений, рассчитанных по формуле круга и эллипса, показало, что максимальная величина расхождения не превысила 5 %, т. е. формула круга, достаточно адекватно отражает площадь поперечного сечения. Оптимальным числом измерений поперечника на высоте 1,3 метра является два взаимоперпендикулярных замера. Использование замеров двух диаметров позволяет снизить величину погрешности запаса для данных насаждений с 10 до 1 м3.
Ключевые слова: форма поперечного сечения дерева, лиственница сибирская, экспозиция склона, запас.
Conifers of the boreal area. 2018, Vol. XXXVI, No. 3, P. 227-232
CROSSCUT END SHAPE OF SIBERIAN LARCH (Larix sibirica L.) TAKING LENGTH OF GROUND IN THE SOUTH SIBERIA CONDITION INTO ACCOUNT
A. A. Vais, D. N. Dereviannjch
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: [email protected]
The crosscut end shape of a tree, especially at the height of 1,3 m, is important for scoping of a tree, and growing stock for planting. In this regard The Crosscut end shape of trunks studying taking into account various ecological factors remains an actual problem of various scientific disciplines and, the first of all to the dendrometry. In this article the larch Siberian trees form, located on various direction of slope with the subsequent assessment of cardinal direction influence on a trunk form was investigated.
Target of research were trees of a larch Siberian (Larix sibirica L.), growing in the pure larch stands of Yermakovsky Region of Krasnoyarsk Area. The sampling areas were at the heights of 640-700 m above sea level, on the slopes of various steepness (an equal surface - 20°) and directions (З, IN, C).
The question connected with studying of the factors influencing a crosscut end shape of the growing tree is low-studied now days. Diversity of diameters at the height of 1,3 m measured of cardinal direction didn't exceed 1,5 cm. However in one direction the maximum average size of diameter inside bark was observed at all types of slopes (warm and cold). To a form of a circle there corresponded no more than 5 % of larch Siberian trees. About 85 % of all trunks were characterized by an ellipse form of section at the height of 1,3 meters. About 10 % of wood plants had the improper contour. Comparison of basal areas calculated on a formula of a circle and an ellipse showed that the maximum size of a divergence didn't exceed 5 %, that is the circle formula, rather adequately reflects crosscut end
area. Optimum measurements number of diameter at the height of 1,3 meters are two co-perpendicular measurements. Measurements of two diameters allow to reduce growing stock error size for these stands from 10 to 1 m3.
Keywords: tree crosscut end shape, Siberian larch (Larix sibirica L.) , direction of slope, growing stock.
ВВЕДЕНИЕ
Форма поперечного сечения дерева, особенно на высоте 1,3 м, имеет важное значение для определения объема дерева, а для насаждения - запаса. В связи с этим изучение формы поперечного сечения стволов с учетом различных экологических факторов остаётся актуальной задачей различных научных дисциплин и, прежде всего лесной таксации. В данной статье была исследована форма деревьев лиственницы сибирской, произрастающих на различных экспозициях склона с последующей оценкой влияния сторон света на форму ствола.
М. М. Орлов [1] в учебнике по лесной таксации указывал на следующие факторы, влияющие на форму поперечного сечения деревьев:
- древесная порода;
- возраст;
- часть дерева, для которого взято сечение;
- условия произрастания.
В основу определения площади поперечных сечений дерева положены две геометрические формулы: эллипс и круг. При этом, безусловно, эллипсовидная форма более характерна для растущих деревьев, но возникает сложность, связанная с фиксацией в процессе измерений максимального и минимального диаметра.
Сравнение площади сечения, вычисленной по формуле эллипса и круга (как среднеарифметическое из максимального и минимального диаметров) показало преувеличение на двойную площадь круга, диаметр которого равняется полуразности данных диаметров [1]. Штитборн [1] установил, что эмпирические формулы завышают площадь сечений от 1,6 до 3,4 %. С. Е. Осетров [2] изучил форму сечений по правилам Симпсона и стереометрическим формулам применительно к сосне, лиственнице и ели. Автор отмечал значительное влияние древесной породы на истинное значение площади, и выявил, что погрешность составляет до 5 %, а в отдельных случаях может достигать до 10 %.
В целом М. М. Орлов [1] свидетельствует, что определение площади сечений по двум взаимно-перпендикулярным диаметрам создаёт погрешность, не превышающую в среднем 2 %. Расчёт площади сечения по одному какому-либо диаметру может сопровождаться расхождениями до 5 %.
Автор отмечал, что удовлетворительные результаты получены при определении площади сечений ствола по двум его взаимно-перпендикулярным диаметрам. При выполнении одного замера рекомендуется измерять поперечник под углом 45° к наибольшей оси сечения ствола.
Очевидно, что помимо указанных выше факторов на форму дерева оказывает влияние толщина коры. Профессор В. Я. Добровлянский [3] установил, что при определении поперечных сечений нижней части ствола по формулам круга и эллипса погрешность исчисления возрастает с увеличением толщины коры.
У деревьев с тонкой корой это преувеличение в среднем равно 1 %, с толстой корой 2-3 %, с очень толстой - 4-5 %. При вычислении площадей окорённых стволов формулы круга и эллипса дают для любого сечения по всей высоте ствола преувеличение на 0,5-1 %.
Форма ствола влияет и на величину радиального прироста. При отборе образцов необходимо учитывать сторону света. В. В. Гончарук, В. П. Дьяченко [4] не выявили влияние местоположения образца применительно к деревьям сосны для определения текущего запаса древостоя. Однако для предотвращения образования систематических погрешностей они рекомендуют выполнять измерения с одной стороны, но последовательно чередуя их по сторонам света. Следует отметить, что авторы, ссылаясь на выводы К. К. Высоцкого, указывали, что максимальное наращивание древесины у стволов в определённых географических широтах происходит с той стороны, сторона света которой является в этом отношении более благоприятной.
Географическое расположение насаждений, а значит и деревьев также оказывает значительное влияние на форму стволов. А. И. Бондарев [5], изучая форму поперечного сечения лиственницы даурской, произрастающей в редкостойных лесах Северной Сибири, выявил 4 типа: округлый, эллипсовидный, яйцевидный и неправильный. Наиболее правильную форму имели стволы в диапазоне от 6 до 10 см. С увеличением диаметра на адекватность описания геометрическими формулами формы поперечного сечения начинает оказывать влияние трещиноватость коры, свойственная лиственнице. Изучение диаметров в зависимости от их пространственной ориентации по сторонам света (С-Ю и З-В) не выявило достоверных различий между обеими группами. Поперечные сечения стволов лиственницы даурской в изучаемом регионе имеют неправильную форму, которая, тем не менее, с достаточной адекватностью (до 5 %) может быть описана формулой эллипса.
Резюмируя вышесказанное, констатируем, что форма ствола в значительной мере определяет величину объёма дерева. Факторы, влияющие на поперечное сечение диаметра растущих деревьев, практически не изучались.
ТЕРРИТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Согласно лесорастительному районированию, разработанного Институтом леса СО РАН им. В. Н. Сукачева, местность относится к Алтае-Саянскому ланд-шафтно-растительному региону в Восточнотувинско-Южно-Забайкальской горной лесорастительной области и к Усинскому округу лесостепных лиственничных и горно-таежных лиственничных и кедровых лесов. Все леса лесничества являются горными.
Климат континентальный. Летние температуры поднимаются выше +45°, зимние могут опускаться
до -48°. Среднее годовое количество осадков около 300-400 мм. Большая часть осадков выпадает в виде снега в осенне-зимний период. Минимальный снежный покров около полуметра, максимальный - превышает 1 м.
В высокогорьях встречаются горно-тундровые и горно-луговые почвы. В зоне альпийских и субальпийских лугов преобладают горно-луговые почвы. В зоне горной тайги почвы разнообразны. Для верхней части горной тайги типичными являются горные мерзлотно-таежные почвы. В средней и нижней части горной тайги распространены горные таежные и дерновые почвы. У этих почв, развивающихся под лесом, кустарниками и травами, хорошо выражен гумусовый горизонт толщиной 15-20 см темно-серого цвета. Здесь же под темнохвойными лесами почвы горноподзолистые. По нижней границе горной тайги проходит полоса горных серых лесных почв, у которых гумусовый горизонт серого цвета прикрыт лесной подстилкой со следами влияния леса (оподзолен-ность) и трав (дерновый процесс). Горные серые лесные почвы при уничтожении леса, используются под пашни, сенокосы, пастбища, подвергаются сильной водной эрозии. Черноземы формируются на участках с более выровненным рельефом. Лугово-черноземные почвы замечают в долинах рек, по логам. Пойменные почвы расположены в основном в поймах рек. Болотистые почвы формируются в заболоченных логах и по заболоченным старицам. По механическому составу преобладают среднесуглинистые, тяжелосуглинистые и глинистые почвы.
В структуре распределения насаждений по группам возраста, в целом лесничеству, спелые и перестойные насаждения занимают 36,4 %, средневозрастные - 31,2 %, приспевающие -22,1 %, молодняки -10,3 % от общей площади.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Объектом исследования являлись деревья лиственницы сибирской (Larix sibirica Ь.), произрастаю-шие в чистых лиственничных насаждениях Ермаков-ского района Красноярского края. Горнотаёжные леса расположены в Западных Саянах. Пробные площади размещались на высотах 640-700 м над уровнем моря. На склонах различной крутизны (ровная поверхность - 20°) и экспозиции (З, В, С).
Основной целью исследования было установление степени влияния рельефа местности на форму поперечного сечения ствола и в целом на вычисляемый запас древостоя. При этом, по мнению ряда исследователей [2; 3; 5], именно погрешность в определении формы поперечного сечения лиственницы оказывает наибольшее влияние на оценку продуктивности насаждений.
Для решения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
- выявить у растущего дерева поперечное сечение по отношению к сторонам света на высоте 1,3 метра с максимальным диаметром;
- установить степень соответствия формы поперечного сечения лиственницы двум геометрическим фигурам: эллипсу и кругу;
- определить закономерности изменения эксцентриситета в зависимости от диаметра деревьев;
- установить оптимальное количество измерений диаметра ствола на высоте 1,3 м;
- оценить влияние экспозиции склона на форму поперечного сечения лиственницы сибирской.
Все измерения проводились на пробных площадях. У растущих деревьев на высоте 1,3 метра выполнены замеры в 4-х направлениях по сторонам света (СЮ, ЗВ, СЗ-ЮВ, ЮЗ-СВ). Общее количество учетных деревьев составило 1000 штук.
Площадь поперечного сечения ствола дерева на высоте 1,3 метра (^.з) определяли по формулам круга и эллипса с учетом числа измерений диаметров по радиусу (й?ь ...):
£,3 = —^- (м2) - формула круга.
13 40 000
= л ^ • ё2 (м2) - формула эллипса.
13 40 000
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ
Изучение формы стволов проводились в лиственничных насаждениях достигших возраста спелости (табл. 1).
Необходимо отметить, что насаждения гомогенны и по своим параметрам различались по произрастанию на различных экспозициях склонов.
Экспозиции склонов были разделены на холодные (северная и западная экспозиции) и тёплые (равнина и восточная экспозиция). В. И. Архипов и др. отмечают, что рельеф определяет как структурные, так и размерные параметры растительности [6].
На первом этапе стояла задача, установить в каком направлении поперечного сечения дерева по отношению к сторонам света наблюдался максимальный диаметр. В результате использования статистического анализа были определены средние параметры диаметров деревьев на высоте 1,3 м по сторонам света. Разница в диаметрах визуально составила не более 1,4 см. Эта величина незначительна, поэтому не требует статистического подтверждения. При этом наиболее благоприятные условия для отложения годичных колец наблюдались в направлении СЗ-ЮВ вне зависимости от типа склона (табл. 2).
Важным вопросом являлось установление геометрического контура формы поперечного сечения ствола на высоте 1,3 метра. Многократные измерения (4 замера на одной линии) позволили определить 4 варианта формы ствола [5]: округлая, яйцевидная, эллипсовидная, неправильная. Подробное описание выделенных типов формы поперечного сечения лиственницы представлено в статье А. И. Бондарева [5]. Дополнительно выявляли неправильную форму. Для этих деревьев разница между противоположенными замерами диаметров составила (СЮ/ЗВ; СЗЮВ/ ЮЗСВ) более 3 см. Результаты представлены в табл. 3.
Истинно округлую форму имело не более 5 % деревьев лиственницы. Неправильным контуром харак-
теризовалось около 10 % стволов. Таким образом, 85 % всех деревьев имели эллипсовидную форму поперечного сечения.
В лесной таксации для вычисления площади поперечного сечения принято использовать формулу круга, поскольку как установлено выше, степень различия не превышает 5%. Для определения этой величины были рассчитаны площади сечений по двум взаи-мо-перпендикулярным диаметрам с использованием формул круга и эллипса. Условным критерием разделения деревьев по форме стала степень различия, которая составила более 0,1 %. С учётом этого на всех участках максимальная величина отличия по площади
Таблица 1
Таксационная характеристика насаждений
сечения не превысила 4,4 % и только около 33,0 % деревьев соответствовали эллипсовидной форме.
Степень растянутости максимальной оси поперечника характеризует эксцентриситет эллипса. Из определения следует, чем больше эксцентриситет, тем выше соответствие эллипсовидной формы. Если Е = 0 форма полностью подобна кругу. Деревья лиственницы сибирской во всех насаждениях имели средний эксцентриситет в диапазоне от 0,238 до 0,288 вне зависимости от направления по сторонам света. Максимальная степень вытянутости не превысила 0,755. С увеличением диаметров эта величина уменьшалась (рис. 1).
Номер Состав Возраст, лет Высота, м Экспозиция, крутизна Высота над уровнем моря Описание подроста
1 10Л 80 22 Равнина 640 9Е1Л (30) 1000 шт./га
2 8Л2Б 100 25 З:20° 680 5Л5Б (30) 1000 шт./га
3 10Л 100 - В:15° 650 5Л5Б (40) 2000 шт./га
4 10Л 80 - С:15° 700 -
Таблица 2
Статистические параметры диаметров деревьев по сторонам света и типам склонов
Тип Экспозиция, Диаметр, см
склона крутизна СЮ ЗВ СЗ-ЮВ ЮЗ-СВ
Тёплый Равнина 32,9±0,48 33,2±0,48 33,5±0,49 32,9±0,47
В:150 34,1±0,48 32,7±0,46 33,1±0,47 33,9±0,49
Холодный З:200 33,6±0,58 33,2±0,48 33,8±0,49 32,9±0,47
С:150 32,6±0,44 33,0±0,46 33,3±0,46 32,7±0,44
Примечание. Х ± тх (X - средний диаметр; тх - ошибка средней величины). Сторона света: СЮ - север-юг; ЗВ - запад-восток; СЗ-ЮВ - северо-запад : юго-восток; ЮЗ-СВ - юго-запад : северо-восток. Лимиты показателей (коэффициент варьирования по диаметру - V = 21,3-26,9 %; точность опыта - Р = 1,3-1,7 %; размах варьирования измеренных диаметров - с1 = 15-117 см).
Таблица 3
Распределение деревьев лиственницы сибирской по типам выделенной формы
Номер Типы формы поперечного сечения
участка округлая яйцевидная эллипсовидная неправильная
% деревьев
1 4,8 32,6 52,4 10,4
2 2,8 27,6 68,8 8,0
3 1,6 36,0 54,4 8,0
4 4,4 31,2 55,6 9,6
а (ЮЗ-СВ)
Зависимость величины эксцентриситета (Э2) от диаметров стволов на высоте 1,3 метра по сторонам света
Сумма площадей сечений деревьев на высоте 1,3 м при разном количестве измерений
Номер Число измерений, шт. Максимальная
участка 1 1 1 | 1 | 2 2 4 разница
DG, м2
1 22,42 22,78 23,30 22,34 22,57 22,80 22,68 0,62
2 22,79 22,78 23,58 22,33 22,75 22,94 22,84 0,74
3 23,97 22,03 22,59 23,76 22,97 23,16 23,05 1,02
4 21,89 22,39 22,77 21,88 22,11 22,31 22,20 0,57
Оптимизация числа замеров диаметра позволяет снизить трудоёмкость работ при массовой таксации или научных исследованиях. Как было указано выше, у каждого дерева проводилось 4 замера диаметра. Средняя площадь сечения (вычисление по формуле круга) на основе этих измерений служила контролем. Сравнение производилось по одному и двум замерам. При этом для одного учета отбиралась максимальная разница.
Следует констатировать, что при одном измерении величина максимальной средней погрешности около 8 % при максимальной ошибке до 60 %. Два измерения позволяют в значительной степени снизить погрешность замеров. В этом случае средняя разница не превысила 0,5 %, а у отдельных деревьев может достигать 20 %. Два взаимо-перпендикулярных измерения позволили получить приемлемую величину площади поперечного сечения дерева на высоте 1,3 метра (с допустимой погрешностью). Необходимо отметить, что для совокупности деревьев величина расхождения в значительной степени нивелируется (табл. 4).
Если использовать стандартную формулу для определения запаса насаждения М = Ев • Н • Б, то для Нср = 22-25 м и видового числа по таблице М. Е. Тка-ченко [7] - 0,458. Максимальная потеря запаса составила:
М! = 23 • 1,02 • 0,458 = 10,7 м3.
Эта величина соответствует данным, полученным при одном измерении. При двух замерах максимальная разница не превысила 0,11 м2, что по запасу составило:
М2 = 23 • 0,11 • 0,458 = 1,2 м3.
ВЫВОДЫ
Результаты исследований позволили получить следующие выводы:
В настоящее время малоизученным остаётся вопрос, связанный с исследованием факторов, влияющих на форму поперечного сечения растущего дерева.
Различие диаметров на высоте 1,3 м, измеренных по сторонам света, не превысило 1,5 см. Однако в одном направлении наблюдалась на всех типах склонов (тёплых и холодных) максимальная средняя величина диаметра в коре.
Форме круга соответствовало не более 5% деревьев лиственницы сибирской. Около 85 % всех стволов характеризовалось эллипсовидной формой сечения на высоте 1,3 метра. Неправильный контур имело около 10 % древесных растений.
Сравнение площадей сечений, рассчитанных по формуле круга и эллипса, показало, что максимальная величина расхождения не превысила 5 %, то есть формула круга, достаточно адекватно отражает площадь поперечного сечения.
Оптимальным числом измерений поперечника на высоте 1,3 метра является два взаимоперпендикулярных замера.
Использование замеров двух диаметров позволяет снизить величину погрешности запаса для данных насаждений с 10 до 1 м3.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Орлов М. М. Лесная таксация. 3-е изд. Ленинград : Лесное хоз-во и лесн. пром-ть, 1929. 532 с.
2. Осетров С. Е. К вопросу о способах определения площади сечения // Известия лесного Института. 1911. Вып. 13. С. 15-20.
3. Добровлянский В. Я. К вопросу об определении объема срубленных деревьев // Изв. лесн. ин-та. Вып. 15. 1915. С. 24-30.
4. Дьяченко В. П., Гончарук В. В. Зависимость радиального прироста от места выбора проб на стволе по сторонам света // Научный поиск молодёжи - лесной промышленности края : тез. докл. Краев. конф. (13 мая 1982 г., Красноярск) ; Сиб. технологич. ин-т. Красноярск, 1982. С. 137-139.
5. Бондарев А. И. Форма поперечных сечений стволов в редкостойных лесах Севера Сибири // Лесная таксация и лесоустройство : межвуз. сб. науч. тр. ; КГТА. Красноярск, 1994. С. 45-49.
6. Архипов В. И, Безруков С. В., Кренев И. А. Рельеф: отображение в материалах лесоустройства, воздействие на рентабельность ведения лесного хозяйства, использование при дешифрировании сканер-ных снимков // Лесное хозяйство. 2008. С. 37-38.
7. Лесотаксационный справочник для южно-таёжных лесов Средней Сибири / С. Л. Шевелёв [и др.]. М. : ВНИИЛМ, 2002. 166 с.
REFERENCES
1. Orlov M. M. Lesnaya taksatsiya. 3-e izd. -Leningrad : Lesnoye khoz-vo i lesn. prom-t', 1929. 532 s.
2. Osetrov S. E. K voprosu o sposobakh opredeleniya ploshchadi secheniya // Izvestiya lesnogo Instituta. 1911. Vyp. 13. S. 15-20.
3. Dobrovlyanskiy V. Ya. K voprosu ob opredelenii ob"yema srublennykh derev'yev // Izv. lesn. in-ta. Vyp. 15. 1915. S. 24-30.
4. D'yachenko V. P., Goncharuk V. V. Zavisimost' radial'nogo prirosta ot mesta vybora prob na stvole po storonam sveta // Nauchnyy poisk molodezhi - lesnoy
promyshlennosti kraya : tez. dokl. Krayev. konf. (13 maya 1982 g., Krasnoyarsk) ; Sib. tekhnologich. in-t. Krasnoyarsk, 1982. S. 137-139.
5. Bondarev A. I. Forma poperechnykh secheniy stvolov v redkostoynykh lesakh Severa Sibiri // Lesnaya taksatsiya i lesoustroystvo : mezhvuz. sb. nauch. tr. ; KGTA. Krasnoyarsk, 1994. S. 45-49.
6. Arkhipov V. I, Bezrukov S. V., Krenev I. A. Rel'yef: otobrazheniye v materialakh lesoustroystva,
vozdeystviye na rentabel'nost' vedeniya lesnogo khozyaystva, ispol'zovaniye pri deshifrirovanii skanernykh snimkov // Lesnoye khozyaystvo. 2008. S. 37-38.
7. Lesotaksatsionnyy spravochnik dlya yuzhno-tayezhnykh lesov Sredney Sibiri / S. L. Shevelev [i dr.]. M. : VNIILM, 2002. 166 s.
© Вайс А. А., Деревянных Д. Н., 2018
Поступила в редакцию 22.03.2018 Принята к печати 28.06.2018
