CC BY
23
УДК 630*53:630*245
М.В. Устинов, М.М. Устинов
Брянская государственная инженерно-технологическая академия
Устинов Михаил Васильевич родился в 1956 г., окончил Брянский технологический институт, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Брянской государственной инженерно-технологической академии. Имеет свыше 50 печатных работ в области таксации, лесоустройства и информационных технологий. Е-mail: [email protected]
Устинов Максим Михайлович родился в 1984 г., окончил в 2006 г. Брянскую государственную инженерно-технологическую академию, аспирант БГИТА. Имеет 11 печатных работ по исследованиям товарной структуры выбираемой при рубках ухода части древостоев. Е-mail: [email protected]
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБЪЕМОВ СТВОЛОВ, ВЫБИРАЕМЫХ ПРИ РУБКАХ УХОДА
В ДРЕВОСТОЯХ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР ЕЛИ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ
Представлено моделирование форм и объемов стволов ели, выбираемых при рубках ухода за лесом.
Ключевые слова: ель, рубки ухода, объем ствола, видовое число, коэффициент формы, разряд высот.
В современных условиях перед лесной отраслью стоят задачи перехода на новые технологии инвентаризации лесов, совершенствования методической и нормативной лесотаксаци-онной базы. Применение существующих нормативов не удовлетворяет современную лесохозяйственную практику, особенно при таксации части древостоев, выбираемой рубками ухода и характеризующейся иными размерно-качественными показателями.
Объектом исследований являются ельники Брянской области, которые занимают 95 377 га, что на 1,4 % больше, чем 10 лет назад. Из них 67,9 % - ельники искусственного происхождения. Созданию культур ели или с ее участием способствовало, начиная с 1970-х гг., массовое уничтожение культур сосны лосем. Повреждение ели короедом-типографом привело к снижению темпа расширения площадей, занятых этой породой. Большая часть культур была создана в последние 40 лет. Тенденции указывают на
возможность значительного увеличения ельников к середине XXI в.
Цель нашей работы заключается в изучении закономерностей роста выбираемой части древостоев лесных культур ели и разработке нормативов для определения объемов стволов.
Исследованиями установлена тесная (на уровне г = 0,80...0,95) корреляция высоты выбираемых деревьев с таксационным диаметром, объемом ствола как в коре, так и без коры, а также приростами по объему. Высоты имеют тесную связь и с совокупностью показателей: произведением воз-р аста дерева на его высоту (г = 0,82), видовой высотой, произведением высоты на диаметр ствола (г = 0,92), высоты на второй коэффициент формы ствола (г = 0,95). Сильная связь (г = 0,6...0,8) имеется с коэффициентом формы ствола и текущим приростом по объему. С другими показателями корреляция слабая или практически отсутствует. Высота деревьев практически не зависит от класса бонитета
насаждения (г = -0,23), а также ТЛУ (г = -0,10 по влажности почв, г = 0,14 по их богатству).
Для моделирования высоты нами взят таксационный диаметр ствола как показатель, наиболее доступный для прямых измерений. Для классификации деревьев по разрядам высот построена математическая модель зависимости от диаметра: 5.566338
Л = (-
-5.646402х
2,536 Ш +5,646402 Хл/2,608333+1,10937а'-9,15879)^
где к - моделируемая высота ствола, м;
d - фактический таксационный диаметр ствола, см;
К - коэффициент различия разрядов высот;
w - номер моделируемого разряда высот;
/ - номер центрального разряда высот.
Так как модель построена по всей совокупности модельных деревьев (413 шт.), то она описывает только центральный (базовый) разряд высот (т. е. / = 4). Конкретные модели образуются при изменении коэффициента w в соответствии с номером разряда высот. С учетом граничных значений ступеней толщины, обусловленных экспериментальным материалом (начальная ступень 4, конечная 30 см) образуется девять разрядов высот. Построенная модель характеризуется высокой точностью определения средней высоты (Р = 1,3 %). Она использована при составлении нормативов для нахождения разряда высот и моделировании объемов стволов.
Большое значение при определении объема стволов имеет его форма. Коэффициент формы (д2) стволов деревьев, выбираемых при рубках ухода за лесом, имеет такую же связь с видовым числом (г = 0,93) и другими таксационными показателями ствола и
насаждения, как в древостое в целом. Он не зависит от лесорастительных условий (класс бонитета, полнота, тип леса, ТЛУ), теснота связи по модулю не превышает г = 0,11.
Так как высота и таксационный диаметр являются объемообразующи-ми показателями и применяются одновременно при моделировании ц2, что позволяют сделать современные информационные технологии, нами для его моделирования проверено восемь типов функций, из которых оптимальна следующая:
0 32203
с/, = -ОД 103 3^(0,042027 - ' , ) + 0,75 83 21,
И
где к - фактическая высота ствола, м.
С помощью этого уравнения можно определить среднее значение с точностью опыта 0,46 %, изменчивость не превышает 9,4 %, основное отклонение 0,018. Показатели получены на уровне достоверности Р = 99,9 %.
Для стволов, выбираемых при рубках ухода за лесом, средние значения коэффициентов формы, получаемые по модели, с увеличением ступени толщины уменьшаются, т. е. сохраняется закономерность их изменения, как и для древостоя в целом.
Построена также модель видовых чисел (/) стволов ели, которые тесно коррелируют с коэффициентами формы ^ (г = 0,80), д2 (г = 0,93), д3 (г = 0,88). С другими показателями ствола корреляция слабая. Для моделирования видового числа проверено четыре типа уравнений. Приводим одну из лучших модель, сохраняющую биологические закономерности изменения видового числа:
у 0,020127 0,412279 „„„„„„ ( = -0,0769+—-+ —-+ 0,798419^.
¿7 /7
Модель позволяет определить средние значения с ошибкой ±0,53 %. Основные оценочные показатели получены на высоком уровне достоверности
Закономерность изменения объемов стволов ели, выбираемых при рубках ухода: 1-9 - разряды высот
10 12 14 16 18 20 22 24 26
Объемы стволов ели по разрядам высот
А Разряд высот
см 1 2 3 4 5 6 7 8 9
4 8,8 7,8 6,9 6,2 5,5 4,9 4,4 3,9 3,5
0,0064 0,0057 0,0052 0,0047 0,0042 0,0039 0,0035 0,0032 0,0029
6 11,8 10,5 9,3 8,3 7,4 6,6 5,8 5,2 4,6
0,0186 0,0167 0,0151 0,0136 0,0123 0,0111 0,0101 0,0091 0,0083
8 14,5 12,9 11,5 10,2 9,1 8,1 7,2 6,4 5,7
0,0396 0,0356 0,0321 0,0289 0,0261 0,0236 0,0213 0,0193 0,0176
10 16,9 15,1 13,4 11,9 10,6 9,4 8,4 7,5 6,7
0,0710 0,0638 0,0574 0,0517 0,0466 0,0421 0,0380 0,0345 0,0313
12 19,2 17,1 15,2 13,5 12,0 10,7 9,5 8,5 7,6
0,1139 0,1023 0,0920 0,0828 0,0747 0,0674 0,0609 0,0551 0,0500
14 21,3 19,0 16,9 15,0 13,4 11,9 10,6 9,4 8,4
0,1693 0,1521 0,1367 0,1231 0,1109 0,1001 0,0904 0,0819 0,0742
16 23,3 20,8 18,5 16,4 14,6 13,0 11,6 10,3 9,2
0,2380 0,2138 0,1922 0,1730 0,1558 0,1406 0,1271 0,1150 0,1043
18 25,2 22,4 20,0 17,8 15,8 14,1 12,5 11,2 9,9
0,3207 0,2880 0,2589 0,2330 0,2099 0,1894 0,1712 0,1549 0,1405
20 27,0 24,1 21,4 19,1 17,0 15,1 13,4 12,0 10,6
0,4176 0,3751 0,3372 0,3035 0,2735 0,2468 0,2230 0,2019 0,1831
22 28,8 25,6 22,8 20,3 18,0 16,1 14,3 12,7 11,3
0,5293 0,4754 0,4275 0,3848 0,3468 0,3130 0,2829 0,2561 0,2323
24 30,4 27,1 24,1 21,5 19,1 17,0 15,1 13,5 12,0
0,6560 0,5893 0,5299 0,4770 0,4300 0,3881 0,3509 0,3177 0,2882
26 32,0 28,5 25,4 22,6 20,1 17,9 15,9 14,2 12,6
0,7977 0,7167 0,6446 0,5804 0,5232 0,4724 0,4272 0,3869 0,3510
28 33,6 29,9 26,6 23,7 21,1 18,8 16,7 14,9 13,2
0,9546 0,8577 0,7715 0,6948 0,6266 0,5658 0,5118 0,4636 0,4208
30 35,1 31,2 27,8 24,7 22,0 19,6 17,4 15,5 13,8
1,1265 1,0124 0,9108 0,8205 0,7400 0,6685 0,6047 0,5480 0,4976
Примечание. В числителе - Н, м; в знаменателе - V, м3.
Р = 99,9 %, коэффициент детерминации В результате обработки и анали-
К2 = 0,894. Для стволов ели, выбираемых за экспериментального материала на
при рубках ухода за лесом, закономер- основании изучения форм стволов де-
ность изменения видовых чисел сохра- ревьев были разработаны таблицы
няется, как и для древостоя в целом. объемов стволов ели, выбираемых при
рубках ухода за лесом. Они построены на решении функции
V = е¥,
где g - площадь сечения ствола дерева на высоте 1,3 м, м2.
Эта модель дает возможность определять объем стволов ели, выбираемых при рубках ухода за лесом, с ошибкой не более 5,8 % и достоверностью P = 99,9 %. Изменчивость объемов составляет 118,5 %, что объясняется шириной работы принятой модели в пределах таксационного диаметра 4...30 см. Коэффициент детерминации Пирсона составляет
К2 = 0,931.
Наглядно распределение объемов стволов в зависимости от диаметра представлено на рисунке.
На основе установленных математических моделей высот и форм стволов получены средние значения объемов стволов ели, выбираемых при рубках ухода за лесом, по разрядам
высот (см. таблицу). При построении объемных таблиц использовано варьирование высот в пределах ±3а по каждой ступени толщины.
Разработанные таблицы позволяют установить объемы хлыстов и выполняют роль нормативного документа для стволов ели, выбираемых при рубках ухода за лесом. Помимо этого, они служат звеном для составления других нормативных документов, в частности сортиментных таблиц.
M. V. Ustinov, M.M. Ustinov
Bryansk State Academy of Engineering and
Technology
Simulation of Stem Volume Harvested under Thinning in Spruce Stands of the Bryansk Area
Simulation of spruce stems shape and volume harvested under thinning is presented.
Keywords: spruce, thinning, stem volume, form factor, shape coefficient, height order.
