Оценка и прогноз качества лесной территории Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

ЕСОЭКСПЛУАТАЦИЯ

УДК 630*524.634: 630*24

П.М. Мазуркин, Э.Н. Бедертдинов, П.А. Перов

Мазуркин Петр Матвеевич родился в 1946 г., окончил в 1968 г. Марийский политехнический институт, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой природообустройства Марийского государственного технического университета, заслуженный деятель науки и техники Республики Марий Эл, академик РАЕН. Имеет 650 печатных работ в области функционально-конструктивного блочно-модульного синтеза манипуляторных машин и биотехнических систем.

Бедертдинов Эмир Нуртдинович, главный лесничий Кокшайского лесхоза Комитета природных ресурсов Республики Марий Эл, инженер-технолог, соискатель, автор 7 публикаций.

ОЦЕНКА И ПРОГНОЗ КАЧЕСТВА ЛЕСНОЙ ТЕРРИТОРИИ

Показан новый метод оценки непрерывно изменяющегося качества лесосечного фонда по статистическим закономерностям динамики заготовки лесоматериалов на данной территории. Проанализирована динамика лесозаготовок в лесном комплексе Республики Марий Эл за прошедшие полвека по пятилетиям.

Ключевые слова: качество территории, лесосечный фонд, динамика лесозаготовок, статистические модели, объем вывозки.

Качество лесной территории определяют различными способами. Наиболее известны методы лесоводственной оценки оставляемого после рубки древостоя или вырубки, а также фитопатологической и экологической характеристики всего биоценоза. При этом лесозаготовители оценивают только древостой по качеству сертифицированной на корню древесины.

В настоящей статье рассмотрен новый метод определения непрерывно изменяющегося качества лесного фонда по статистическим

О

(У1

Таблица 1

Динамика среднегодовых (по пятилетиям) вырубок_

Выруб- Ликвид, В том числе Несплош- Хвойные, Ликвид |Хвойные

Годы лено тыс.м3 хвойные ные рубки, % от % от 1955 г.

всего,га тыс.м33 га га ликвида

1954-1955 18573,0 3658,7 2928,6 - 252,0 80,0 99,0 93,8

1956-1960 15276,8 3058,0 2412,1 - 130,0 78,9 82,7 77,2

1961-1965 9635,4 2184,6 1193,8 - 163,4 54,6 59,1 38,2

1966-1970 9039,2 1982,2 909,1 - 491,6 45,9 53,6 29,1

1971-1975 8438,2 1565,6 736,0 - 234,4 47,0 42,4 23,6

1976-1980 5977,6 1271,2 498,8 - 382,4 39,2 34,4 16,0

1981-1985 5310,6 1237,8 460,6 1122,8 408,8 37,2 33,5 14,7

1986-1990 5645,6 1331,8 477,9 2028,6 293,0 35,9 36,0 15,3

1991-1995 3912,0 888,4 313,8 1470,2 939,6 35,3 24,0 10,0

1996-1999 2307,8 507,8 195,4 947,5 827,8 38,5 13,7 6,3

закономерностям динамики заготовки лесоматериалов на лесной территории Республики Марий Эл (РМЭ) - табл. 1.

Во второй половине ХХ в. показатели лесной отрасли РМЭ снижались из года в год по общему закону гибели [2, 4]. Их средние ежегодные значения по пятилетиям позволяют достаточно точно характеризовать динамику территориального лесного комплекса. Закономерности распределения показателей можно рассматривать по составляющим и параметрам конкретных статистических моделей [3, 5].

Площадь вырубок. Важнейшим показателем является площадь территории, в данном случае площадь рубок, которая изменяется для РМЭ по зависимости

£ = 18587,6 ехр( -0,3229/', "лз 5 5) +

+ 494,630 ?73-3323ехр(2,02217°'б504)со8(л/,/ 0,7162 + 0,8393), (1)

где первая составляющая соответствует закону гибели в общей форме [3-5], а вторая является аномальным колебанием с периодом в 2 • 0,7162 = =1,4324 пятилеток, т. е. 7,162 года (табл. 2). Цикл колебания равен примерно 7 годам, а его аномалия проявляется в изменении знаков (-3,3323 и +2,0221) в биотехническом законе.

Формула (1) достоверна с доверительной вероятностью не ниже 97,51 %. Из табл. 2 видно, что первая составляющая убывает по закону гибели с меньшей интенсивностью, чем фактические значения. Сокращение площади лесов вырубками по РМЭ только нарастало. Площадь вырубок, по второй составляющей, в период 1956-1960 гг. увеличилась на 1834,1 га, в 1971-1975 гг. - на 635,0 га (причем следует учесть пожары 1972 г., 182000 га), в 1986-1990 гг. - на 972,9 га.

По-видимому, снижение площади вырубок в эти пятилетки происходило из-за повышения хозяйственной активности. В депрессивные пятилетки (1961-1965 гг., 1976-1980 гг., 1981-1985 гг., 1991-1995 гг., 1996-2000 гг.) особенно активен кризис в конце ХХ в., когда за 4 года

Таблица 2

Динамика среднегодовой вырубленной лесозаготовками площади лесов, га

Годы учета Код it Факт S Расчетные значения по (1) Составляющие S

S 8 А, % S1 S2

1954-1955 0 18573,0 18587,6 -14,6 -0,08 18587,6 -

1956-1960 1 15276,8 15292,3 -15,5 -0,10 13458,2 1834,1

1961-1965 2 9635,4 9704,1 -68,7 -0,71 10857,4 -1153,3

1966-1970 3 9039,2 9117,1 -77,9 -0,86 9007,1 109,9

1971-1975 4 8438,2 8228,4 209,8 2,49 7593,5 635,0

1976-1980 5 5977,6 5949,5 28,1 0,47 6472,8 -523,3

1981-1985 6 5310,6 5201,3 109,3 2,06 5563,5 -362,2

1986-1990 7 5645,6 5786,3 -140,7 -2,49 4813,3 972,9

1991-1995 8 3912,0 3948,5 -36,5 -0,93 4186,9 -238,4

1996-1999 9 2307,8 2346,8 -39,0 1,69 3658,5 -1311,1

Примечание. S - фактические значения вырубленной лесозаготовками площади, га; s - разность между фактическими (v) и теоретическими (v) значениями показателя; А - относительная погрешность, вычисляемая по формуле Д = 100 s/y. Максимальная относительная погрешность Дтах = 2,49 %. Доверительная вероятность математической модели после идентификации по статистическим данным оценивается как 100 - |Дтах|.

(1996-1999 гг.) произошло значительное отклонение от первой составляющей (на -1311,7 га).

Потеря устойчивости колебательного процесса начнется через 30 пятилеток, т. е. через 150 лет. К 2150 г. все площади лесов РМЭ будут вырублены полностью, если сохранится та тенденция волнового возмущения, которая ныне характерна для лесников и заготовителей.

Объемы рубок. Согласно данным табл. 1 общий объем ликвидной древесины изменяется (по тому же коду пятилеток) по формуле (табл. 3)

Таблица 3

Динамика среднегодового объема заготовленной ликвидной древесины, тыс. м3

Годы учета Код it Факт Q Расчетные значения по (2) Составляющие Q

Q s Д, % Q1 Q2

1954-1955 0 3658,7 3690,2 -31,5 -0,86 3690,2 0,0

1956-1960 1 3058,0 2925,3 132,7 4,34 2925,3 0,0

1961-1965 2 2184,6 2366,7 -182,1 -8,34 2366,7 0,0

1966-1970 3 1982,2 1928,2 54,0 2,72 1928,3 -0,2

1971-1975 4 1565,6 1563,8 1,8 0,11 1578,2 -14,4

1976-1980 5 1271,2 1248,7 22,5 1,77 1295,8 -47,2

1981-1985 6 1237,8 1249,7 -11,9 -0,96 1066,7 183,0

1986-1990 7 1331,8 1317,3 14,5 1,09 879,9 437,4

1991-1995 8 888,4 899,7 -11,3 -1,27 727,2 172,6

1996-1999 9 507,8 495,9 11,9 2,34 601,8 -106,0

О = 3690,2 ехр(-0,2323it0'9353) + 0,00001062 /f34"5320e>p(-12,9560/f0"6905) х

X cos (га, / 0,5970 - 5,4730). (2)

С доверительной вероятностью не ниже 91,66 % естественное снижение объемов заготовленной древесины опережает изменение общего объема только в последней пятилетке ХХ в. Экономический кризис положительно влияет на сохранение природных ресурсов и повышает способность их к самовосстановлению.

Волновая вторая составляющая имеет максимум в период 1986-1990 гг. и сводится к нулю через it = 15, т. е. через шесть последующих пятилеток, или к 2030 г. При этом цикл колебательного возмущения сокращается до 2 • 0,5970 • 5 = 5,97 лет, т. е. до 6 лет, а начало колебания смещается назад более чем на 5 лет, т. е. к 1945 г. Этот примечательный факт указывает на то, что для выявления более полной картины динамики вырубок следует взять ряды значений показателей задолго до Великой Отечественной войны.

По первым составляющим формул (1) и (2) видно, что интенсивность гибели объема заготовленной древесины (0,9353) в 1,27 раза выше интенсивности гибели по площади (0,7355). Это свидетельствует об интенсивной потере продуктивности лесов по сравнению с их площадью.

Далее разделим объем ликвидной древесины на площадь вырубок и получим удельный запас заготовленной древесины на 1 га (табл. 4):

д. =196,55 ехр(-0,8717//Л784) + 93,01/, 0"4392ехр(-0,0003376 /f6"9196) +

+ 33,8422/)2'07ббехр(-0,300Ц). (3)

Модель (3) с высокой доверительной вероятностью 98,62 % описывает динамику плотности заготовленной древесины с вырубаемой площади.

Таблица 4

Динамика среднегодового удельного объема заготовленной ликвидной древесины, м3/га

Годы учета Код it Факт q а Расчетные значения по (3) Составляющие q

?в 8 Д, % Яв1 ?в2 ?в3

1954-1955 0 197,0 196,6 0,45 0,23 196,6 0,0 0,0

1956-1960 1 200,2 200,3 -0,05 -0,02 82,2 93,0 25,1

1961-1965 2 226,7 226,7 -0,02 -0,01 27,3 121,1 78,3

1966-1970 3 219,3 219,5 -0,18 -0,08 8,2 76,7 134,7

1971-1975 4 185,5 184,8 0,74 0,40 2,3 1,2 181,3

1976-1980 5 212,7 214,0 -1,33 -0,63 0,6 0,0 213,4

1981-1985 6 233,1 231,0 2,08 0,89 0,1 0,0 230,9

1986-1990 7 235,9 235,6 0,32 0,14 0,0 0,0 235,5

1991-1995 8 227,1 230,2 -3,14 -1,38 0,0 0,0 230,2

1996-1999 9 220,0 217,8 2,20 1,00 0,0 0,0 217,8

Таблица 5

Динамика среднегодового объема заготовленной хвойной древесины, тыс. м3

Годы учета Код и Факт й х Расчетные значения по (4) Составляющие вх

вх 8 А, % вх1 вх2

1954-1955 0 2928,6 2930,2 -1,6 -0,05 2930,2 -

1956-1960 1 2412,1 2411,8 0,3 0,01 1668,2 743,6

1961-1965 2 1193,8 1176,8 17,2 1,44 1207,0 -30,4

1966-1970 3 909,1 895,9 13,2 1,45 921,7 -25,7

1971-1975 4 736,0 755,9 -19,9 -2,70 725,2 30,7

1976-1980 5 498,8 570,0 -71,2 -14,27 582,2 -12,2

1981-1985 6 460,6 450,5 10,1 2,19 474,3 -23,8

1986-1990 7 477,9 446,9 31,0 6,49 390,9 56,0

1991-1995 8 313,8 288,0 25,8 8,22 325,2 -37,2

1996-1999 9 195,4 191,1 4,3 2,20 272,6 -81,5

Таблица 6

Динамика среднегодового удельного объема заготовленной хвойной ликвидной древесины, м3/га

Годы учета Код и Факт ? _ о Расчетные значения по (5) Составляющие дх

Чх 8 А, % Чх1 Чх2

1954-1955 0 157,7 160,4 -2,67 -1,69 76,3 84,1

1956-1960 1 157,9 153,4 4,47 2,83 69,3 84,1

1961-1965 2 123,9 127,0 -3,12 -2,52 42,9 84,1

1966-1970 3 100,6 98,8 1,75 1,74 14,7 84,1

1971-1975 4 87,2 86,5 0,70 0,80 2,4 84,1

1976-1980 5 83,4 84,3 -0,87 -1,04 0,2 84,1

1981-1985 6 86,7 84,1 2,58 2,98 0,0 84,1

1986-1990 7 84,6 84,1 0,49 0,58 0,0 84,1

1991-1995 8 80,2 84,1 -3,91 -4,88 0,0 84,1

1996-1999 9 84,7 84,1 0,59 0,70 0,0 84,1

Если считать 15 м3/га (средний удельный объем лесосечных отходов) за минимум, то окажется, что по первой составляющей закономерность (3) исключилась уже в период 1966-1970 гг. Вторая составляющая имела максимум 121,1 м3/га в 1961-1965 гг. и также сошла с арены лесозаготовок РМЭ в 1971-1975 гг.

Нарастала третья волна хищнического отношения к лесам, так как увеличение вырубаемого удельного запаса характеризует выделение в рубку высокопродуктивных участков леса в ущерб природе. Максимум 235,5 м3/га был в 1986-1990 гг. и значения 15 м3/га достигнет (^ = 25 ) к 2075 г.

Объем хвойной ликвидной древесины изменяется по той же закономерности, что и общая площадь вырубок, т. е. с аномальной волновой составляющей (табл. 5):

0Х = 2930,2 ехр( -0,5633 7,°'6548 ) + 259,535 6015 ехр( 1,0722//°'9945 ) х х со в (та, /0,3743 + 2,3077).

По первой составляющей общий объем ликвида за 1950-2000 гг. снизился в 6 раз, а объем заготовленной хвойной древесины более чем в 10 раз. Доля хвойных древостоев, поступавших в рубку, с годами снижалась.

Удельный объем заготовленной хвойной древесины изменялся по формуле (табл. 6)

дх = 76,255 ехр(-0,09547 /г2-5906) + 84,114 . (5)

Вторая составляющая в модели (5) имеет значение 84,1, которое характеризует нижний предел удельного объема хвойной древесины, заготовленной с 1 га.

Несплошные рубки. По нашим данным, площадь несплошных рубок изменяется по трехкомпонентной формуле (табл. 7)

= 256,50 ехр(-0,48637,) + + 211,413 /,-197826ехр(8,0371/,)С08(га, /0,3640 - 0,7753) + 210,868/,°"3294. (6)

Из данных табл. 7 видно, что по модели (6) значительное отклонение имеет пятилетний период 1971-1975 гг. Причем пара точек г, при значениях 3 и 4 имеет разные знаки, т. е. в период 1966-1975 гг. произошло сильное импульсное колебание.

Для доказательства исключим эти точки и получим модель

= 252,89 ехр(-0,48637,) + + 211,511/"~227"7,ехр( 9,1893 ')со8(га, /0,3640 - 0,7777) +

+ 209,960 7°'3319 , (6а)

которая по значениям параметров является достаточно устойчивой.

Таблица 7

Динамика среднегодовой площади несплошных рубок, га

Годы учета Код и Факт 5н Расчетные значения по (6) Составляющие

5н 8 Д, % >^н3

1954-1955 0 252,0 256,5 -4,5 -1,79 256,5 - 0,0

1956-1960 1 130,0 130,2 -0,2 -0,15 157,7 -238,4 210,9

1961-1965 2 163,4 161,7 1,7 1,04 97,0 -200,2 265,0

1966-1970 3 491,6 382,1 109,5 22,27 59,6 19,6 302,8

1971-1975 4 234,4 362,8 -128,4 -54,78 36,7 -6,8 332,9

1976-1980 5 382,4 380,3 2,1 0,55 22,5 -0,5 358,3

1981-1985 6 408,8 422,0 -13,2 -3,23 13,9 27,6 380,5

1986-1990 7 293,0 261,5 31,5 10,75 8,5 -147,4 400,3

1991-1995 8 939,6 933,5 6,1 0,65 5,2 509,9 418,3

1996-1999 9 827,8 826,9 0,9 0,11 3,2 388,8 434,9

Первая естественная составляющая соответствует закону гибели в упрощенной форме, т. е. известным законам Ципфа (биология), Парето (экономика), Мандельброта (физика). Из-за снижения общей площади и качества самих лесов площадь несплошных рубок убывает до нуля. По второй составляющей аномального поведения в последнее десятилетие ХХ в. происходит резкое наращивание площадей несплошных рубок, которые, однако, проводятся со значительными технологическими нарушениями. Третья составляющая неравномерного роста по модели (6а) показывает почти двукратный рост площади несплошных рубок. По-видимому, эта тенденция должна сохраниться и в XXI в., однако при значительном повышении качества выполнения самих рубок. Поэтому изменится и концепция лесозаготовок [1].

Качество древесины. По двум показателям - площади и объему вырубок - вполне возможна оценка динамики отведенных в рубку древосто-ев. По объему заготовок доля хвойной древесины от всей ликвидной изменяется по формуле (табл. 8)

Рх = 79,65ехр(- 0,2809/°'5089) + 266,84?;'4285ехр(- 2,3476/,)са5(я/,/ 0,4470).(7)

С доверительной вероятностью не ниже 87,61 % формула (7) описывает динамику снижения доли (процента вероятности) хвойной древесины в общем объеме лесозаготовок. Причем из данных табл. 8 видно, что вторая волновая составляющая быстро «погасла» еще в конце 70-х гг. Поэтому для дальнейших прогнозных расчетов изменения качества подходит формула

1>х = 19,65 ехр(-0,2809/;°-5089). (7а)

Небольшое увеличение доли хвойной древесины (на 4,77 %) в последней пятилетке ХХ в. можно объяснить только тем, что хищническое отношение к лесам повышается, так как хвойная древесина заготовляется без ограничений, а лиственная находит меньшее применение.

Таблица 8

Динамика среднегодового объема заготовленной хвойной древесины, % от всего объема рубок

Годы учета Код и Факт ро Расчетные значения по (7) Составляющие Рх

Рх 8 Д, % Рх1 Рх2

1954-1955 0 80,0 79,65 0,35 0,44 79,7 0,0

1956-1960 1 78,9 78,89 0,01 0,01 60,1 18,7

1961-1965 2 54,6 54,46 0,14 0,26 53,4 1,0

1966-1970 3 45,9 46,66 -0,76 -1,66 48,7 -2,1

1971-1975 4 47,0 44,46 2,54 5,40 45,1 -0,6

1976-1980 5 39,2 42,03 -2,83 -7,22 42,1 -0,1

1981-1985 6 37,2 39,58 -2,38 -6,40 39,6 -0,0

1986-1990 7 35,9 37,39 -1,49 -4,15 37,4 0,0

1991-1995 8 35,3 35,46 -0,16 -0,45 35,5 0,0

1996-1999 9 38,5 33,73 4,77 12,39 33,7 0,0

Таблица 9

Динамика среднегодового объема заготовленной всей древесины, % от уровня 1955 г.

Годы учета Код и Факт Р\955 Расчетные значения по (8) Составляющие Р\955

Р1955 Е А, % Р1 Р2

1954-1955 0 99,0 99,24 -0,24 -0,24 93,7 5,6

1956-1960 1 82,7 81,11 1,59 1,92 73,3 7,8

1961-1965 2 59,1 63,07 -3,97 -6,72 52,5 10,6

1966-1970 3 53,6 49,90 3,70 6,90 35,9 14,0

1971-1975 4 42,4 41,62 0,78 1,84 23,8 17,9

1976-1980 5 34,4 37,11 -2,71 -7,88 15,3 21,8

1981-1985 6 33,5 34,67 -1,17 -3,49 9,7 25,0

1986-1990 7 36,0 32,09 3,91 10,86 6,0 26,1

1991-1995 8 24,0 26,37 -2,37 -9,88 3,7 22,7

1996-1999 9 13,7 13,23 0,47 3,43 2,2 11,0

Качество заготовленной древесины вполне возможно оценить по отношению к какому-то году, в нашем исследовании - к лучшему (по качеству лесоматериалов) 1955 г. (100 %).

Доля ликвидного запаса древесины изменяется по уравнению (табл. 9)

Р1955 = 93,67е>ф(-0,2451//-2423)+ 5,5666 е?ф(0,3505)совСя/, /0,5135). (8)

Доля заготовленной древесины стремительно убывает до нуля по закону гибели в общей форме. Здесь опасно то, что интенсивность гибели 1,2423 велика и указывает на то, что природа адекватно реагирует на действия заготовителей. Вторая составляющая имеет максимум 26,1 % и уже в

Таблица 10

Динамика среднегодового процента заготовленной хвойной древесины

от уровня 1955 г.

Годы учета Код и Факт Рх\955 Расчетные значения по (9) Составляющие Рх1955

Рх1955 Е Д, % Рх1 Рх2

1954-1955 0 93,8 93,80 -0,00 -0,00 94,0 —0,2

1956-1960 1 77,2 77,20 -0,00 -0,00 53,7 23,5

1961-1965 2 38,2 38,19 0,01 0,03 38,6 -0,4

1966-1970 3 29,1 29,15 -0,05 -0,17 29,2 -0,1

1971-1975 4 23,6 22,84 0,76 3,22 22,8 0,0

1976-1980 5 16,0 18,20 -2,20 -13,75 18,2 0,0

1981-1985 6 14,7 14,71 -0,01 -0,07 14,7 -0,0

1986-1990 7 15,3 12,03 3,27 2,09 12,0 -0,0

1991-1995 8 10,0 9,93 0,07 0,70 9,9 0,0

1996-1999 9 6,3 8,26 -1,96 31,11 8,3 0,0

первой пятилетке XXI в. произойдет потеря устойчивости экспоненциального роста по типу «идти вразнос». Лесозаготовка будет экстремально влиять на поведение лесных массивов.

Доля хвойной древесины к уровню 1955 г. равна (табл. 10)

Рх1955 = 94,03 ехр(-0,5607/,0-6678) + + 353,27 ец)(--2,7013z,) cos (га,/0,6847 - 4,7117) (9)

и убывает еще быстрее, так как амплитуда колебания изменяется также по закону экспоненциальной гибели.

Вторая составляющая имела максимум в 1956-1960 гг., а затем ее влияние исчезло. Если исключить этот случай, то получим следующую модель (Атах = 13,50 %) естественной гибели:

Рх1955 = 93,79 ехр(-0,5661/,°-6616). (9а)

Приведенные закономерности подтверждают вывод о том, что качество лесной среды убывает как адекватный отклик на поведение людей [2], использующих технологии хищнического природопользования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мазуркин П.М. Концепция механизации лесозаготовок требует пересмотра // Лесн. пром-сть. - 1991. - № 12. - С. 21.

2. Мазуркин П.М. Эконометрика России: кризис конца ХХ века // Теория предвидения и будущее России: Матер. 5-х Кондратьевских чтений. - М.: Ин-т экономики РАН, 1997. - С. 214 -222.

3. Мазуркин П.М. Статистическое моделирование. Эвристико-математи-ческий подход. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001. - 100 с.

4. Мазуркин П.М. Закономерности устойчивого развития. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. -302.

5. Сабанцев Ю.Н., Мазуркин П.М. Статистическое моделирование лесоэко-номических данных. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001. - 390 с.

Марийский государственный технический университет

Кокшайский лесхоз Республики Марий Эл

Тартуский университет (Эстония) Поступила 18.05.02

P.M. Mazurkin, E.N. Bedertdinov, P.A. Perov Assessment and Forecast of Forest Area Quality

A new assessment method of continuously changing forest stock quality is shown based on statistical regularities of forest harvesting dynamics in the territory in question. Forest harvesting dynamics in the forest complex of Mari El Republic is analyzed over half a century for every five years.