CC BY
49
Совершенствование методов составления таблиц хода роста на примере пойменных тополёвых насаждений Оренбуржья
А.Ан. Гурский, к.с.-х.н., министерство сельского хозяйства, пищевой и перерабатывающей промышленности Оренбургской области
Прежде нами рассмотрен ряд вопросов по первоначальному этапу составления таблиц хода роста (ТХР) с использованием выборочностатистического метода и данных временных пробных площадей, дополненного новыми методическими подходами [1]. Последующие действия по составлению ТХР на примере пойменных тополёвников Оренбуржья сводились к следующим решениям.
Динамика средних высот насаждений. Ранее было установлено, что ход роста тополя белого
и чёрного практически не имеет различий [2], поэтому весь экспериментальный материал рассматривался без разделения на виды тополей. По материалам лесоустройства и ходу роста модельных деревьев были рассчитаны средние высоты, которые выравнивались аналитически по группам состава и полноты в зависимости от возраста (А, лет) тополёвых насаждений, а по ним определялись индексы высот (1Н) в базовом возрасте 35 лет. Аппроксимация средних высот (Н), полученных по материалам глазомерной таксации и индексов высот (1Н) модельных деревьев среднего уровня продуктивности для группы типов леса С2, проведена по следующим уравнениям (при R2 = 0,99):
1. Полнота 0,8—1,0, состав 8—10 ед.:
Н = 28,7 / [ехр(2,987-1,6219/А-0,332668-1пА)+1], (ін = Н/22,07) (1)
2. Полнота 0,5—0,7, состав 8—10 ед.:
Н = 29,0 / [ехр(2,89924+0,77896/А2-0,31366-1п2А)+1], (ін = Н/21,6) (2)
3. Полнота 0,5—0,7, состав 5—7 ед.:
Н = 28,58 / [ехр(2,87295+1,48836/А2-0,31396-1п2А)+1], (ін = Н/21,4) (3)
4. Полнота 0,8—1,0, индексы высот по модельным деревьям:
іН = 1,12325 / [ехр(-8,23251+0,06704-А2+13,72587-1п-А)+1] (4)
Анализ данных, полученных по уравнениям (1—3), показал, что основным фактором, влияющим на рост тополёвников в группе типов леса С2, является полнота насаждений. Молодняки средней полноты характеризуются менее интенсивным ростом, чем сомкнутые (в 5 лет: -22,5%,
10 лет: -9,7%). С увеличением возраста влияние фактора полноты уменьшается, и в возрасте старше 35 лет сомкнутые тополевники превышают по высоте среднеполнотные не более чем на 2%.
Во влажной группе типов леса С3 со снижением полноты от 0,8—1,0 до 0,5—0,7 средняя высота тополёвников также уменьшается: в 5 лет — на 15,4%, в 35 лет — на 3%. С 45 лет полнота на среднюю высоту насаждений влияния не оказывает. В типах леса С3 формируются насаждения с большей высотой, чем в С2, особенно в возрасте пяти — десяти лет (от 10,9 до 41,9%). С увели-
чением возраста превышение средней высоты тополёвников в типах леса С3 по сравнению с С2 снижается и в 75 лет по группам полнот на 2,2 и 2,6%. Повышенная полнота, по-видимому, способствует меньшему развитию травянистой и кустарниковой растительности, которая несколько угнетает появившийся самосев или поросль тополя. Поэтому после рубки спелого леса нужно стремиться к созданию высокопол-нотных насаждений.
Динамика средних высот сомкнутых тополёвников, полученная для типов леса С2 по массовым материалам глазомерно-измерительной таксации, практически адекватна ходу роста деревьев средних и высших рангов в относительном выражении. Такой контроль исключает возможность ошибочного определения возрастной динамики высот насаждений среднего уровня продуктив-
ности в относительном выражении, полученной статистическим методом «кривой-гид», который используется при построении ТХР в других странах [3]. Состав насаждений при равной полноте не оказывает заметного влияния на рост тополя чёрного или белого по средней высоте.
Полученные закономерности возрастной динамики средних высот тополя чёрного и белого
явились исходными данными для составления таблиц хода роста произрастающих в насаждениях наиболее распространенной группы типов леса — С2.
Исходя из размаха варьирования средних высот пойменных тополёвых насаждений и «правила 3-х сигм», установлено 7 классов высоты [1]:
Классы высоты I II III IV V VI VII
Высота насаждений Иср+3а Иср+2а Иср+а Нср Нср -а Нср-2а Нср-3а
1/а2 = 0,18753 - 2,98858/А + 49,32691/А2, R2 = 0,97. (5)
Суммируя значения, рассчитанные по уравнению (5) и значениям высот среднего уровня продуктивности (IV класс высоты) по 5-летним классам возраста, были получены данные
средних высот для других уровней продуктивности насаждений, которые выравнивались аналитически (при R2 = 0,99): IV класс высоты (базовый) —
Н = 28,7/[ехр(2,987-1,6219/А-0,332668-1пА)+1]. (6)
I класс - Н = 36,83/[ехр(2,367+0,00008А2-3,1161 1п2А)+1]. (7)
II класс - Нп = 34,18/[ехр(2,44003+0,00005А2-0,30708 1п2А)+1]. (8)
III класс - Нш = 31,52/[ехр(2,53603+0,00002А2-0,30337 1п2А)+1]. (9)
V класс - Ну = 26,21/[ехр(2,23395+0,48905-1пА-0,39476 1п2А)+1]. (10)
VI класс - Ну = 23,55/[ехр(2,15201+0,77769-1пА-0,45673 1п2А)+1]. (11)
VII класс - Нуп = 21,00/[ехр(4,58735-0,04138/А2-1,04565 1п А)+1]. (12)
Различия между классами высоты, выраженные через а, составляют от 9,8 (1—11 классы) до 17,6% (VI—VII классы), что находится в допустимых пределах точности определения таксационных показателей при лесоустройстве. При расчётах средних высот для других классов высоты от «кривой-гид» (IV класс высоты) через среднеквадратическое отклонение можно использовать формулу, которая применяется при составлении ТХР в США [3] и даёт равнозначную точность с нашим методом суммирования средних высот и среднеквадратических отклонений. Эту формулу целесообразно при-
По данным уравнений 13-16 со снижением полноты заметное увеличение среднего диаметра тополёвников наблюдается в возрасте до 15-20 лет. При одном составе насаждений (8-10 ед.) на рост тополей по диаметру оказывает влияние полнота насаждений. Средний диаметр в среднеполнотных тополевниках выше, чем в высокополнотных, на 11,6% в 5 лет и на 2,7% - в 75 лет, то есть с 40 лет средние диаметры тополёвников при составе 8-10 ед. практически равнозначны.
Влияние состава на рост тополей по среднему диаметру неоднозначно. Снижение доли тополей
менять при расчётах средних высот насаждений с интервалом, не равным средним значениям основных (среднеквадратических) отклонений при составлении бонитетных шкал с заданным интервалом («шагом») высот в базовом возрасте, выраженном в процентах (10; 20%) или в абсолютных значениях (2;3 м и т.д.).
Ход роста тополёвых насаждений по диаметру Аппроксимация средних диаметров в зависимости от возраста по группам полноты и состава тополёвых насаждений среднего уровня продуктивности проведена по следующим уравнениям (при R2 = 0,99):
(13)
(14)
(15)
(16)
до 5—7 ед. в пределах полноты 0,5—0,7 как бы уменьшает наращивание деревьев по толщине в возрасте до 45 лет, а далее, наоборот, способствует увеличению среднего диаметра. По этой причине весь материал по полноте 0,5—0,7 объединён независимо от состава насаждений.
Определение средних диаметров по классам высоты может быть осуществлено аналогично расчётам средних высот, но это повышает трудоёмкость работ. Поэтому были использованы установленная закономерность связи среднего диаметра со средней высотой в базовом возрасте и индексы диаметров «кривой-гид» (базового
1. Полнота 0,8—1,0, состав 8-10 ед. - 1пД = -0,68316-0,00007-А2+1,12356-1пА.
2. Полнота 0,5—7,0, состав 8-10 ед. - 1пД= -0,51612-0,00008-А+1,1429НпА.
3. Полнота 0,5—7,0, состав 5-7 ед. - Д=А2/(0,68784+0,0136-А2+2,395,39-1п2А).
4. Полнота 0,5—7,0, состав 5-10 ед. - Д=А2/(0,58181+0,01436-А2+2,27638-1п2А)
класса высоты). Для нахождения средних диаметров в зависимости от высоты насаждений в базовом возрасте — 35 лет — использованы материалы глазомерной таксации и данные пробных площадей.
1. Полнота 0,8—1,0, состав 8—10 ед. по
характеристикам таксационных выделов — Д35 = 1,0312+1,09852-Н35, R2 = 0,74. (17)
2. Полнота 0,5—0,7, состав 5—10 ед.
Д35 = 2,136+1,07606-Н35, R2 = 0,87. (18)
Табулирование приведённых уравнений позволило рассчитать средние диаметры в базовом возрасте по всем классам высоты (табл. 1).
Следует отметить сходство значений средних диаметров по данным лесоустройства и пробным площадям. Умножая средние диаметры в базовом возрасте на индексы «кривой-гид», получили средние диаметры по классам возраста в каждом классе высот. Для полноты 0,5—0,7 расчёт средних диаметров по классам высоты может быть проведён через соотношение значений диаметров по «кривым-гид» средней и высокой полноты.
Возрастная динамика сумм площадей сечений (м2/га) и видовых высот. Площадь сечений ^) в м2/га для сомкнутых тополёвников в зависимости от средней высоты по данным пробных площадей определена по уравнению:
G = Н2/(0,00649+0,01628-Н2+ (19)
+1,345141-1пН), ^2=0,80). ( 9)
При определении общего запаса в ТХР используют значения запасов, установленных по пробным площадям, заложенным в предельно сомкнутых насаждениях разной продуктивности. Однако не всегда есть возможность заложить нужное количество пробных площадей в насаждениях разной продуктивности. По этой причине больше используют значения видовой высоты в зависимости от высоты насаждений, которые имеют меньшую изменчивость от других таксационных показателей. Детальные и обширные исследования динамики видовой высоты (HF) насаждений проведены В.В. Загреевым [4]. Установлено, что со снижением класса бонитета в насаждениях до 14 м значения видовых высот несколько повышаются, а при больших высотах отмечена лишь слабовыраженная тенденция к
повышению видовых чисел с ростом уровня их продуктивности.
Первоначально были определены уравнения зависимости видовой высоты (HF) от средней высоты насаждений по функции общего вида HF = Г(Н) для полнот 0,8 и более и 0,55—0,7 по данным пробных площадей (63 шт.) с 8 до 28 м, по которым различия HF в крайних высотах экспериментального материала составили в пределах ±3,4%.Среднеарифметическое отклонение двух линий регрессии составило 0,53%, среднеквадратическое — ±2,2%.
Следовательно, можно считать, что заметных различий зависимости видовых высот от средней высоты высокополнотных и среднеполнотных насаждений не наблюдается, тем более, что линии изменения HF имели точку пересечения на 17 м. Эти данные и результаты изучения формы стволов тополёвников [5] позволили объединить весь материал и продолжить исследования определения видовых высот в зависимости от средней высоты древостоев.
В специальной литературе нет чётких сведений о возможности использования закономерностей связи видового числа и видовой высоты (ИГ) с размерами деревьев для определения среднего видового числа или видовой высоты насаждений. Поэтому был рассмотрен вопрос о возможности использования модельных деревьев и данных пробных площадей для определения видовой высоты в зависимости от высот и диаметров древостоев: по модельным деревьям:
ИГ = 0,3336-И+0,5663-И/ё+
+0,8651,^2=0,91); (20)
по пробам: HF = 0,3757+0,3665-Н+
+0,7803-Н/Б, ^2 = 0,71). (21)
Чтобы проверить возможность использования уравнения (20) и (21) для нахождения видовой высоты насаждений (HF), проведено их табулирование для включённых в расчёт данных пробных площадей по средней высоте и среднему диаметру древостоев (63 п.п.). Систематическая ошибка в определении HF по уравнениям составила соответственно -1,59% и +1,67%. Из этого следует, что видовая высота для насаждений определяется по уравнению (20) с
1. Изменение средних диаметров насаждений в возрасте 35 лет в зависимости от средней высоты тополевников, см
Полнота, Классы высоты
состав I II III IV V VI VII
По характеристикам выделов
34,0 31,0 28,0 25,2 22,1 19,2 16,0
0,8-1,0 По пробным площадям
8-10 33,2 30,4 27,7 25,0 22,1 19,3 16,2
В среднем
33,6 30,7 27,8 25,1 22,1 19,2 16,1
0,5-0,7 5-10 34,5 31,6 28,7 25,9 22,9 20,0 16,9
2. Коэффициенты перевода диаметров и высот от высокополнотных к среднеполнотным насаждениям
Индексы Возраст, лет
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
1(1 1,15 1,09 1,07 1,05 1,04 1,03 1,03 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02
0,850 0,905 0,936 0,953 0,964 0,972 0,977 0,982 0,985 0,988 0,989 0,992 0,993
некоторым занижением значений (-1,59%), а по уравнению (21) они завышаются почти на такую же величину (+1,67%). Чтобы исключить почти равнозначные, но противоположные по знаку ошибки, было принято решение усреднить параметры уравнений (20) и (21) и рекомендовать единое уравнение:
ОТ=0,6204+0,35-Н+0,6733-Н/0. (22)
Согласно уравнению (22) систематическая ошибка в определении HF по данным пробных площадей оказалась практически «нулевой» (+0,03%). Уравнение (22) использовалось в расчётах видовой высоты, а затем запаса насаждений по значениям их средней высоты и среднего диаметра, которые содержатся в таблицах хода роста. Использование уравнения (20) в расчётах параметров уравнения (22) обусловлено большим разбросом по высоте модельных деревьев (от 4 до 32 м), чем средних высот насаждений (9—26 м).
Построение таблиц хода роста насаждений средней полноты может осуществляться методом, описанным для сомкнутых насаждений, но это трудоёмкий путь. Поэтому был использован упрощённый способ составления ТХР для насаждений средней полноты. Переход значений средних высот и диаметров к полноте 0,6 от высокой полноты осуществлён через переводные коэффициенты, которые получены на основе соотношения средних высот и диаметров древостоев средней и высокой полноты с использованием материалов лесоустройства. Переводные коэффициенты (индексы) получены (табл. 2) по уравнениям:
Рь = 102,52—259,9/А+
+541,57/А2 ^2 = 0,99); (23)
^ = 1,2947+0,001843А-0,0932251пА,
^2 = 0,99), (24)
где % и ^ — индексы высот и диаметров.
Дальнейшее составление таблиц хода роста насаждений средней полноты заключалось в редуцировании суммы площадей сечений на 1 га при полноте 0,6, как средней в группе полнот 0,5—0,7.
Запас (М) в ТХР высокополнотных и средне-полнотных насаждений определялся по общепринятой в таксации формуле: М = GHF. Число деревьев (густота) на 1 га устанавливалось путём деления суммы площадей сечения на площадь сечения среднего диаметра древостоя (N=G:Пd2/4). Изменение запаса (среднее и текущее) получено расчётным путём, как это принято в таксации. Таким образом, были составлены таблицы хода роста для сомкнутых и среднеполнотных пойменных тополёвых насаждений, произрастающих в сходных лесорастительных условиях, но разных уровней продуктивности.
Литература
1. Гурский А.Ан. К оценке роста и продуктивности пойменных тополёвников // Вестник ОГУ. 2006. № 10. С. 228-333.
2. Гурский А.Ак., Литвинов С.Н., Галиев И.Г. и др. Некоторые особенности роста тополевых насаждений в пойменных лесах Оренбургского лесхоза // Повышение устойчивости биоресурсов на адаптивно-ландшафтной основе: мат. международной научно-практ. конф. Ч. II. Оренбург, 2003. С. 186-190.
3. Анучин Н.П. Лесная таксация: учебник для вузов. 6 изд. М.: ВНИИЛМ, 2004. С. 156-183.
4. Загреев В.В. Географические закономерности роста и продуктивности древостоев. М.: Лесная промышленность, 1978. 239 с.
5. Гурский А.Ан., Гурский А.Ак. Влияние параметров деревьев на форму и полнодревесность стволов тополя чёрного // Проблемы геоэкологии Южного Урала: мат. Всероссийской науч.-практ. конф. Оренбург: ОГУ, 2003. С. 76-78.
