CC BY
103
УДК 630*521 (470. 343): 674. 032. 16
В. Л. Черных, А. В. Попова, Н. Г. Киселева
ТАБЛИЦЫ СУММ ПЛОЩАДЕЙ СЕЧЕНИЙ, ВИДОВЫХ ВЫСОТ И ЗАПАСОВ ДЛЯ ДРЕВОСТОЕВ СОСНЫ ИСКУССТВЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ РЕСПУБЛИКИ МАРИЙ ЭЛ
Составлены таблицы сумм площадей сечений, видовых чисел и запасов для древостоев сосны искусственного происхождения, произрастающих в условиях северо-восточной части Республики Марий Эл. На основе математического моделирования и функции роста Митчерлиха разработана новая стандартная таблица.
Ключевые слова: видовая высота, запас древостоя, сумма площадей сечения, класс бонитета насаждения, коэффициент изменчивости, таблицы хода роста, таблицы сумм площадей сечений.
Введение. Исследования в области создания стандартных таблиц сумм площадей сечений и запасов древостоев проводятся на протяжении многих десятилетий. В совершенствование методики их составления и разработки существенный вклад внесли профессора А. В. Вагин [1], А. В. Тюрин, Н. П. Анучин, П. М. Верхунов [2, 3], В. П. Во-ропанов [4], М. Л. Дворецкий [5], В. В. Загреев, В. С. Чернявский, Н. В. Выводцев, Н. Я. Саликов [6], Н. В. Третьяков [7] и многие другие.
Таблицы сумм площадей сечений (ЕО) и запасов (М), в зависимости от их назначения, методических основ и исходных материалов, могут быть составлены для разных уровней О и М, иметь различную структуру, определяемую составом таксационных признаков, принятых в качестве входа.
В течение долгого периода специальных таблиц сумм площадей сечений и запасов древостоев не было. Значения этих показателей входили в состав таблиц хода роста. В качестве входов в такие таблицы служили древесная порода, класс бонитета и возраст.
Многолетний опыт показал, что для практических целей конструкция таблиц сумм площадей сечений в зависимости от класса бонитета и возраста достаточно громоздка. Для пользования такими таблицами необходимо установить возраст и высоту древостоя, определить по ним класс бонитета и затем для данного класса бонитета и возраста найти значение площади сечения в соответствующей таблице сумм площадей сечений или в полных таблицах хода роста.
Развивая идеи Вейзе и Герхарда, проф. Н. В. Третьяков [2] произвел анализ зависимости сумм площадей сечений и запасов насаждений от высоты и нашел возможным выразить эту зависимость одним уравнением в пределах древесной породы для всех классов бонитета. Найденные таким образом расчетные значения сумм площадей сечений и запасов для всевозможных значений средней высоты были основой для составления общих для древесной породы таблиц.
© Черных В. Л., Попова А. В., Киселева Н. Г., 2009.
На основе переработки таблиц хода роста Герхарда по хвойным породам, Варгаса-де-Бедемара и проф. А. В. Тюрина по лиственным, проф. Н. В. Третьяков в 1941 году опубликовал «Таблицы сумм площадей сечений и запасов древостоев при полноте 1,0 на площади 1 га», названные впоследствии стандартными таблицами ЦНИИЛХ. Входами в них явились порода и средняя высота (Нср) древостоя.
В основе их построения - положение о том, что в формуле определения запаса -М = -Иср -¥ср - запас древостоя (М) породы есть только функции сумм площадей
сечений (£G) и средних видовых чисел (Рср) и при одинаковых средних высотах (Нср) имеют тождественные значения, независимо от типа лесорастительных условий (ТЛУ).
Нормативы эти были переработаны в 1963 году В. Б. Козловским и др. на основе накопившихся к тому времени многочисленных таблиц хода роста насаждений с взятием из них наибольших значений сумм площадей сечений и запасов.
Однако результаты исследований проф. П. В. Воропанова [4], проф. М. Л. Дворецкого [5] и др. показали, что при одинаковых средних высотах древостои высших классов бонитета имеют более высокие запасы, а низших - меньшие, чем это показано в стандартных таблицах ЦНИИЛХ.
Исследования последнего периода (В. В. Загреев, К. Б. Лосицкий, В. С. Чернявский, П. М. Верхунов и др.) позволили сделать важный вывод: сумма площадей сечения древостоев данной породы является функцией не только средней высоты, но и типа лесорастительных условий [2,6]. На основе изучения сосновых лесов выделено несколько лесорастительных зон и в литературных источниках отмечено, что с ухудшением лесорастительных условий при одинаковых средних высотах (Нср) сомкнутого древостоя значение суммы площадей сечений (£G) систематически падает. Кроме того, суммы площадей сечений нормальных древостоев при прочих равных условиях существенно различны для естественного и искусственного происхождения.
А. В. Вагин [1] предложил использовать статистический способ определения значений сумм площадей сечений сомкнутых насаждений непосредственным измерением их значений в таксационных выделах лесного массива:
а1ЯЖ=5Х,+з,о.<70. 0)
Более целесообразно использование для решения задачи следующих математических моделей [2]:
YJg■h = a0+a1■h; С^ =/{1ср (2)
(V г ^ 10_= ХО.+ 2,0- *'
100
(3)
где - среднее значение сумм площадей сечений древостоев в пределах групп
средних высот по классам бонитета, м2;
И - среднее значение высот древостоев в пределах образованных групп, м;
С^ - коэффициенты изменчивости сумм площадей сечений древостоев в группах
высот, %;
^8Ср ~ выравненные значения сумм площадей сечений по классам бонитета и средним высотам, м2;
С7|тх - максимальное значение сумм площадей сечений древостоев на уровне доверительного интервала 0,95 ^ = 2,0 - критерий Стьюдента), м .
Исследования показали, что видовая высота древостоев (HF) породы как компонент формулы запаса аналогично зависит от ряда природных факторов - средней высоты, коэффициента состава породы в запасе леса, полноты древостоя, класса бонитета насаждения:
HF = f (Нср, К, р, Б). (4)
С учетом изложенного учеными МарГТУ [6] составлены новые стандартные таблицы сумм площадей сечений и запасов насаждений различных пород для лесов Урала. В. В. Загреевым предложены нормативы полнот сосновых насаждений, В. С. Чернявским - по осине, Н. В. Выводцевым - по лиственнице, Н. Я. Саликовым - по березе и др. [5].
В литературе содержатся многочисленные эмпирические таблицы сумм площадей сечений и запасов сомкнутых насаждений различных пород, построенных с неодинаковой точностью, по различным методикам, на разном исходном материале.
В лесоустройстве стандартные таблицы сумм площадей сечения и запаса служат для определения и корректировки запаса древостоев при их натуральной таксации через относительную полноту.
Поэтому стандартные таблицы сумм площадей сечения и запаса должны быть построены лишь с учетом крупных природных факторов: лесорастительного района, средней высоты (Нср), класса бонитета и происхождения древостоя.
В качестве же критерия биологической продуктивности леса следует применять местные таблицы хода роста сомкнутых насаждений или же региональные стандартные таблицы сумм площадей сечений и запасов древостоев.
Цель работы. Исследовать закономерности изменения сумм площадей сечений и запасов древостоев сосны искусственного происхождения и разработать стандартные таблицы сумм площадей сечений видовых высот и запасов.
Объект исследований. Объектом исследования явились искусственные древостои сосны, произрастающие в типе леса майниково-брусничном в северо-восточной части Республики Марий Эл.
Экспериментальный материал. Пробные площади в количестве 10 штук были заложены на территории Сернурского и Бушковского лесничеств Республики Марий Эл в условиях произрастания сосны обыкновенной искусственного происхождения. Закладка пробных площадей произведена согласно ОСТ-56-69-83 «Пробные площади лесоустроительные. Методы закладки». На каждой пробной площади исследовалось 2025 учетных деревьев.
Таксационная характеристика древостоев пробных площадей приведена в табл. 1.
Исходные данные по пробным площадям обрабатывались на ПК с использованием программы «Proba 2005» (МарГТУ).
Эффективность пакета прикладных программ «Proba 2005» заключается в комплексном подходе к обработке, хранению и накоплению входной и расчетной информации в базах данных [8]. Параллельная статистическая обработка по таксационным показателям и учетным деревьям позволяет в диалоговом режиме оценить исходные данные на точность и изменчивость, а также выявить закон распределения случайной величины.
После проверки и корректировки информации по пробной площади выполняется расчет в программе «Proba 2005».
Т а б л и ц а 1
Таксационные показатели пробных площадей древостоев сосны искусственного происхождения северо-восточной части Республики Марий Эл
Индекс Коэффи-
№ ПП Возраст, лет Диаметр, см Высота, м Запас, м3 Сумма G, м2/га Густота, шт/га класса бонитета, ед циент состава, %
1 62 23,4 26,6 385,0 26,3 612 35,1 100
2 64 25,0 26,3 256,5 20,1 408 36,2 100
3 66 26,2 27,7 351,9 28,0 517 35,3 100
4 72 30,9 26,6 438,7 35,9 480 33,9 100
5 86 36,5 33,1 692,1 46,5 445 36,9 100
6 93 43,2 32,7 474,9 33,6 229 36,8 100
7 109 38,4 31,6 411,5 28,9 250 33,0 100
8 65 32,6 30,3 452,2 32,6 391 37,1 100
9 66 30,9 26,5 529,4 43,5 582 38,5 100
10 71 29,0 29,0 613,3 48,0 728 36,5 100
Результаты исследований. Для полного анализа таблиц сумм площадей сечений и запасов древостоев сосны искусственного происхождения использовался математический подход. По экспериментальным материалам были подобраны 11 множественных уравнений. В качестве аргументов в моделях были приняты показатели: высота, диаметр, возраст, густота, индекс класса бонитета.
Математические модели, характеризующие суммы площадей сечений, приведены в табл. 2.
Т а б л и ц а 2
Математические модели сумм площадей сечений сосняков искусственного происхождения
№ п/п Аргументы Вид уравнения Коэфф. корреляции
1 Высота, общая густота, индекс бонитета 01=-107,24+2,62Н0,05^+1,2МЬоп 0,812
2 Диаметр, высота, общая густота, индекс бонитета 02=-78,19+1,67^+0,16^Н+0,07№0,6МЪоп 0,955
3 Высота, индекс бонитета 03=-82,81+1,01-Н+2,45-1Ьоп 0,534
4 Высота, возраст 04=-7,05+1,94-Н-0,19-А 0,381
5 Диаметр, высота, индекс бонитета 05=-76,02+0,27^+0,47-Н+2,45-1Ьоп 0,543
6 Диаметр, высота 06=10,01+0,26-а+0,56-Н 0,326
7 Диаметр, общая густота, индекс бонитета 07=-75,64+1,73^+0,07^+0,6МЪОП 0,955
8 Диаметр, высота, общая густота, индекс бонитета, возраст 08=-73,43+1,73^+0,2^И+0,07№0,46^1ЪОП -0,04-А 0,955
9 Диаметр, высота, возраст 09=6,57+0,82^+0,95-Н-0,34-А 0,453
10 Общая густота, возраст 010=-21,84+0,05№0,42^А 0,657
11 Высота = 48 • <- ехр ( 0,036052 ХГ""73 0,571
Табулированные значения сумм площадей сечений (2Сг) по рассмотренным моделям в зависимости от конкретных значений аргументов (табл. 2) представлены в виде таблицы (табл. 3).
Т а б л и ц а 3
Расчетные значения сумм площадей сечений по математическим моделям
A H О: О2 G3 О4 О5 G6 О7 О8 О9 G10 G„
10 6,6 339,26 540,85 7,04 3,78 11,76 14,88 543,76 541,96 13,20 415,45 16,18
20 14,4 112,86 175,49 15,87 16,93 17,86 20,62 176,82 176,09 21,64 143,58 25,48
30 18,9 61,84 89,13 20,64 23,67 21,60 24,44 89,88 89,67 26,69 77,53 29,29
40 22,1 43,52 57,06 23,86 27,90 24,40 27,46 57,52 57,60 30,24 51,93 31,55
50 24,6 35,99 42,94 26,62 30,77 26,96 29,93 43,22 43,43 32,65 40,28 33,09
60 26,9 31,23 31,26 25,26 33,24 24,76 31,60 31,25 31,79 32,65 34,48 32,04
70 28,5 30,17 30,75 27,12 34,36 26,95 33,62 30,73 31,23 34,35 32,69 33,95
80 30 30,43 30,59 29,60 35,29 29,56 35,34 30,54 30,92 35,15 32,26 35,59
90 31,2 30,85 32,23 31,30 35,63 31,56 36,91 32,19 32,42 35,74 33,15 36,80
100 32,4 32,69 34,87 33,97 35,98 34,44 38,37 34,82 34,86 36,00 35,10 37,92
110 33,6 34,84 37,03 36,90 36,32 37,42 39,71 36,95 36,76 35,85 37,25 38,96
В результате анализа было выявлено, что множественные линейные уравнения (№1, 2, 7 и 8 табл. 2, 3) не дают корректные результаты для прогнозирования сумм площадей сечений на всем интервале изменения высот древостоев объекта исследований. Значительные отклонения результатов расчета ^О от экспериментальных данных мы получим при возрасте древостоя до 60 лет. Это связано с тем, что ход изменения сумм площадей сечений (£О) с высотой носит нелинейный характер. Наиболее правильной функцией для описания роста и развития живых систем служит формула Мит-черлиха [8]:
Сср^а^^-ехрЩга^Н^. (5)
Расчеты показали, что модель Митчерлиха оказалась наиболее адекватна. Определяем Сср по этому уравнению:
Сср = 48 • <- ехр 0,036052 ■ Н~2Л00473 . (6)
Коэффициент изменчивости сумм площадей сечений в среднем равен 19,9%, который и принят для практического использования. Расчет максимальных сумм площадей сечения производится по формуле (3).
В табл. 4 приведены средние и максимальные значения сумм площадей сечений, рассчитанные по системе моделей.
Т а б л и ц а 4
Значения средней и максимальной величин сумм площадей сечений древостоев сосны искусственного происхождения
Средние высоты Н Суммы площадей сечений
Gcp Gmax
5 13,58 18,99
10 20,78 29,05
15 26,04 36,41
20 30,10 42,09
25 33,32 46,59
30 35,91 50,21
35 38,02 53,15
Видовые высоты рассчитывались по модели НЕ = 0,556 + 0,444 •Н (г = 0,98).
Запас древостоя определялся по формуле М = ^С-НР.
Новая стандартная таблица сумм площадей сечений, видовых высот и запасов представлена в табл. 5.
Т а б л и ц а 5
Новая стандартная таблица сумм площадей сечений, видовых высот и запасов для искусственных древостоев сосны
Высота, Н Сумма площадей сечений, Yß Видовая высота, HF Запас на 1 га, М
10 29,1 5,00 145
12 32,2 5,89 190
16 37,7 7,66 289
20 42,1 9,44 397
24 45,8 11,21 513
28 48,9 12,99 635
32 51,5 14,77 760
36 53,7 16,54 888
40 55,6 18,32 1018
В табл. 6 представлено сравнение сумм площадей сечений и запасов стандартных таблиц и вновь составленных таблиц для древостоев сосны искусственного происхождения.
Т а б л и ц а 6
Сравнение сумм площадей сечений и запасов стандартных таблиц и вновь составленных (порода сосна)
Средняя высота, Н, м Сумма площадей сечений на 1 га, м2 Запас на 1 га, м3 Отклонения
стандартные таблицы новые таблицы стандартные таблицы, м3 новые таблицы, м3 YG М
абсолют- 2 ные, м относительные, % абсолют- 3 ные, м относи-тельные, %
10 25,9 29,1 128 145 -3,2 -10,9 -17 -11,8
12 28,5 32,2 166 190 -3,7 -11,6 -24 -12,5
14 30,6 35,1 204 238 -4,5 -12,8 -34 -14,2
16 32,3 37,7 243 289 -5,4 -14,2 -46 -15,8
18 33,6 40,0 281 342 -6,4 -16,0 -61 -17,8
20 34,7 42,1 318 397 -7,4 -17,6 -79 -19,9
22 35,6 44,0 355 454 -8,4 -19,1 -99 -21,9
24 36,4 45,8 391 513 -9,4 -20,5 -122 -23,8
26 37,0 47,4 425 573 -10,4 -21,9 -148 -25,9
28 37,4 48,9 460 635 -11,5 -23,4 -175 -27,5
30 37,8 50,2 493 697 -12,4 -24,7 -204 -29,3
32 38,1 51,5 525 760 -13,4 -26,0 -235 -30,9
34 38,4 52,6 557 824 -14,2 -27,0 -267 -32,4
36 38,6 53,7 588 888 -15,1 -28,1 -300 -33,8
38 38,8 54,6 618 953 -15,8 -29,0 -335 -35,1
40 38,9 55,6 647 1018 -16,7 -30,0 -371 -36,4
Значения сумм площадей сечения и запасов на 1 га у вновь составленных таблиц выше, чем у «стандартных». Относительные отклонения в запасах составляют от 11,8 до 36,4 %.
Выводы
1. Для древостоев сосны искусственного происхождения, произрастающих в условиях северо-восточной части Республики Марий Эл, впервые составлены таблицы сумм площадей сечений, видовых высот и запасов.
2. Сравнение при одинаковых высотах сумм площадей сечений древостоев «стандартных таблиц» и новых выявило наибольшее их значение у новых. Относительные отклонения в запасах составляют от 11,8 до 36,4 %.
3. Повышенные значения запасов в новых стандартных таблицах можно объяснить интенсивным ростом культур и высокой полнодревесностью стволов.
Список литературы
1. Антанайтис, В. В. Современное направление лесоустройства / В. В. Антанайтис. - М.: Лесная промышленность, 1977. - 280 с.
2. Верхунов, П. М. Таксация леса: учебное пособие / П. М. Верхунов, В. Л. Черных. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2007. - 396 с.
3. Верхунов, П. М. Лесотаксационный справочник для лесов Урала (нормативные материалы для Пермской, Челябинской, Свердловской, Курганской областей и Башкирской АССР). Ч. 1 / Гос. ком. СССР по лесу, Мин. лесного хозяйства РСФСР. Мар. Политехи. ин-т им. А. М. Горького; [сост. Верхунов П. М., Попова А. В., Черных В. Л. и др.]. - М., 1991. - 239 с.
4. Воропанов, П. В. Определение текущего древесного прироста / П. В. Воропанов. - Л.: Гослесбум-издат, 1961. - 134с.
5. Дворецкий, М. Л. Текущий прирост древесины ствола и древостоя / М. Л. Дворецкий. - М.: Лесная промышленность, 1964. - 126с.
6. Загреев, А. В. Общесоюзные нормативы для таксации лесов / В. В. Загреев, В. И. Сухих, А. З. Шви-денко, Н. Н. Гусев, А. Г. Мошкалев. - М.: Колос, 1992. - 495 с.
7. Третьяков, Н. В. Справочник таксатора / Н. В. Третьяков и др. - Л.: Гослесбумиздат, 1952. - 853 с.
8. Черных, В. Л. Информационные технологии в лесном хозяйстве: учебное пособие / В. Л. Черных, В. В. Сысуев. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2000. - 377 с.
Статья поступила в редакцию 12.02.09.
V. L. Chernykh, А. V. Popova, N. G. Kiselyova
TABLES OF CROSS-SECTION AREA SUMS, FORM HEIGHTS AND STOCK VOLUME FOR ARTIFICIAL PINE OF NORTH-EASTERN PART OF MARI EL
Tables of cross-section area sums, form numbers and stock volume for artificial pine growing in the environment of north-eastern part of Mari El are elaborated. A new standard table is developed on the basis of mathematic modeling and Mitcherlikh growth function.
Key words: form height, stock volume, cross-section area sum, plantation capacity class, variability ratio, growth progress tables, tables of cross-section area sums.
ЧЕРНЫХ Валерий Леонидович - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, зав. кафедрой лесной таксации и лесоустройства МарГТУ, заслуженный лесовод Республики Марий Эл. Область научных интересов - лесная таксация, математическое моделирование,
информационные и ГИС-технологии в лесном хозяйстве. Автор более 200 научных работ, автор (соавтор) 16 монографий, лесотаксационных справочников, 5 авторских свидетельств на программное обеспечение.
ПОПОВА Александра Викторовна - кандидат сельскохозяйственных наук, профессор кафедры лесной таксации и лесоустройства. Область научных интересов - лесная таксация, лесоустройство в лесном хозяйстве. Автор более 90 научных статей, лесотаксационных справочников, учебных пособий, методических указаний.
КИСЕЛЕВА Наталья Геннадьевна - аспирант кафедры лесной таксации и лесоустройства МарГТУ. Область научных интересов - лесная таксация, системный анализ и моделирование экосистем. Автор четырех публикаций.
