CC BY
30
УДК 630*525:582.475.4(470.4)
В.Л. Черных, А.А. Домрачев, А.С. Елсуков, Н.Г. Киселева, Н.Н. Охотин
Марийский государственный технический университет
Черных Валерий Леонидович родился в 1952 г., окончил в 1978 г. Марийский политехнический институт, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой лесной таксации и лесоустройства, научный руководитель научно-исследовательской лаборатории «Современные информационные технологии в лесном хозяйстве» Марийского государственного технического университета, заслуженный лесовод Республики Марий Эл. Имеет более 240 печатных работ по проблемам лесной таксации, математического моделирования, информационных и ГИС-технологий в лесном хозяйстве. E-mail: sitlx@rambler.ru
Домрачев Алексей Анатольевич родился в 1983 г., окончил в 2006 г. Марийский государственный технический университет, аспирант кафедры лесной таксации и лесоустройства МарГТУ. Имеет 7 печатных работ в области лесной таксации и аэрокосмических методов в лесном хозяйстве. E-mail: adomrachev@mail.ru, adomrachev@rambler.ru
Елсуков Алексей Сергеевич родился в 1982 г., окончил в 2006 г. Марийский государственный технический университет, аспирант кафедры лесной таксации и лесоустройства МарГТУ. Имеет 6 печатных работ в области лесной таксации.
E-mail: aelsukov82@mail.ru
Киселева Наталья Геннадьевна родилась в 1975 г., окончила в 1998 г. Марийский государственный технический университет, аспирант кафедры лесной таксации и лесоустройства МарГТУ. Имеет 4 печатные работы в области лесной таксации, системного анализа и моделирования экосистем. Тел.: 8(8362)41-69-55
Охотин Николай Николаевич родился в 1980 г., окончил в 2003 г. Марийский государственный технический университет, аспирант кафедры лесной таксации и лесоустройства МарГТУ. Имеет 6 печатных работ в области лесной таксации. Тел.: 8(8362)41-69-55
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТОВАРНОЙ СТРУКТУРЫ СОСНЯКОВ ИСКУССТВЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ РЕГИОНОВ ПОВОЛЖЬЯ
Рассмотрены закономерности товарной структуры сосняков искусственного происхождения четырех регионов Поволжья. По эмпирическим материалам разработаны математические модели выхода деловой древесины по категориям крупности и сортам. Составлены сортиментные таблицы.
Ключевые слова: сосняки искусственного происхождения, Поволжье, выход деловой древесины, сортиментные таблицы.
Доля древостоев искусственного происхождения за последнее время резко увеличивается. Часть таких лесов, особенно созданных на ранних этапах лесокультурного производства, достигла возраста спелости и уже вовлекается в эксплуатацию, в связи с чем возникает необходимость их точного учета и детальной оценки. В настоящее
время эффективность лесокультурного производства определяется главным образом продуктивностью древостоев на различных стадиях формирования. Однако современная экономическая ситуация требует также оценки качества древесины, что может предопределить стоимость получаемых лесоматериалов. По Среднему Поволжью нет нормативов
для таксации таких древостоев, следовательно, лесное хозяйство несет ущерб от неправильной количественной и качественной оценки леса. Значительные объемы лесных культур, созданных в регионе на протяжении 100 лет, и немногочисленность проведенных ранее исследований качества древесины сосны обусловливают актуальность рассматриваемого вопроса.
Одним из важнейших показателей качественной оценки древостоев является выход деловой древесины и сорти-ментная структура, выраженная в процентах от общего запаса элемента леса.
В связи с лесотаксационным районированием территории России в настоящее время разрабатываются региональные нормативы для таксации лесов. Анализ литературных источников показал, что при составлении сор-тиментных и товарных таблиц основным является графический метод [1, 3, 6].
В методиках последних лет большое внимание уделяется моделированию таксационных закономерностей и связей при разработке объемных, сортиментных и товарных таблиц, которые образуют систему нормативов для количественной и качественной оценки запаса древостоев [2]. Основные положения по составлению этих таблиц на основе математического моделирования содержатся в работах А.Г. Мошкалева, К.Е. Никитина, Н.Т. Воинова, П.М. Верхунова [2]. Обширные исследования по разработке и обоснованию математических моделей, отражающих существующие закономерности товарной структуры отдельного дерева и древостоя в целом, проведены А.Г. Мошкалевым, П.В. Горским, Н.П. Анучиным и другими исследователями. В 2000 г. В.Л. Черных предложил алгоритм разработки таких таблиц на основе системы математических моделей [2].
Необходимо отметить, что в 1987 г. В.В. Успенским по данным более 200 пробных площадей и лесосек сплошной рубки была проведена това-ризация сосняков искусственного происхождения южной части России [6]. Выход деловой древесины в таких насаждениях оказался в среднем на 2...4 % выше, чем при оценке запаса по таблицам Н.П. Анучина [1].
Цель наших исследований - выявление закономерностей сортимент-ной структуры сосняков искусственного происхождения четырех регионов Поволжья (Кировская, Нижегородская области, Республика Марий Эл и Чувашская Республика) и последующая разработка систем лесотаксационных нормативов для мониторинга использования лесных ресурсов и кадастровой оценки лесов.
Нами предложен следующий алгоритм разработки сортиментных таблиц.
1. Разработка методики исследования.
2. Сбор и обработка экспериментального материала.
3. Моделирование шкалы разрядов высот.
4. Разработка объемных таблиц по разрядам высот.
5. Моделирование сортиментной структуры древостоев регионов.
6. Составление сортиментных таблиц по разрядам высот.
7. Анализ новых нормативов.
Сбор экспериментальных данных проводился в полевые периоды 2004-2007 гг. в соответствии с ОСТ-56-69-83 [4]. Было заложено 200 пробных площадей в четырех регионах Среднего Поволжья с рубкой и обмером 3278 учетных деревьев и 226 деревьев с полным анализом хода роста древесного ствола (табл.1).
Таблица 1
Распределение экспериментальных данных по регионам
Регион Пробные площади, шт. Модельные деревья, шт. Деревья для полного анализа хода роста, шт.
Чувашская Республика 47 835 47
Республика Марий Эл 60 785 60
Нижегородская область 36 620 42
Кировская « 57 1038 77
Итого 200 3278 226
Обработка полученного экспериментального материала проводилась на ПК с применением программ, разработанных на кафедре лесной таксации и лесоустройства МарГТУ -PROBA 2005, PROBA, XOD и статистического пакета STATISTICA 6.0. Для выявления соотношения высот и диаметров деревьев использовали математический подход. По материалам модельных (учетных) деревьев подобрана функция Мичерлиха, приемлемая для описания динамики изменения таксационных показателей и удовлетворяющая необходимым требованиям при определении общих закономерностей роста древостоев сосны искусственного происхождения.
Для построения шкалы разрядов высот был проведен многовариантный расчет хода роста отдельных деревьев по высоте и диаметру. В соответствии с оптимальной функцией роста построена новая шкала разрядов высот. Коли-
чество разрядов устанавливалось с учетом покрытия всей области соотношения высот и диаметров исследуемой совокупности (рис. 1). Общая математическая модель имеет вид /?„ =38 [1-ехр(-0,0388 ¿/13;)]0-9627 ■ 0,88 м ,
где к - высота дерева, м;
d13 - диаметр на высоте 1,3 м, см; у - разряд высот; I - индекс ступени толщины, I = 1, ..., п (п - общее число ступеней толщины). Для разработки объемных таблиц рассчитаны модели видовых чисел f (табл. 2).
При определении объема ствола по ступеням толщины использована общепринятая формула, учитывающая площадь поперечного сечения, высоту и видовое число:
v» =
10~4тг 4
dLhjf.
Таблица 2
Модели видового числа по регионам
Регион Математическая модель Я Я2
Чувашская Республика 3 4742 / - 0,0515 + ' + 0,5867«^ Зк 0,844 0,713
Республика Марий Эл 2 4310 / - 0,0418 + , + 0,5995^2 Зк 0,838 0,702
Нижегородская область 4 2143 / - 0,0352 + , + 0,5828^2 Зк 0,845 0,714
Кировская « 3 1 308 / - 0,0313 + , + 0,6295^2 3И 0,869 0,756
Система объемообразующих моделей явилась основой для составления объемных таблиц по четырем регионам Поволжья (табл. 3).
Для выявления различий в выходе древесины по сортам и объемо-образующих показателей по регионам было проведено сравнение экспериментальных данных с использованием 1-критерия Стьюдента [5]. Результаты расчетов приведены в табл. 4.
С вероятностью 0,95 (:ст > 2) доказано различие по выходу деловой древесины по сортиментам и категориям крупности для республик Чувашия, Марий Эл, Нижегородской и Кировской областей (табл. 4). Выявлены также существенные различия во всех регионах Поволжья по видовому числу и коэффициенту формы ствола, что подтвер-
ждает необходимость составления объемных, сортиментных и товарных таблиц на региональном уровне. Анализ экспериментальных материалов показал, что соотношение высот и диаметров по регионам можно принять единым, следовательно, использовать единую шкалу разрядов высот.
Для характеристики выхода деловой древесины сосняков искусственного происхождения нами разработаны многофакторные математические модели по регионам, которые характеризуются высоким коэффициентом корреляции и детерминации (табл. 5, рис. 2 и 3). Эти модели послужили основой сортиментных таблиц для сосняков искусственного происхождения Кировской, Нижегородской областей, Марийской и Чувашской республик.
Рис. 2. Выход деловой древесины
Таблица 5
Модели выхода деловой древесины
Регион
Математическая модель
R
R
Чувашская Республика Республика Марий Эл Нижегородская область Кировская «
Чувашская Республика Республика Марий Эл Нижегородская область Кировская «
Чувашская Республика Республика Марий Эл Нижегородская область Кировская «
Чувашская Республика Республика Марий Эл Нижегородская область Кировская «
Чувашская Республика Республика Марий Эл Нижегородская область Кировская «
Деловая древесина Pde, = 90[1 - ехр(—0,2865/г)]об298{0,9898[1 - ехр(-0,286СЦ 3 )]4 } Pdel = 90[1 - ехр(-0,2678Й)] 0,5923{1,0116 [1 - exp(-0,2678tf 1>3 )]4 }
рм = 90[1 - ехр ( - 0,2862/î)]°'7S64{l,0017[l - exp(-0,2862i/u )]4} Pdel = 90[1 -ехр(—0,348(%)]7,3706{0,9986[1 - ехр(-0,3486^ 3)]4} Крупная деловая древесина
кг = 82,9256{[1 -ехр(-0,0046о'1 ,Л)]39'646} кг = 76,1909{[1 -ехр(-0,0059^,Л)]101-787} кг = 75,6031{[1 - exp(-0,0076t/[ ,/г)]600'448} кг = 76,2118{[1 - ехр(-0,0050^,Л)]55'5416}
Средняя 1 деловая древесина
727.949- 0.3509- 122013ехр(-0.3509^ 3 )
cri =-=-:—
[1 + 122013exp(-0.3509i/1 з )]2
729.777-0.3385-911419exp(-0.3385rfu)
[1 + 9114.19exp(-0.3385i/1 з )]2
666.958- 0.3924- 448533ехр(-0.3924/! з )
[1 + 44 8533 ехр(-0.392^ з )]2
679.031 ■ 0.3762 ■ 18920.3 exp(-0,3762i/u )
[1 +18920.3ехр(-0.3762^13)]2
Средняя 2 деловая древесина
457.176-0.4513-6955.67exp(-0.4513rf13)
cri =
сг\ =
cri
сг2 = -
сг2 =
[1 + 6955.67exp(-0.4513rf13)]2 462.688-0.4443-62317 ехр(-0.4443^ 3)
сг2 =
сг2 -
[1 + 62317 exp(-0.4443rf1 з )]2 459.021- 0.476-157661 ехр(-0.476^ з )
[1 +157661 exp(-0.476rf1 з )]2 47Z656 ■ 0.4615 ■ 6984.93ехр(-0.4615 cll} ) [1 + 6984.93exp(-0.4615c/j 3)]2
Мелкая деловая древесина
984.492-0.324 ■ 49.5482ехр(-0.324^ 3 )
m =-г-:—
[1 + 49.5482exp(-0.324rf13)]2
970.711 • 0.3464- 70.3981ехр(-0.3464/! 3 )
т =---—
[1 + 70.3981ехр(-0.3464/! 3)]2
106153 • 0.3119- 50ехр(-0.31194 3 ) m =---:—
[1 + 50ехр(-0.31 19î/j 3)]
957.244- 0.3545- 70.8127ехр(-0.35 45t/[ 3)
m =---:—
[1 + 70.8127ехр(-0.3 545^ з )]2
Отклонение выхода деловой древесины по регионам от нормативов по В.В. Успенскому, %
0,847 0,903 0,916 0,882 0,717 0,815 0,839 0,778
0,892 0,796
0,916 0,839
0,959 0,920
0,880 0,774
0,919 0,845
0,915 0,837
0,941 0,885
0,924 0,854
0,867 0,752
0,877 0,761
0,883 0,780
0,889 0,790
0,949 0,901
0,941 0,885
0,954 0,910
0,942 0,887
Таблица 6
Регион Диаметр, см
8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56
Чувашская Республика -24,13 -2,93 2,04 2,54 2,51 1,43 0,96 0,75 -1,32 -0,55 -0,63 0,24 5,69
Республика Марий Эл -24,15 -2,19 3,08 3,69 3,70 2,63 2,16 1,95 -0,14 0,64 0,57 1,45 6,96
Нижегородская область -28,34 -4,36 2,61 4,07 4,46 3,53 3,12 2,93 0,83 1,63 1,55 2,44 8,01
Кировская « -28,61 -1,80 3,34 3,52 3,36 2,25 1,79 1,60 -0,48 0,31 0,24 1,13 6,63
Полученные результаты сравнивали с действующими нормативами -сортиментными таблицами для сосны искусственного происхождения В.В. Успенского [6]. Таблица разрядов высот В.В. Успенского составлена для Центрального Черноземного района европейской части. Сравнение выполняли по среднему разряду высот. Оказалось, что при использовании нормативов В.В. Успенского объемы стволов систематически завышаются на 3,5...21,0 % (табл. 6). Аналогичное сравнение таблиц В.В. Успенского и новых сортиментных таблиц показало, что различия в выходе деловой древесины составляют от -28,6 до +4,5 % (табл. 6).
Выводы
Исследования подтверждают необходимость применения регионального подхода при составлении ле-сотаксационных нормативов, что позволит повысить точность таксации сосняков искусственного происхождения регионов Поволжья по выходу деловой древесины в среднем на 3.5, по категориям крупности и сортности на 10.30 %.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Анучин Н.П. Сортиментные и товарные таблицы. М.: Лесн. пром-сть, 1981. 536с.
m >70
га <70
Рис. 3. Выход крупной CZ3 древесины
И <40
га <30 га <20
Ш <10
2. Верхунов П.М., Черных В.Л. Таксация леса: учеб. пособие. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2007. 396 с.
3. Общесоюзные нормативы для таксации лесов / В.В.Загреев [и др.]. М.: Колос, 1992. 495с.
4. ОСТ-56-69-83. Пробные площади лесоустроительные. Метод закладки. М.: ЦБНТИлесхоз, 1984. 60 с.
5. Соколов П.А., Черных В.Л. Вариационная статистика: учеб. пособие. Йошкар-Ола: МарПИ, 1990. 104 с.
6. Сортиментные и товарные таблицы для лесов центральных и южных районов европейской части РСФСР / под ред. В.В. Загреева, А.Ф. Баранова. М.: ВНИИЛМ, 1987. 128 с.
Поступила 03.02.09
V.L. Chernykh, A.A. Domrachev, A.S. Elsukov, N.G. Kiseleva, N.N. Okhotin Mari State Technical University
Regularities of Commodity Composition of Planted Pine Stands in Povolzhie Region
Regularities of commodity composition of planted pine stands of four Povolzhie regions are considered. Mathematical models of industrial timber output according to size and grade are developed based on the empirical data. Cut-to-length tables are compiled.
Keywords: planted pine stands, Grade Povolzhie, industrial timber output, cut-to-length tables.
Таблица 3
Фрагмент объемных таблиц сосняков искусственного происхождения
й к Чувашская Республика Нижегородская область Республика Ма рий Эл Кировская область
Я2 / V Я2 / V Я2 / V Я2 / V
8 9,4 0,717 0,519 0,024 0,704 0,502 0,024 0,726 0,510 0,024 0,731 0,533 0,025
12 12,9 0,717 0,495 0,072 0,704 0,473 0,069 0,718 0,488 0,071 0,728 0,510 0,074
16 15,9 0,716 0,485 0,155 0,704 0,462 0,148 0,711 0,478 0,153 0,724 0,499 0,160
20 18,5 0,713 0,479 0,278 0,704 0,457 0,265 0,706 0,471 0,274 0,718 0,492 0,285
24 20,6 0,710 0,475 0,444 0,703 0,454 0,424 0,701 0,467 0,436 0,712 0,486 0,454
28 22,5 0,706 0,471 0,653 0,703 0,451 0,625 0,696 0,463 0,642 0,706 0,480 0,666
32 24,1 0,701 0,468 0,905 0,702 0,450 0,871 0,693 0,460 0,891 0,698 0,475 0,920
36 25,4 0,696 0,464 1,201 0,701 0,448 1,161 0,690 0,458 1,185 0,690 0,469 1,215
40 26,6 0,691 0,460 1,537 0,700 0,447 1,494 0,687 0,456 1,523 0,682 0,464 1,550
44 27,6 0,685 0,456 1,912 0,699 0,446 1,871 0,684 0,454 1,904 0,674 0,458 1,921
48 28,4 0,678 0,452 2,325 0,698 0,445 2,289 0,682 0,453 2,328 0,665 0,452 2,326
52 29,1 0,672 0,448 2,773 0,697 0,444 2,749 0,681 0,451 2,794 0,656 0,446 2,762
56 29,8 0,665 0,444 3,253 0,695 0,443 3,248 0,679 0,450 3,301 0,646 0,440 3,227
60 30,3 0,658 0,440 3,765 0,694 0,442 3,787 0,678 0,449 3,849 0,637 0,434 3,717
64 30,7 0,651 0,435 4,304 0,693 0,441 4,364 0,676 0,449 4,437 0,627 0,428 4,231
68 31,1 0,644 0,431 4,870 0,692 0,440 4,978 0,675 0,448 5,063 0,617 0,421 4,765
72 31,5 0,636 0,426 5,461 0,690 0,439 5,628 0,674 0,447 5,729 0,607 0,415 5,318
76 31,8 0,629 0,422 6,074 0,689 0,438 6,313 0,673 0,447 6,432 0,597 0,409 5,886
80 32,0 0,621 0,417 6,709 0,687 0,437 7,034 0,673 0,446 7,173 0,587 0,402 6,469
Таблица 4
Значение ^критерия Стьюдента для характеристики товарности сосняков искусственного происхождения
Показатели товарной структуры древесины
Сравнивае- Диа- Крупная сорта Средняя 1 сорта Средняя 2 сорта Мелкая сорта Итого деловая Техно- Дрова Отходы
мые регионы метр, см 1 2 Итого 1 2 Итого 1 2 Итого 1 2 Итого логическое сырье топливные
Кировская 8 - - - - - - - - - 1,3 1,1 1,5 1,5 1,0 2,5 1,3
область - 12 - - - - - - 0,3 - 0,3 0,3 0,9 2,0 2,0 2,5 1,3 0,9
Республика 16 - - - 0,9 - 1,4 1,6 1,2 1,2 0,7 0,9 0,4 1,1 0,4 1,8 0,9
Марий Эл 20 - - 0,0 1,2 0,6 1,0 2,0 5,4 1,0 1,3 18,1 1,7 3,8 0,4 0,0 7,8
24 0,3 1,0 1,1 1,5 0,8 2,1 0,9 3,4 1,2 0,8 5,3 3,2 0,5 1,8 1,6 1,4
28 0,5 1,2 0,8 1,5 0,7 0,2 0,7 0,8 1,2 2,2 4,4 1,2 0,7 0,8 0,7 1,4
32 1,3 0,1 1,9 3,1 1,8 2,0 1,0 0,7 2,0 0,9 3,9 1,6 1,1 1,0 1,6 0,5
36 1,6 0,9 0,4 3,4 2,8 0,9 0,8 0,6 1,1 0,6 3,1 1,2 2,2 1,2 1,1 2,0
40 1,4 1,6 2,2 5,6 1,6 3,2 1,7 1,1 0,8 3,3 1,0 3,0 1,7 0,9 0,4 1,6
Кировская 8 - - - - - - - - - 1,5 1,9 1,9 0,7 1,2 5,3
область - 12 - - - - - - 2,2 - 2,2 1,5 0,5 4,9 8,3 3,1 4,0 9,0
Нижегород- 16 - - - 1,4 - 1,4 4,8 2,2 5,5 5,0 0,4 5,1 4,1 1,2 2,8 4,3
ская область 20 - - - 4,7 1,2 5,7 1,8 1,0 2,1 4,7 2,8 5,9 1,7 0,9 0,8 4,7
24 2,0 1,4 2,4 1,3 0,9 4,0 1,2 3,0 4,5 2,0 2,9 4,1 1,1 2,0 2,2 2,4
28 3,0 3,4 5,1 0,6 1,2 3,2 1,3 1,3 2,8 1,9 2,5 4,1 0,7 1,6 1,9 0,4
32 2,5 2,2 4,5 2,0 0,1 4,2 0,2 2,1 2,3 2,6 1,6 4,0 0,5 2,4 2,1 1,8
36 1,2 0,1 0,2 0,7 0,2 0,1 0,4 1,7 3,2 0,5 1,2 1,2 2,1 1,3 1,1 1,6
40 2,9 2,7 1,5 0,7 3,4 2,2 0,0 0,8 0,8 0,7 1,0 1,6 1,4 0,8 0,5 1,1
Кировская 8 - - - - - - - - - 2,1 2,3 23,9 23,9 6,5 25,8 25,5
область - 12 - - - - - - 1,7 1,0 2,2 2,0 0,2 172,3 221,3 13,2 39,8 48,7
Чувашская 16 - - - 1,0 - 1,4 1,8 1,9 26,8 0,8 1,7 42,7 366,3 8,9 40,3 60,2
Республика 20 1,0 - - 0,6 2,5 18,7 3,5 3,9 53,2 0,3 3,8 42,9 208,4 2,9 47,7 71,4
24 0,2 1,4 2,4 1,1 1,1 54,3 0,3 1,6 32,7 0,9 3,4 33,4 104,2 2,6 48,6 56,5
28 1,6 0,9 15,3 0,6 1,1 52,6 1,8 2,2 33,5 0,5 3,0 28,5 448,5 4,8 37,9 48,6
32 0,1 0,9 35,9 2,6 2,8 31,9 0,7 0,6 19,8 0,3 2,2 21,8 267,3 3,0 26,2 29,1
36 1,7 0,8 33,9 2,1 1,6 19,8 0,1 0,4 14,1 0,4 1,0 13,1 47,7 1,3 10,3 17,5
40 1,5 1,9 38,4 2,7 0,3 11,1 1,9 1,7 7,2 2,0 - 4,7 112,3 1,2 10,3 10,4
