Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Разработка нормативов для актуализации лесоустроительной информации в ГИС ГеоГраф

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Разработка нормативов для актуализации лесоустроительной информации в ГИС ГеоГраф"

На правах рукописи

Зубова Светлана Сергеевна

РАЗРАБОТКА НОРМАТИВОВ ДЛЯ АКТУАЛИЗАЦИИ ЛЕСОУСТРОИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ В ГИС ГЕОГРАФ (НА ПРИМЕРЕ ЛЕСНОГО УЧАСТКА ООО «КАТАВЛЕСХОЗ»)

06.03.02. «Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 э "Л 2013

О1

Екатеринбург - 2013

005544187

Работа выполнена на кафедре лесной таксации и лесоустройства ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехническии университет»

Научный руководитель доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Нагимов Зуфар Ягфарович

Официальные оппоненты Менщиков Сергей Леонидович, доктор сель-4 скохозяйственных наук, ФГБУ науки «Бота-

нический сад» Уральского отделения РАН, лаборатория экологии техногенных растительных сообществ, заведующий

Галако Вадим Александрович, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, ФГБУ науки «Ботанический сад» Уральского отделения РАН, лаборатория экспериментальной экологии и акклиматизации растений, старший научный сотрудник

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет», г. Уфа

Защита диссертации состоится 25 декабря 2013 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.281.01 при ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет» по адресу: 620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37, УЖ-1, ауд. 401.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет».

Автореферат разослан «20» ноября 2013 г.

А.Г. Магасумова

Ученый секретарь

-.лпоТ1 л /М

диссертационного совета

канд. с.-х. наук, доцент

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Директивные документы и федеральные программы последних лет в области лесного хозяйства и лесоустройства предусматривают переход на новые методы инвентаризации лесов, формы управления и пользования ими. В условиях арендных отношений в лесу повышаются требования к оперативности, достоверности и точности информации о состоянии, структуре и динамике лесного фонда. Успешное выполнение их во многом определяется выбором эффективных способов таксации, обеспечивающих нормативную точность определения таксационных показателей лесных насаждений при минимальных затратах.

Лесоустроительная инструкция в качестве одного из основных способов таксации лесов предусматривает актуализацию таксационных описаний предыдущего лесоустройства. Главным ее инструментом являются экстраполяционно-прогнозные модели таксационных показателей древо-стоев. Однако в настоящее время далеко не все лесорастительные районы обеспечены такими моделями и другими необходимыми нормативными материалами.

В то же время наличие электронной повыдельной базы лесоустроительных данных и прикладных программ для ее содержательного анализа значительно расширяет возможности и пути решения этой проблемы.

Цель и задачи исследования. Основной целью работы являлись совершенствование методики и разработка лесооценочных нормативов актуализации повыдельной лесоустроительной информации с использованием геоинформационной системы ГеоГраф.

Для достижения этой цели решались следующие задачи: -изучение структуры лесного фонда района исследований и изменчивости основных таксационных показателей древостоев;

-исследование возрастной динамики таксационных показателей модальных сосновых древостоев;

-оценка прироста сосновых древостоев по высоте, диаметру и запасу; -разработка нормативов актуализации таксационных показателей для древостоев сосны;

-разработка алгоритма автоматизированной актуализации таксационных показателей;

- проверка корректности разработанных нормативов актуализации повыдельной лесоустроительной информации.

Научная новизна. Предложена методика составления нормативов для актуализации таксационных показателей древостоев, основанная на использовании данных предыдущего лесоустройства в сочетании с материалами таксации пробных площадей. Для района исследований впервые разработаны экстраполяционно-прогнозные модели и с их использованием проведена актуализация лесоустроительной информации ЧОГУ «Катав-Ивановское лесничество».

Теоретическая и практическая значимость работы.

Теоретическую часть работы составляют исследования закономерностей роста (прироста) модальных древостоев сосны, усовершенствование методики и разработка нормативов актуализации лесоустроительной информации. Прикладная часть работы заключается в реализации выявленных закономерностей и разработанной методики при актуализации таксационных показателей древостоев.

Методология и методы исследований. Использованы апробированные, научно-обоснованные методы сбора и обработки экспериментального материала: метод пробных площадей, методы математической статистики и моделирования, теория баз данных, технологии ГИС.

Все виды работ по теме диссертации от сбора и обработки экспериментального материала до анализа и интерпретации полученных результатов осуществлены автором или при его непосредственном участии. Натурная таксация проведена сотрудниками кафедры лесной таксации и лесоустройства УГЛТУ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Закономерности роста модальных сосновых древостоев в районе исследований.

2. Возрастная динамика прироста сосновых древостоев по высоте, диаметру и запасу в сосновых насаждениях разных классов бонитета и групп полноты.

3. Лесотаксационные модели прироста сосновых древостоев по основным таксационным показателям, предназначенные для повыдельной актуализации лесного фонда с использованием ГИС-технологий.

Степень достоверности и апробация результатов. Обоснованность и достоверность результатов исследований определяются достаточным объёмом экспериментального материала, собранного с использованием современных методик, а также применением современных математических методов, компьютерной техники, прикладных программ при его обработке и интерпретации полученных результатов.

Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научных и научно-технических конференциях: всероссийской с международным участием «Леса и лесное хозяйство в современных условиях» (Хабаровск, 2011); V международной «Экологические системы, приборы и чистые технологии» (Москва, 2011); III международном экологическом конгрессе «ELPIT 2011» (Тольятти -Самара, 2011); VIII всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Научное творчество молодежи - лесному комплексу России» (Екатеринбург, 2012).

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах, в том числе в журналах, рекомендуемых ВАК - две.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,

6 глав, основных выводов, библиографического списка, списка сокращений и 'условных обозначений и 2 приложений. Общий объем работы составляет 130 страниц, включая 20 таблиц и 15 рисунков. Библиографический список содержит 150 наименований (в том числе 143 отечественных и

7 зарубежных авторов).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Природные условия района и объекты исследования

Согласно лесорастительному районированию Б.П. Колесникова (Колесников, 1969) район исследований расположен в Юрюзанско-Верхнеайской Южноуральской провинции горных южнотаежных и смешанных лесов. Характерной чертой климата района является его конти-нентальность. Низкие зимние температуры и высокие летние дают большую годовую амплитуду колебаний. Сильно пересеченный рельеф, наличие высоких хребтов и низин, большая разница по высоте над уровнем моря отдельных участков обуславливают большое разнообразие климатических условий. Почвенный покров района очень разнообразен. Среди лесо-пригодных почв практически нет потенциально бедных. Все разнообразие типов леса объединено в 7 групп: 1 - нагорная; 2 - брусничная; 3 - зелено-мошная; 4 - липняково-разнотравная; 5 - приручьевая; 6 - мшисто - хво-щевая; 7 — сфагновая.

Конкретными объектами исследований явились сосновые насаждения наиболее представленной (64% от общей площади) 4 группы типов леса арендного участка ООО «Катавлесхоз», который находится в границах ЧОГУ «Катав - Ивановское лесничество».

2. Современное состояние проблемы исследований

2Л.Основные направления и методы изучения роста дрееостоее

Особенности роста древостоев в различных природных условиях в специальной литературе освещены достаточно широко российскими и зарубежными учеными (Третьяков, 1937; Тюрин, 1945; Фильрозе, 1966; Анучин, 1974; Моисеев, 1974; Антанайтис, 1977; Кузьмичев, 1977; Загреев, 1978; Свалов, 1979; Казимиров, 1995; Гурский, 1997; Немич, 1997; Наги-мов, 2000; Черных, 2002; Мальков, 2007; Неповинных, 2009; Охотин, 2009 и др.). В данном разделе выполнен анализ различных направлений исследований роста и продуктивности древостоев и методов составления таблиц хода роста (ТХР).

2.2. Текущий прирост древостоев

Значительный вклад в изучение текущего прироста деревьев и древостоев, а также в разработку методов его определения внесли: A.B. Тюрин (1936); Н.В. Третьяков (1937, 1943); Ф.П. Моисеенко (1947, 1973); В.К. Захаров (1952, 1966); Н.П. Анучин (1959, 1969); А.Е. Колосова, Е.С. Му-

рахтанов (1960); К.Б. Лосицкий (1960); П.В. Воропанов (1961); A.C. Баба-кин (1962); М.Л. Дворецкий (1964); К.Е. Никитин (1964); B.C. Мирошни-ков О А Труль (1965); В.В. Айтанайтис (1965, 1971); П.В. Верхунов (1967, 1974)- А И. Патацкас (1968,1972); O.A. Харин (1970); B.C. Моисеев (1971); А И Нахабцев (1975); В.К. Хлюстов (1991); В.В. Загреев и др.(1992); В.А. Усольцев (2001, 2002); А.З. Швиденко и др. (2003, 2004, 2006, 2008); A.A. Вайс (2009) и др.

Величина прироста зависит от климатических, почвенных и гидрологических факторов. Поэтому исследование этого показателя в различных экологических условиях является важнейшей лесоводственно-

таксационной задачей.

2.3. Актуализация лесотаксационных нормативов и лесоустроительной информации

В настоящее время активно развивается новое направление в обеспечении лесохозяйственного производства и лесоустройства нормативно-справочными материалами - актуализация лесотаксационных нормативов (Черных, 2002; Мальков, 2007; Сидельник, 2010), разрабатываются и внедряются в практику методики актуализации повыдельной информации о лесном фонде. Однако многие аспекты данного направления остаются сла-боизученными.

3. Программа, методика исследований и объем выполненных работ

3.1. Программа исследований

Программа исследований составлена в соответствии с поставленными задачами и направлена на выполнение основной цели работы.

3.2. Методика исследований

Основной методической предпосылкой в работе явилась разработка экстраполяционно-прогнозных моделей актуализации таксационных показателей на основе данных всех выделов предыдущего лесоустройства с преобладанием данной породы в границах исследуемого объекта. Модели актуализации составлялись для трех основных таксационных показателей древостоев: средней высоты, среднего диаметра и запаса древесины на 1 га.

Для содержательного анализа исходного материала и практического применения результатов исследований типы леса со сходными природными признаками и комплексом проводимых мероприятий были объединены в 7 групп. Такое объединение проводилось с учетом особенностей рельефа и режима увлажнения почв. Однако в пределах групп типов леса производительность насаждений варьирует в достаточно широких пределах (характеризуется несколькими классами бонитета). В этой связи, выдела в рамках группы типов леса дифференцировались по классам бонитета.

Известно, что типы леса и классы бонитета не учитывают специфику роста насаждений, обусловленную их первоначальной густотой и ходом

последующего изреживания. Поэтому при разработке экстраполяционно-прогнозных моделей по диаметру и запасу таксационные выделы в пределах класса бонитета группировались по полнотам. Причем при составлении моделей актуализации средних диаметров оказалось достаточным объединение выделов в 3 группы полноты: 0,8-1,0; 0,6-0,7; 0,3-0,5.

Для описания зависимостей средней высоты и среднего диаметра древостоев от их возраста использовалось уравнение Корсуня:

Г = Х2/(а„ + а,Х+а2Х2), С1)

где У - значение таксационного показателя (диаметра в см. и высоты в м.); X - средний возраст древостоя, лет; ао, аь а2 - коэффициенты уравнения.

Аппроксимация возрастной динамики запасов древостоев производилась логарифмическим полиномом второго порядка или уравнением Корсуня - Бакмана:

1пУ= а0+ а,1пХ+ а21п2Х, (2)

з

где У — запас древостоя, м ; X - возраст древостоя, лет; ао, аь а2 - коэффициенты уравнения.

При разработке таблиц хода роста древостоев использовались также данные таксации пробных площадей и лесосек. Таксационные показатели деревьев и древостоев на пробных площадях и лесосеках определялись в соответствии с общепринятыми методами, действующими ГОСТами и инструкциями.

При математико-статистической обработке данных, описании парных и множественных зависимостей использовались средства статистико-графической системы БТАТОТЮА 6.0. Для оценки параметров разрабатываемых уравнений вычислялись коэффициент детерминации (И- ), стандартная ошибка (5) и достоверность коэффициентов по критерию Стью-дента (1:).

Оценка точности актуализированных на основе разработанных моделей и алгоритма расчетных данных производилась путем сравнения их с материалами глазомерно-измерительной таксации.

3.3. Объем выполненных работ

Для решения поставленных программой вопросов использовались соответствующие данные 8502 выделов (с общей площадью 42173,6 га), 49 пробных площадей и 120 обмеренных на лесосеках учетных деревьев. Из указанного количества пробных площадей, 4 заложены непосредственно автором. Для оценки точности актуализированных данных использовалась таксационная характеристика 30 выделов, полученная при глазомерно-измерительной таксации лесного фонда, выполненной сотрудниками кафедры лесной таксации и лесоустройства УГЛТУ.

4. Структура покрытых лесной растительностью земель лесного

фонда

Сведения о состоянии и структуре лесного фонда лесохозяйственного предприятия представляют большую ценность при внедрении и ведении государственной инвентаризации лесов (ГИЛ), актуализации информации о лесной растительности, оценке эффективности проводимых в лесу мероприятий и возможности использования лесоучетных данных для составления различного рода нормативов, в том числе прогнозных.

На рис. 1 показано распределение лесопокрытой площади лесного фонда по породам. На исследуемой территории хвойные насаждения (51%) и лиственные (49%) имеют практически одинаковое распространение.

Липа Сосна 37,0%

Рис. 1. Распределение лесопокрытой площади лесного фонда по породам

Среди хвойных насаждений преобладают сосновые (37% от общей лесопокрытой площади и 80,7% от площади хвойных), лиственные в основном представлены березняками (35,6 и 73% соответственно).

Наблюдается крайне неравномерное распределение лесопокрытой площади по группам типов леса (ТТЛ). В частности сосновые насаждения в основном (66,5% по площади) представлены в условиях 4 ГТЛ (рис. 2).

4 ГТЛ-66,5%

Рис. 2. типов леса

6ГТЛ-0,4% 7ГТЛ-0,1%

1ГТЛ-3,3% 2ГТЛ-9,7%

Распределение площади сосновых насаждений по группам

Сосняки этой ГТЛ имеют наибольшее хозяйственное значение, поэтому явились основным объектом наших исследований.

Важнейшим показателем лесного фонда является его возрастная структура. Этот показатель является отражением не только лесообразова-тельных процессов, но и хозяйственной деятельности лесных предприятий.

Класс возраста

Рис. 3. Распределение количества сосновых выделов по классам возраста

На рис. 3 показано распределение количества выделов по классам возраста. Для исследуемых сосняков характерна высокая изменчивость возраста. Коэффициент вариации достигает 74%. Средний возраст составляет 66 лет. Распределение количества выделов по классам возраста носит вполне закономерный характер. Ряд распределения имеет максимум в III классе возраста, характеризуется небольшой положительной асимметрией (значение коэффициента асимметрии равно 0,18±0,01) и отрицательным

эксцессом (-1,03+0,03).

В районе исследований преобладающими являются сосновые насаждения II класса бонитета (рис. 4). Их доля составляет 41% по площади и 43% по количеству выделов.

Класс бонитета

Рис. 4. Распределение количества сосновых выделов по классам бонитета

Довольно значительный объем занимают сосняки высших классов бонитета. Доля насаждений низкой производительности крайне невысока (менее 4% и по площади и по количеству выделов).

В составе сосновых насаждений преобладают среднеполнотные, с полнотой 0,6-0,7 (рис. 5). На их долю приходится 54,1% выделов. Довольно значителен удельный вес насаждений с полнотой 0,8 и выше (25,3%). Представленность низкополнотных насаждений (полнота 0,3-0,5) ниже (20,6%).

Рис. 5. Распределение количества сосновых выделов по полноте

Исследуемые сосняки достаточно однородны по полноте. Коэффициент вариации этого показателя составляет 22%. Средняя полнота составляет 0,7. Распределение количества выделов по полноте носит закономерный характер. Ряд распределения характеризуется незначительной отрицательной асимметрией (-0,27±0,03) и отрицательным-эксцессом (-0,10±0,06) и удовлетворительно описывается нормальной кривой.

5. Возрастная динамика таксационных показателей древостоев

Анализ лесоустроительной информации и материалов пробных площадей показал, что сосняки в условиях 4 ГТЛ растут по ЫУ классам бонитета. Поэтому возрастная динамика таксационных показателей древостоев (высоты, диаметра, запаса и видовых чисел) изучалась дифференцировано по 4 уровням производительности.

5.1. Рост древостоев по высоте

На первом этапе исследовалась зависимость средней высоты древостоев от их возраста. Было установлено, что полнота на характер этой зависимости не оказывает существенного влияния. Это объясняется не только тем, что высота древостоев в меньшей степени (чем остальные основные показатели древостоев) зависит от их густоты (полноты), но и особенностями группировки исходного материала.

Анализ литературных (Анучин, 1982; Колтунова, 2004; Нагимов, 2011 и др.) и исходных данных позволил предложить для описания зависимости средней высоты древостоев (Я) от их возраста (А) уравнение Кор-суня (1).

Показатели уравнений, разработанных отдельно по классам бонитета, приведены в табл. 1.

Таблица 1. - Характеристика уравнений вида Н = А2/(а*А2 + Ь*А + с) по классам бонитета___

Класс бонитета Значения коэффициентов (числитель) и критерия Стьюдента (знаменатель) 6, м № уравнения

а Ь с

I 0,02365 / 45,5 1,20466 / 22,0 15,86750 /12,1 0,959 0,89 (3)

II 0,02715 /143,6 1,09562/45,4 28,93872/39,4 0,984 0,70 (4)

III 0,03225 / 74,6 7,8808 / 8,0_ 53,12723 / 23,5 0,956 0,67 (5)

IV 0,03554/12,8 0,97227 / 2,4 76,53432/8,9 0,996 0,50 (б)

Сравнение данных, полученных после табулирования уравнений (36), с соответствующими данными бонитетной шкалы позволяют отметить, что в исследуемых сосняках наблюдаются известные закономерности возрастной динамики высот, а уравнения корректно передают их характер.

5.2. Рост древостоев по диаметру

Возрастная динамика средних диаметров исследовалась по другому алгоритму. Данные анализа экспериментального анализа показали, что в одном классе бонитета средние диаметры древостоев одного и того же возраста существенно зависят от полноты. В связи с этим в пределах класса бонитета исходные материалы были объединены в группы полнот: 0,81,0; 0,6-0,7; 0,3-0,5.

Результаты соответствующих расчетов показали, что рост исследуемых сосняков по диаметру (£>) также может быть выражен с использованием уравнения Корсуня (1).

Параметры уравнений, разработанных отдельно по классам бонитета, а в пределах их - по группам полноты приведены в табл. 2.

Таблица 2. - Характеристика уравнений вида Б = А2/(а*А + Ь*А + с) по классам бонитета и группам полноты____

й Группа Значение коэффициентов (числитель) и критерия Стьюдента (знаменатель) Я2 8, см 1 §

й § ю полнот а Ь с ¡5 в

0,8-1,0 0,0142/-23,1 1,3111/44,4 29,2189/-3,0 0,857 0,2 (7)

I 0,6-0,7 0,0101 / -23,2 1,8281/52,1 4,9412/2,7 0,863 0,2 (8)

0,3-0,5 0,0090 / -25,3 1,9432/61,1 0,5782/5,1 0,864 0,6 (9)

0,8-1,0 0,0084 / 9,46 2,2922 / 23,4 6,1413/2,5 0,929 0,3 (10)

II 0,6-0,7 0,0074 /104,4 2,0779 /146,4 7,0016 /12,1 0,943 0,2 (Н)

0,3-0,5 0,0066 /14,5 1,8955 /16,9 6,7670 / 3,4 0,952 1,2 (12)

0,8-1,0 0,0080/-51,1 2,5393 /154,3 19,2219 / -10,8 0,935 1,0 (13)

III 0,6-0,7 0,0081 / -46,3 2,2485 /130,4 19,5356/-9,5 0,942 0,5 (14)

0,3-0,5 0,0082/-49,6 1,8958 /133,3 26,6334 / -14,4 0,945 0,4 (15)

0,8-1,0 0,0144/-32,7 1,5063 / 75,1 74,7562 / -14,7 0,987 1,0 (16)

IV 0,6-0,7 0,0123 / -36,6 1,6940/81,6 38,6278 / -9,8 0,985 2,8 (17)

0,3-0,5 0,0125 / -27,9 1,5156 / 57,8 28,7058 / -4,7 0,987 5,9 (18)

Как видно из данных табл. 2 константы а, Ь и с во всех уравнениях значимы на 5%-ном уровне. Уравнения характеризуются высокими коэффициентами детерминации (от 0,857 до 0,987) и сравнительно низкими ошибками (от 0,2 до 1,2 см). Более высокие ошибки уравнений (17 и 18), видимо объясняются малым объемом исходного материала. В целом уравнения (7-18) вполне адекватны и корректны экспериментальным материалам.

На рис. 6 в качестве примера представлен график зависимости среднего диаметра сосновых насаждений II класса бонитета от их возраста в разрезе групп полноты. Приведенные данные свидетельствуют, что при прочих равных условиях средний диаметр древостоев зависит от их полноты и подтверждают правильность алгоритма разработки уравнений (7-18).

Возраст, лет

Рис. 6. Возрастная динамика среднего диаметра сосновых насаждений II класса бонитета

5.3. Возрастная динамика запасов древостоев

При описании зависимостей запаса древостоев (М) от их возраста лучшие результаты обеспечила функция Корсуня-Бакмана (2). Статистические показатели разработанных уравнений возрастной динамики запаса сведены в отдельную таблицу, фрагмент которой приведен ниже (табл. 3).

Таблица 3. - Характеристика уравнений вида

1пМ = а *1пА + Ъ ЧпА + с по классам бонитета и полноты

Класс бонитета Полнота Значение коэффициентов уравнения 5, м3 № уравнения

а В с

II 0,3 -0,236 2,8295 -3,0256 5,4 (19)

0,4 -0,236 2,8295 -2,738 ИД (20)

0,5 -0,236 2,8295 -2,5148 11,8 (21)

0,6 -0,236 2,8295 -2,3325 3,6 (22)

0,7 -0,236 2,8295 -2,1783 3,3 (23)

0,8 -0,236 2,8295 -2,0448 4,3 (24)

0,9 -0,236 2,8295 -1,927 6,6 (25)

1,0 -0,236 2,8295 -1,8217 11,5 (26)

В целом статистические показатели разработанных уравнений свидетельствуют, что они вполне корректно передают характер исследуемой зависимости (запаса древостоев от их возраста). Полученные на основе этих уравнений линии регрессии наглядно представлены на рис. 7.

800 -1-—- . „

«= —•—полнота 1,0

• полнота 0,9 -полнота 0,8 -полнота 0,7

- полнота 0,6 -полнота 0,5

- полнота 0,4

• полнота 0,3

Возраст, лет

Рис. 7. Возрастная динамика запаса сосновых древостоев в насаждениях II класса бонитета различной полноты

5.4. Динамика видовых чисел

Известно, что при исследовании динамики запаса, составлении ТХР наиболее удобным расчетным приемом является использование видовых высот (ОТ), выровненных в зависимости от высоты древостоев (Я). Большинство исследователей (Тюрин, 1945; Загреев, 1987) признают линейный характер связи последних двух показателей. Результаты наших исследований подтверждают эту закономерность. Причем на нашем экспериментальном материале в пределах ГТЛ влияние классов бонитета на характер этой связи не обнаруживается. Поэтому получено общее для 4 ГТЛ уравнение:

НР=0,3955*Н+1,2624 Д2=0,90 (27)

где НР - видовая высота, м; Н— высота древостоев, м.

Проведен сравнительный анализ изменения видовых высот по данным разных авторов. Выявляется, что при одинаковой высоте видовые высоты (видовые числа) по нашим данным наиболее близки к данным М.И. Гальперина и И.Ф. Коростелева, полученным для сомкнутых сосновых насаждений горно-лесного лесотаксационного района Челябинской области. Хотя разница по этому показателю в пользу таблиц М.И. Гальперина и И.Ф. Коростелева является односторонней, однако она не выходит за пределы 1%. В наибольшей степени наши данные отличаются от данных А.В. Тюрина (для нормальных сосновых насаждений). Причем различия при малых высотах достигают - 17,2%, с увеличением высоты они уменына-

ются до - 9,5%. По нашим данным видовые высоты при малых высотах выше (до 4,6%), а при больших высотах ниже (до 1%), чем у В.В. Загреева.

В целом в результате настоящих исследований в общей сложности получены 45 уравнений, описывающих возрастную динамику высоты, диаметра, запаса и видовой высоты сосновых древостоев. Все уравнения адекватны и корректны экспериментальным данным, коэффициенты детерминации их колеблются от 0,857 до 0,996. На основе уравнений разработаны таблицы динамики таксационных показателей древостоев сосны для 4 ГТЛ с учетом относительной полноты.

6. Модели актуализации таксационных показателей сосновых древостоев

6.1. Возрастная динамика прироста сосновых древостоев.

Разработанные таблицы возрастной динамики таксационных показателей древостоев могут служить нормативной базой для актуализации лесоустроительной информации. Однако более удобным и эффективным приемом актуализации таксационных показателей на естественный рост является использование в этом процессе экстраполяционных коэффициентов, представляющих собой величины изменения тех или иных показателей'за определенное количество лет. Поэтому нами на первом этапе исследовалась возрастная динамика текущего прироста древостоев по основным таксационным показателям. Характер возрастной динамики текущего прироста по высоте определяется классом бонитета насаждения (рис. 8).

г 0,50 т-—----

" л I класс

бонитета

» -IV класс бонитета

160 180 Возраст, лет

Рис. 8. Возрастная динамика текущего прироста древостоев по высоте в насаждениях разных классов бонитета

Различия между насаждениями разных классов бонитета по величине прироста наиболее значительны в возрасте молодняка. В последующем они значительно снижаются. Чем выше класс бонитета, тем меньше возраст кульминации прироста и больше его абсолютная величина, в том числе в момент кульминации (табл. 4).

Таблица 4. - Возраст кульминации (А) текущего прироста по основным таксационным показателям и величины показателей (Н, Б, М) в мо-

мент кульминации

Класс бонитета Высота, м Диаметр, см Запас, м3

А Н А А М

I 13 0,49 20-30 0,45-0,55 23-26 5,32-5,63

II 18 0,42 23-34 0,38-0,49 28-34 4,81-5,20

III 23 0,37 28-37 0,34-0,45 36-41 3,92-4,75

IV 26 0,29 33-40 0,30-0,41 40-44 3,25-4,53

Возрастная динамика текущего прироста по диаметру имеет свои особенности в насаждениях разных классов бонитета, а в насаждениях одного класса - в связи с полнотой (рис. 9). 5= 0,45

—— -среднеполнотные - высокополнотные низкополнотные

Возраст, лет

Рис. 9. Возрастная динамика текущего прироста по диаметру сосняков П-го класса бонитета различной полноты

Величина текущего прироста понижается с увеличением полноты древостоев. Различия между разнополнотными древостоями по этому показателю существенны до 60-летнего возраста. В более старшем возрасте они сглаживаются. При прочих равных условиях кульминация прироста по диаметру наступает несколько позже, чем по высоте. Возраст кульминации прироста по диаметру уменьшается с улучшением класса бонитета, а в пределах класса бонитета - со снижением полноты.

Характер возрастной динамики текущего прироста древостоев по запасу зависит от качества условий местопроизрастания и от их полноты. Чем лучше условия местопроизрастания, тем меньше возраст кульминации прироста по запасу и больше его абсолютная величина (рис. 10).

В пределах одного класса бонитета возраст достижения максимального прироста по запасу увеличивается с увеличением полноты насаждений.

Возраст, лет

Рис. 10. Возрастная динамика текущего прироста по запасу средне-полнотных насаждений (полнота 0,7) различных классов бонитета

В целях автоматизации процесса актуализации лесоустроительной информации для сосняков старше 60 лет разработаны уравнения множественной регрессии для оценки прироста древостоев по основным таксационным показателям. Учитывая характер зависимостей прироста древостоев по высоте, диаметру и запасу от возраста, класса бонитета и полноты древостоев в качестве базового принято следующее уравнение:

гт=ао+а,*А+а2*Нюо+аз*Р (28)>

где^-прирост по таксационному показателю в принятых единицах измерения;

А - возраст древостоя;

Р - полнота насаждения;

Нюо - высота древостоя в возрасте 100 лет, м.

Параметры разработанных уравнений приведены в табл.5 Таблица 5. - Характеристики уравнений множественной регрессии

вида: гт=ао+а,*А+а2*Н1ов+аз*Р

Показатель Значение коэффициентов Я2 5 № уравнения

ао а-> а з

Высота, м 0,2126 -0,0014 0,0018 - 0,894 0,02 29

Диаметр, см 0,4795 -0,0013 -0,0015 -0,0803 0,728 0,03 30

Запас, М4 1,817 -0,0189 -0,197 2,9704 0,878 0,38 31

Статистические показатели разработанных уравнений свидетельствуют, что они вполне корректно передают характер исследуемых зависимостей.

6.2. Модели актуализации таксационных показателей сосновых древостоев

Для актуализации повыдельной информации разрабатываются модели только для средней высоты, среднего диаметра и запаса древостоев. Остальные таксационные показатели актуализируются расчетным путем

или вообще не актуализируются из-за их незначительных изменений за прошедший до актуализации период.

Модели для актуализации повыдельной информации представляют собой годичные приросты таксационных показателей (в процентах или абсолютных величинах) по п-летним ступеням возраста.

Известно (Верхунов, 1975; и др.), что приросты в относительных величинах характеризуются значительно меньшей изменчивостью, чем в абсолютных. Поэтому в подобных исследованиях предпочтение отдают процентам прироста.

Относительные годичные приросты по средней высоте, среднему диаметру и запасу определялись по формуле:

р _ 100 х та~Та-п (32)

т п ТА-п '

где Тд-значение таксационного показателя в принятых единицах измерения;

А - возраст древостоя, лет; п - продолжительность ступени возраста, лет.

Исходными материалами для расчета годичных приростов послужили разработанные уравнения (таблицы) возрастной динамики таксационных показателей. Полученные по формуле (32) данные для различных классов бонитета и групп полноты были сведены в таблицу с учетом срока актуализации и возраста насаждений до актуализации. Фрагмент составленной таблицы приведен ниже (табл. 6).

Таблица 6. - Справочная таблица для актуализации лесотаксацион-ных материалов____г___,_

Порода Возраст, лет Границы возраста, лет Класс бонитета Полнота Прирост по высоте, % Прирост по диаметру, % Прирост по запасу, %

минимальный максимальный

сосна 60 55 64 1 0,8 0,92 1,36 1,28

сосна 70 65 74 1 0,8 0,71 1,06 1,01

сосна 80 75 84 1 0,8 0,56 0,86 0,81

сосна 90 85 94 1 0,8 0,46 0,71 0,67

сосна 100 95 104 1 0,8 0,38 0,60 0,56

сосна 110 105 114 1 0,8 0,32 0,51 0,47

сосна 120 115 124 1 0,8 0,28 0,44 0,40

сосна 130 125 134 1 0,8 0,24 0,38 0,35

На основе данных табл. 6 была проведена актуализация таксационных данных (высоты, диаметра и запаса) в выделах для соснового элемента леса.

Актуализация повыдельной информации может производиться в автоматическом и ручном режимах. Для автоматической актуализации раз-

работанные уравнения (таблицы) возрастной динамики таксационных показателей загружены в среду ГИС.

Модели актуализации и корректность этого процесса были проверены путем сравнения актуализированных данных по высоте, диаметру и запасу со значениями этих показателей, полученных в ходе глазомерно-измерительной таксации. С этой целью были отобраны 25 выделов, характеризующих достаточно широкий возрастной и экологический диапазон сосняков (возраст древостоев колеблется от 60 до 130 лет, класс бонитета-от 1-го до Г/-го), поэтому обоснованность и надежность результатов сомнений не вызывает. Полученные материалы приведены в табл. 7. ^ Таблица 7. - Ошибки актуализации таксационных показателей.

Таксационный показатель

Высота, м

Диаметр, см Запас, мЗ

Ошибки, %

систематическая

0,85

3,46 1,03

среднеквадратическая

±2,46

±3,66

±3,48

общая

±0,55

±0,82

±0,87

Данные табл. 7 свидетельствуют, что разработанные модели дают небольшие систематические отклонения, ошибки отдельных наблюдений наиболее высоки при актуализации средних диаметров. Общие ошибки для 25 выделов не выходят за пределы ±1%.

В целом приведенные материалы позволяют считать разработанные

модели адекватными и корректными.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

По результатам проведенных исследований сделаны следующие

обобщения и выводы:

На исследуемой территории практически одинаковое распространение имеют хвойные и лиственные насаждения, а среди хвойных преобладают сосняки (около 81% по площади). Лесопокрытая площадь крайне неравномерно распределена по группам типов леса.

Распределения количества выделов в лесном фонде по классам возраста, классам бонитета и относительным полнотам носят вполне согласованный, закономерный характер. Все распределения имеют выраженные максимумы, носят более или менее симметричный характер.

При наличии электронной повыдельной лесоустроительной информации в геоинформационной системе, разработка нормативов (таблиц динамики таксационных показателей) для цели актуализации возможна и целесообразна на основе данных всех выделов предыдущего лесоустройства с преобладанием данной породы в границах исследуемого объекта. При этом данные таксационные показатели в пределах группы типов леса следует дифференцировать по классам бонитета, а в пределах последних - по группам полноты.

Для выражения роста древостоев по диаметру и высоте вполне пригодно уравнение Корсуня, а для описания возрастной динамики запасов -

уравнение Корсуня - Бакмана.

При разработке таблиц хода роста модальных древостоев, закономерности изменения видовых чисел корректно выявляются на основе линейных уравнений видовых высот. В районе исследований изменение видовых высот (видовых чисел) имеют свою специфику.

Характер возрастной динамики приростов древостоев определяется условиями местопроизрастания (классом бонитета) и полнотой насаждений Чем лучше условия местопроизрастания, тем меньше возраст кульминации прироста древостоев по высоте, диаметру и запасу и больше абсолютные значения этих показателей, в том числе и в момент кульминации. В пределах одного и того же класса бонитета возраст кульминации прироста по диаметру и запасу уменьшается со снижением полноты.

В качестве моделей актуализации лесоустроительной информации целесообразно использовать относительные годичные приросты по средней высоте, среднему диаметру и запасу, полученные на основе уравнении (таблиц) возрастной динамики таксационных показателей модальных древостоев и дифференцированные по ступеням возраста, классам бонитета и

группам полнот. тт„„.

Результаты актуализации повыдельной информации ЧО! У «Катав-

Ивановского лесничества» свидетельствуют, что разработанные по изложенной методике модели имеют достаточно высокую надежность. Средне-квадратическая ошибка находится в пределах допустимых отклонении: по запасу - до 4%; по диаметру - до 4%; по высоте - до 3%.

По результатам исследования подготовлены следующие нормативные материалы:

1. ТХР модальных сосновых древостоев по классам бонитета и

группам полнот.

2. Модели актуализации лесоустроительной информации.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

По списку ВАК:

Ворожнина (Зубова), С.С. Моделирование роста древостоев в целях актуализации лесоустроительных материалов / С.С. Ворожнина Г.А_Го-довалов, З.Я. Нагимов // Экологические системы и приборы, 2011. - Вып. 9.-С. 14-16.

Зубова, С.С. Актуализация материалов лесоустройства с использованием нормативов, полученных на основе повыдельных баз данных ГИС / С.С. Зубова, Г.А. Годовалое, З.Я. Нагимов // Современные проблемы науки и образования, 2013. - Вып. 6 - www.science-education.ru

Статьи в материалах конференций:

Ворожнина (Зубова), С.С. Актуализация таксационных данных как необходимый этап создания прикладных ГИС / С.С. Ворожнина (Зубова), Г.А. Годовалов, З.Я. Нагимов // Леса и лесное хозяйство в современных условиях: Материалы Всероссийской конференции с международным участием. - Хабаровск, 2011. - С. 6-8.

Ворожнина (Зубова), С.С. Корректировка таксационных данных как начальный этап создания отраслевых ГИС / С.С. Ворожнина (Зубова), Г.А. Годовалов, З.Я. Нагимов // ELPIT 2011. Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно - транспортных комплексов: Сборник трудов III Международного экологического конгресса. - Тольятти: ТГУ, 2011 -Т.2.-С.72-75.

Ворожнина (Зубова), С.С. Актуализация лесотаксационных баз данных / С.С. Ворожнина (Зубова), Г.А. Годовалов, З.Я. Нагимов // Леса России и хозяйство в них, 2010. - Вып. 3 (37). - С. 3-7.

Ворожнина (Зубова), С.С. Анализ действующей методики расчета объема рубок спелых и перестойных насаждений / С.С. Ворожнина (Зубова), Г.А. Годовалов, З.Я. Нагимов // Леса России и хозяйство в них, 2010. -

Вып. 3(37).-С. 8-11.

Ворожнина (Зубова), С.С. Корректировка таксационных данных в целях актуализации как начальный этап создания отраслевых ГИС / С.С. Ворожнина (Зубова), B.C. Ворожнин, Г.А. Годовалов, З.Я. Нагимов // Вестник Нижневартовского государственного гуманитарного университета, 2012. - Вып. 1. - С. 51-54.

Отзывы на автореферат просим направлять в трех экземплярах с заверенными подписями по адресу: 620100 г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37. УГЛТУ, ученому секретарю диссертационного совета А.Г. Магасумовой. Факс: (343) 262-96-38. E-mail: dissovet.usfeu@mail.ru

Подписано в печать «18» ноября 2013 г. Объем 1,0 п.л. Заказ № 233. Тираж 100

620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет». Отдел оперативной полиграфии.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Зубова, Светлана Сергеевна, Екатеринбург

\

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»

На правах рукописи

Зубова Светлана Сергеевна

04201455266

РАЗРАБОТКА НОРМАТИВОВ ДЛЯ АКТУАЛИЗАЦИИ ЛЕСОУСТРОИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ В ГИС ГЕОГРАФ (НА ПРИМЕРЕ ЛЕСНОГО УЧАСТКА ООО «КАТАВЛЕСХОЗ»)

06.03.02. - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Нагимов З.Я.

Екатеринбург - 2013

Содержание

Введение.......................................................................................................................4

1. Природные условия района и объекты исследования...................................7

1.1. Географическое положение района исследований ..........................................7

1.2. Климат ..................................................................................................................7

1.3. Рельеф и почвы ....................................................................................................9

1.4. Характеристика объектов исследований ........................................................10

2. Современное состояние проблемы исследований .......................................18

2.1. Основные направления и методы изучения роста древостоев .....................18

2.2. Текущий прирост древостоев...........................................................................24

2.3. Актуализация лесотаксационных нормативов и лесоустроительной информации ..........................................................................................................................26

3. Программа, методика исследований и объем выполненных работ.........34

3.1. Программа исследований .................................................................................34

3.2. Методика исследований....................................................................................34

3.3. Объем выполненных работ...............................................................................40 1

4. Структура покрытых лесной растительностью земель лесного фонда ..43

4.1. Породный состав и возрастная структура ......................................................43

4.2. Распределение таксационных выделов с преобладанием сосны по ГТЛ и типам леса..................................................................................................................47

4.3. Распределение таксационных выделов по относительным полнотам и классам бонитета..............................................................................................................50

5. Возрастная динамика таксационных показателей древостоев ................56

5.1. Рост древостоев по высоте ...............................................................................56

5.2. Рост древостоев по диаметру ...........................................................................58

\

5.3. Возрастная динамика запасов древостоев ......................................................60

5.4. Динамика видовых чисел..................................................................................63

6. Модели актуализации таксационных показателей сосновых древостоев.................................................................................................................68

6.1. Возрастная динамика прироста сосновых древостоев ..................................68

6.2. Модели актуализации таксационных показателей сосновых древостоев ... 73

Заключение...............................................................................................................80

Список сокращений..................................................................................................82

Библиографический список.....................................................................................84

Приложения.............................................................................................................100

Введение

Актуальность темы. Директивные документы и федеральные программы последних лет в области лесного хозяйства и лесоустройства предусматривают переход на новые методы инвентаризации лесов, формы управления и пользования ими. В условиях арендных отношений в лесу повышаются требования к оперативности, достоверности и точности информации о состоянии, структуре и динамике лесного фонда. Успешное выполнение их во многом определяется выбором эффективных способов таксации, обеспечивающих нормативную точность определения таксационных показателей лесных насаждений при минимальных затратах.

Лесоустроительная инструкция в качестве одного из основных способов таксации лесов предусматривает актуализацию таксационных описаний предыдущего лесоустройства. Главным ее инструментом являются экстраполяцион-но-прогнозные модели таксационных показателей древостоев. Однако в настоящее время далеко не все лесорастительные районы обеспечены такими моделями и другими необходимыми нормативными материалами.

В то же время наличие электронной повыдельной базы лесоустроительных данных и прикладных программ для ее содержательного анализа значительно расширяет возможности и пути решения этой проблемы.

Цель и задачи исследования. Основной целью работы являлись совершенствование методики и разработка лесооценочных нормативов актуализации повыдельной лесоустроительной информации с использованием геоинформационной системы ГеоГраф.

Для достижения этой цели решались следующие задачи: -изучение структуры лесного фонда района исследований и изменчивости основных таксационных показателей древостоев;

-исследование возрастной динамики таксационных показателей модальных сосновых древостоев;

-оценка прироста сосновых древостоев по высоте, диаметру и запасу;

-разработка нормативов актуализации таксационных показателей для древостоев сосны;

-разработка алгоритма автоматизированной актуализации таксационных показателей;

- проверка корректности разработанных нормативов актуализации повы-дельной лесоустроительной информации.

Научная новизна. Предложена методика составления нормативов для актуализации таксационных показателей древостоев, основанная на использовании данных предыдущего лесоустройства в сочетании с материалами таксации пробных площадей. Для района исследований впервые разработаны экстрапо-ляционно-прогнозные модели и с их использованием проведена актуализация лесоустроительной информации ЧОГУ «Катав-Ивановское лесничество».

Теоретическая и практическая значимость работы.

Теоретическую часть работы составляют исследования закономерностей роста (прироста) модальных древостоев сосны, усовершенствование методики и разработка нормативов актуализации лесоустроительной информации. Прикладная часть работы заключается в реализации выявленных закономерностей и разработанной методики при актуализации таксационных показателей древостоев.

Методология и методы исследований. Использованы апробированные, научно-обоснованные методы сбора и обработки экспериментального материала: метод пробных площадей, методы математической статистики и моделирования, теория баз данных, технологии ГИС.

Все виды работ по теме диссертации от сбора и обработки экспериментального материала до анализа и интерпретации полученных результатов осуществлены автором или при его непосредственном участии. Натурная таксация проведена сотрудниками кафедры лесной таксации и лесоустройства УГЛТУ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Закономерности роста модальных сосновых древостоев в районе исследований.

2. Возрастная динамика прироста сосновых древостоев по высоте, диаметру и запасу в сосновых насаждениях разных классов бонитета и групп полноты.

3. Лесотаксационные модели прироста сосновых древостоев по основным таксационным показателям, предназначенные для повыдельной

актуализации лесного фонда с использованием ГИС-технологий.

Степень достоверности и апробация результатов. Обоснованность и достоверность результатов исследований определяются достаточным объёмом экспериментального материала, собранного с использованием современных методик, а также применением современных математических методов, компьютерной техники, прикладных программ при его обработке и интерпретации полученных результатов.

Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научных и научно-технических конференциях: всеросс. с междунар. участием «Леса и лесное хозяйство в современных условиях» (Хабаровск, 2011); V междунар. конф. «Экологические системы, приборы и чистые технологии» (Москва, 2011); III междунар. экол. конгр. «ELPIT 2011» (Тольятти - Самара, 2011); VIII всеросс. науч.-практич. конф. студентов и аспирантов «Научное творчество молодежи - лесному комплексу России» (Екатеринбург, 2012).

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах, в том числе в журналах, рекомендуемых ВАК - две.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, библиографического списка, списка сокращений и 2 приложений. Общий объем работы составляет страниц, включая 20 таблиц и 15 рисунков. Библиографический список содержит 150 наименований (в том числе 143 отечественных и 7 зарубежных авторов).

1. Природные условия района и объекты исследования

1.1. Географическое положение района исследований

Согласно лесорастительному районированию Б.П. Колесникова (Колесников, 1969) район исследований расположен в Юрюзанско-Верхнеайской Южной провинции горных южнотаежных и смешанных лесов.

Протяженность территории лесничества с севера на юг 65 км, с востока на запад 58 км. Общая площадь его составляет 157962 га.

Для лесорастительного района характерна вертикальная поясность с преобладанием в наиболее низком поясе (до 900 — 1000 м) сосновых, елово-пихтовых и лиственных лесов. Выше идет переходный подгольцовый и еще выше гольцовый пояс каменных россыпей и горных тундр.

1.2. Климат

Характерной чертой климата Южного Урала, в пределах которого находятся леса лесничества, является его континентальность. Низкие зимние температуры и высокие летние дают большую годовую амплитуду колебаний. Значительны и суточные колебания температур. Сильно пересеченный рельеф, наличие высоких хребтов и низин, большая разница в высотах отдельных участков, создают разнообразие климатических условий.

Объективное представление о климатической обстановке в районе исследований можно получить по многолетним данным метеостанций городов Ми-ньяр, Кропачево и Катав-Ивановск, расположенных вблизи территории лесничества. Средние климатические показатели, полученные на основе многолетних наблюдений на указанных метеостанциях, приведены ниже (табл. 1.1)

По данным климатических карт (Андреева, 1975; Оленев, 1976; Халевиц-кая, 1976) и данным Милькова Д.Н. (1976) среднегодовая сумма атмосферных осадков составляет 571 мм. Средняя максимальная глубина промерзания почвы составляет 66 см. Полное оттаивание почвы происходит в первой половине мая, в зависимости от сроков наступления весны. Продолжительность вегетационного периода в среднем составляет 160 дней (с 24 апреля по 2 октября).

Таблица 1.1. - Основные климатические показатели района исследований

Месяцы Температура воздуха в градусах по данным метеостанций Среднее количество осадков, мм Высота снежного покрова, см Относительная, влажность воздуха, %

Миньяр Кропачево Катав-Ивановск

I -14,8 -15,2 -12,5 21 33 78

II -14,8 -14,2 -12,1 17 38 74

III -6,9 -8,0 -5,2 17 36 75

IV +4,6 -2,0 +4,0 26 12 66

V +12,4 +10,2 +10,9 53 — 60

VI +16,9 +15,3 +15,6 78 — 64

VII +19,0 +17,0 +16,7 99 — 72

VIII +17,0 +15,2 +14,2 82 — 71

IX +9,8 +9,0 +9,0 65 — 74

X +4,7 +15,0 +1,1 50 2 78

XI -5,4 -6,6 -6,2 38 12 82

XII -15,1 -13,3 -10,7 25 26 72

Среднее за год +2,1 +1,1 +2,1 571 26 72

Абсолютный максимум температур достигает +36,0°С, абсолютный минимум -48,0°С.

Осадки в течение года распределяются неравномерно. Большая часть их выпадает в летнее время. Наибольшее количество осадков наблюдается в июле и августе, а наименьшее - во второй половине весны и начале зимы.

Характерна неравномерность выпадения осадков по площади лесничества. Это объясняется сложностью рельефа местности. Большее количество осадков, приносимых западными и юго-западными ветрами, получают западные склоны гор.

В условиях горной местности направления ветров обусловлены направлениями основных хребтов и долин, вдоль которых идут воздушные течения.

Наибольшую повторяемость имеют ветры юго-западного направления. Меньшей повторяемостью отличаются ветры восточного направления.

Влияние рельефа на температуру воздуха и другие метеорологические факторы обуславливают вертикальную зональность распространения растительности.

Климатическими факторами, отрицательно влияющими на рост и развитие древесной растительности, являются наличие поздних весенних и ранних осенних заморозков и низких температур в отдельные годы. В целом климат благоприятен для произрастания лесных древесных и кустарниковых пород и обеспечивает формирование сосновых, елово-пихтовых насаждений средней и даже высокой производительности.

1.3. Рельеф и почвы

Территория лесничества расположена в северной части западного макросклона Южного Урала, в поясе небольших сглаженных хребтов, расположенных по горизонтали. На территории по данным лесоустройства преобладают уклоны в среднем от 4 до 7 градусов.

По геоморфологическим условиям территория лесничества относится к двум областям:

- предгорья западного склона Урала;

- горный Урал.

Рельеф и почвы тесно связаны между собой. Наибольшее влияние рельефа на почвообразовательный процесс заметно в горных районах. Он влияет на морфологические свойства, тепловой и водный режим; им вызвана неоднородность почвенного покрова и растительная поясность.

Основной процесс почвообразования подзолистый. Однако во многих местах идет образование почв из остатков обильного и разнообразного травяного покрова. Распространены почвы тяжелого механического состава. Почвообра-зующие породы богаты алюминием, магнием, железом, кальцием (Богомолов, 1954; Мукатанов, 1986). В долинах рек встречаются торфяно-болотистые почвы.

Примерное распространение почв в вертикальном направлении следующее:

- от 300 до 500 м — щебенчатые средние и легкие суглинки, средней мощности, достаточно увлажненные;

- от 500 до 600 м — хрящеватые или щебенчатые, легкие суглинки, подстилаемые глиной, с достаточным увлажнением;

- от 600 до 700 м над уровнем моря — скелетные, легкие, свежие суглинки, сильно увлажненные;

- от 700 до 800 м над уровнем моря — грубоскелетные, легкие, свежие суглинки или супеси, сильно увлажненные.

А.Х. Мукатанов (1986) предлагает разделение почв по мощности почвенного профиля на маломощные (20-40 см), неполномощные (40-80 см) и полноразвитые (более 80 см).

В районе исследований малоразвитые и неполноразвитые почвы приурочены к вершинам и склонам. Они формируются на элювиальных и делювиальных образованиях. Полноразвитые приурочены к долинам, нагорным равнинам. От подошвы гор к вершинам мощность почв и толщина лесной подстилки уменьшается (Арефьева, Фильрозе, 1974).

Эрозионные процессы на территории лесничества проявлены мало, в основном на территориях вырубок. Здесь мелкозем почв смыт на поверхности выпуклых элементов рельефа с образованием мелкой щебенки и одновременным накоплением молодых делювиально - пролювиальных отложений на вогнутых элементах (Андреев и др., 1994).

В нарушенных рубками биогеоценозах формирование производных лиственных древостоев способствует интенсификации гумусообразования и в определенной степени восстановлению почв (Новгородова, Андреев, 1997). 1.4. Характеристика объектов исследования.

Объектом исследований явились сосновые насаждения лесного участка, арендуемого ООО «Катавлесхоз», который находится в границах ЧОГУ «Катав - Ивановское лесничество».

и

Расположение лесного фонда в условиях горного рельефа и в зоне интенсивного ведения лесного хозяйства определило многогранную роль лесов. По своему народнохозяйственному значению леса лесничества неоднородны (табл. 1.2).

Таблица 1.2. - Распределение площади лесного участка ООО «Катав-лесхоз» по целевому назначению лесов и категориям защитности

Целевое назначение лесов Площадь, га Доля, %

Защитные леса, итого 67261 58

В том числе: 1) леса, расположенные в водоохранных зонах; 10437 9

2) леса, выполняющие функции защиты природных и иных объектов: 26672 23

а) защитные полосы лесов, расположенные вдоль железнодорожных путей общего пользования, федеральных автомобильных дорог общего пользования, автомобильных дорог общего пользования, находящихся в собственности субъектов Российской Федерации; 3479 3

б) зеленые зоны, лесопарки; 9277 8

в) леса, расположенные в первом и втором поясах зон санитарной охраны источников питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения 13916 12

3) ценные леса 30151 26

а) леса, имеющие научное или историческое значение 1160 1

б) противоэрозионные леса 20874 18

в) запретные полосы лесов, расположенные вдоль водных объектов 8118 7

Эксплуатационные леса, всего 48706 42

Всего лесов 115967 100

Лесной участок представлен преимущественно защитными лесами, занимающими 58% его территории. Среди них преобладают ценные леса, большей частью выполняющие противоэрозионные функции. Значительна доля лесов, основной функцией которых является защита природных и иных объектов (23%). Площадь эксплуатационных лесов составляет 48706 га (42%).

Ниже (табл. 1.3) приведены данные о распределении площади лесного участка по категориям земель

Таблица 1.3. - Распределение площади лесного участка по категориям земель

Категория земель Площадь

га %

1. Общая площадь земель лесного фонда 115967 100,0

2. Лесные зем