Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Закономерности строения и роста одновозрастных сосновых и лиственничных насаждений

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Закономерности строения и роста одновозрастных сосновых и лиственничных насаждений"

у Г Г>

\ О

МАРИЙСКИЙ ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ. А.М.ГОРЬКОГО

На правах рукописи БОГАЧЕВ Александр Васильевич

ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТРОЕНИЯ И РОСТА 0ДН0В03РДСТНЫХ СОСНОВЫХ И ЛИСТВЕННИЧНЫХ НАСАЖДЕНИЙ

06.03.02. - Лесоустройство и лесная таксация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Йошкар-Ола, 1993

Работа выполнена - go Всероссийском научно-исследовательском институте химизации лепного хозяйства.

Официальные оппоненты — доктор биологических наук,

проф. В.В.Кузьшчев доктор сельскохозяйственных наук, проф. Н.Н.Свалов

доктор сельскохозяйственных наук, проф. В.С.Чуенков

Ведущая организация — Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт лесного хозяйства ССПНИИЛХ)'

Защита состоится i с ^ 1993 года в 9 часов

на заседании специализированного совета Д 064.30.01 при Марийском ордена дружбы народов политехническом институте им. А.М.Горького С424024, Марий ЭЛ, г.йошкар-Ола, пл.Ленина, 3).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке политехнического института.

Автореферат разослан " 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат сельскохозяйственных наук, с.н.с.

К.К.Калинин

Актуальность темы: в современных лесотаксационных и лесоводственных исследованиях явно прослеживается тенденция к переходу от изучения частных закономерностей к созданию обобщающих моделей строения и роста древостоев. Это обусловлено накоплением объема знаний и широким внедрением в научные исследования и практику ведения лесного хозяйства электронно-вычислительной техники, которая позволяет не только изучать сложные системы, но и Применять полученные результаты в практической деятельности. Нашли производственное применение дистанционные методы изучения лесных ресурсов, предложены варианты моделей строения и роста насаждений, иммитациошше модели рубок ухода. И хотя во многих случаях таксационное и лесоводственное моделирование просто повторяет ранее достигнутые результаты, выполняя лишь функцию свертки информации, однако, есть немало работ, которые показывают, что данное направление позволяет получить качественно иной уровень знаний с непосредственным выходом на практическое их использование в лесохозяйственной практике.

В связи с вышеизложенным, представляются актуальными исследования в области выявления общих взаимосвязей таксационных показателей, выявления закономерностей их роста и изменения в древостоях и построении на этой основе иммитационной модели строения и роста насаждений. -

Цель исследования - заключается в установлении всеобщих взаимосвязей таксационных показателей древостоев и в построении прогностической иммитационной модели строения" и роста древостоев, которая позволяет не только прогнозировать естественный рост насаждений, но и иммигировать различные варианты рубок ухода. Взаимосвязи таксационных показателей кроме того, что они являются составной частью математической модели строения и роста древостоев, ориентированы также и на использование их в разработке дистанционных методов учета лесных ресурсов.

Научная новизна состоит в том, что вместо частных закономерностей строения и роста древостоев, установленных прииенительно к определенному географическому району или к типу условий места произрастания, предложены универсальные взаимосвязи таксационных показателей, определяемые лишь возрастом и

морфологической структурой древостоя. Показано, что прогноз роста чистых сосновых насаждений, с достаточной для практики точностью, можно осуществить на основе следующей исходной информации: возраст, число .стволов, .средняя высота, средний диаметр, среднее относительное протяжение крон в центральной ступени. толщины. Установлено, что прогноз естественного роста древостоев и иммитацию вариантов рубок ухода новдо вести по одной и той же модели на основе общих закономерностей. Введено понятие -лесоводственная полнота. Впервые в практике лесотаксационного моделирования обоснованы . пределы возможной области прогнозирования роста насаждений, которые определяются степенью их физической и физиологической устойчивости, оцениваемой через лесоводственную полноту, относительное протяжение крон и соотношение D/H. Показано, что с введением ' показателей протяженности кроны можно перейти от локальных связей к общим, которые уже. не зависят от .условий места произрастания и географического района. 1

Практическая ценность и реализация результатов исследования. Разработанная математическая модель роста -сосновых древостоев позволяет обосновать начальную густоту посадки и . режим и-зреживания насаждений. Район действия модели - ареал сосны. Важной составной частью модели являются критерии устойчивости насаждений против внешних воздействий. Их учет, в практической деятельности позволит выращивать- здоровые сосновые насаждения с запасами к возрасту главной рубки более 500 мата. '

Установленные взаимосвязи таксационных показателей позволяют повысить точность таксации лесосечного- фонда и лесотаксационного дешифрирования аэрокосмических материалов.. На их основе. разработаны правила аналитико-измерительного дешифрирования лесов северо-восточной части СССР с помощью аэрокосмических снимков, по которым выполнено лесотаксационное дешифрирование на площади 23,4 млн.га. В их - состав входят: нормативы закладки числа реглскопических площадок- на таксационно-дешифровочных выделах СТДВ), таблицы видовых высот, номограммы взаимосвязи диаметра, высоты, полноты и возраста насаждений, номограмма для определения процента деловых стволов через возраст, высоту и полноту, правила работы с таксационным прицелом. Некоторые из указанных предложений вошли в новое наставление по отводу и таксации

k'

лесосечного фонда в лесах СССР. Установленные закономерности строения и роста древостоев учтены при организации сети постоянных пробных площадей по изучению хода роста древостоев и мониторингу лесов. .

Апробация работы. Результаты исследований опубликованы в журналах "Лесное хозяйство", "Лесоведение", сборниках научных трудов ВНИИЛМ и ЛенНИИЛХ, а также в изданиях ЦБНТИ лесхоз. Материалы диссертационной работы докладывались й обсуждались на ученом совете ИИЧ' В/О "Леспроект",. техническом совете В/О "Леспроект", на совете и" конференциях ВИГПШ, на Всесоюзном научно-техническом совещании • "Повышение эффективности производства в лесной промышленности и лесном хозяйстве на основе АСУ" С г.Петрозаводск, 1936 г. X во Всесоюзном научно-исследовательском институте лесоводства и механизации лесного хозяйства, на научно-методической конференции Камбоджийского СХИ (г.Пномпень, 1990 г.). Программа "Сосна" передана в 1991 г. в Воронежский лесотехнический и , в Сибирский технологический институты.

, Публикация работ: основные положения диссертации опубликованы в 23 научных работах, общим объемом 13,5 печатных листов, в том числе • 2 монографии и одна • брошюра и 20 статей и материалов научных конференций.

Личный вклад автора. Автор являлся научным руководителей исследований по ' теме диссертации,' принимал непосредственное участие в планировании и проведении полевых экспериментов. Статистическая обработка материалов с помощью ЭВМ во всох случаях выполнялась непосредственно автором.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Взаимосвязи таксационных показателей древостоев одной породы являются всеобщими и не зависят от возраста, географического района и условий, кеста произрастания.

2. В дополнение к ранее известному критерию ветроустойчивости насаждений, выражаемому через отношение среднего диаметра к средней высоте, предлагаются два новых критерия ветроустойчивости и жизнестойкости насаждений: лесоводственная полнота и среднее относительное протяжение крон. Моделирование процессов роста древостоев возможно до тех пор, пока не будут нарушены критические пороги указанных критериев.

3. Для прогноза роста сосновых древостоев необходимо иметь

данные о возрасте, высоте, диаметре,' числе стволов и об относительном протяжении крон (с учетом сказанного в пункте 2).

4. Математическая модель строения и роста чистых сосновых насаждения, позволяющая не только прогнозировать рост древостоя в естественном режиме, но и имитировать рубки ухода как по низовому, так и по верховому методам.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, изложена на 507 страницах, включая приложения С133 с.) и содержит ИЗ таблиц, 26 рисунков. Библиография включает 591 название, в том числе 118 иностранных.

В третьей главе частично использованы результаты исследования, вошедших в кандидатскую диссертацию, выполненную на тему: "Взаимосвязи основных таксационных показателей", составляющие не более 57. объема представленной на рассмотрение работы'.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ, ПО ГЛАВАМ Глава I. МЕТОДИКА РАБОТЫ ,

Многие исследователи в области лесной таксации считают, что таксационные закономерности можно устанавливать только в пределах определенных географических районов и условий места произрастания. К ним относятся Атрощенко O.A. (1983), Багинский В.Ф. (1976, 1984), Березин A.M., Трунов H.A. (1957), Варгас де Бедемар (1850), Верхунов П.М. (1973), Загреев В.В. ' (1974, 1978), Козлов И.Ф., (1905), Лакида П.И. (1936). Свалов H.H. (1976), Успенский В.В. (1982), Усольцев В.А. (1983), Ввиденко А.З. (1993, 1986) и др. Другое направление состоит в • том, что влияние географического района и условий места произрастания на таксационные закономерности признается несущественным и поэтому они должны иметь общий характер. К представителям такого направления относятся: Анучин Н.П. (1982), Вагин A.B. (1976), Кузьккчев В.В. (1977), Матвеев-Мотин A.C. (1960), Тюрин A.B. (1924) и автор данной работы.

Методологической основой исследований явилась идея аллометрической обусловг^зниости взаимосвязи таксационных показателей деревьев и древостоев. В связи с этим опытный материал подбирался не в пределах географических районов и тип--а леса, а в расчете на максимальный охват иаблюдениями

б

предполагаемых факторных пространств значимых аргументов. Для исследования хода роста древ остоев использовались данные наблюдений на постоянных пробных площадях (ППП) чистых сосновых насаждений со сроками наблюдений от 5 до 30 лет. Для изучения закономерностей строения древостоев использовались временные пробные площади и таксационно-дешифровочные выдела. На ППП определяли: возраст CA), число стволов (Ю, высоту (HD и протяжение крон (LU в центральной ступени толщины и срзднеквадратический диаметр CD). На временных пробных площадях и ТДО определили дополнительно степень сомкнутости полога СЮ, а на части из них - запас и среднюю видовую высоту СНГ). Объем экспериментального материала указан в соответствующих разделах.

В процессе разработки методики исследований разработаны правила работы с таксационным прицелом Ссовместно с Н.П.Анучиным). Вместо 40-G0 точек визирования в. зинит для .определения степени сомкнутости полога, которые рекомендовались в действующих руководствах, предложено определять по форнуяе оценки ошибки доли С150-1Р.00 наблюдений). Разработана новая методика закладки ТДВ с реласкопическим определением площадей поперечных сечений, перечетом ближайших .7-10 деревьев и с 33-17 точками визирования в зенит для определения степени сомкнутости полога.

При оценке параметров уравнений применялся многошаговый регрессионный анализ с исключением незначимых факторов. Для учета качественных признаков использовались фиктивные переменные. Широко применялся анализ остатков, по результатам которого вводились новые факторы, уточнялась форма связи и устранялись обнаруженные ошибки. Применялась корректировка регрессионных уравнений путем введения дополнительных членов уравнения с таким расчетом,, чтобы гиперплоскость регрессйи проходила через резко выделяющиеся, но достоверные наблюдения. Корректировка регрессионных уравнений проводилась и по другим соображениям, о чем будет сказано позже.

Глава II. ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТРОЕНИЯ ДРЕВОСТОЕВ

Закономерности строения древостоев изучали: Атрощенко O.A. С1983), Вавилов C.B. С1975), Гусев И.И. (19S2), Дзедзюля'A.A. (1979), Загреев B.B. (1974), Захаров B.K. С19Б5), Капан^зе А.Д. (1965), Кузьмичев В.В. (1977), Кулешис A.A. (1986, 1S81, 1983),

Кондратьев П.С. (1357), Лакида П.И. (193S), Левин В.И. (196Б), Межибовский A.M. (1973), Мойроа С.Л. (1960), Моакалев А.Г. (1974, 1972), Подмаско Б.И.С1983), Попов M.D. (1905,1906), Прокудин Ю.А. (19Б8), Стромшский A.A., Швиденко А.З. (1975), Сухих В.11.(1955), Тюрин A.B. (1971), Успенский B.B. С1982), Федосинов А.Н., Анисоч-хин В.Г. (1979), Чуенков B.C., Швиденко А.З. (1S79, 1935), Chano S. С1934), Cray R.R. (1956), Iunen A. (1952), Prodan M. (1965), Smith N.J. (19Q6) и другие исследователи.

Б данной раздело рассмотрены взаимосвязи таксационных показателей отдельных деревьев в отдельных древостоях. Предложена общая для всех' древесных пород зависимость относительных высот (Rh) от относительных диаметров (Rd), Н, D, относительного протяжения крон (L2) и диаметра i-ой ступени толщины (Dp.

Уравненио указанной связи имеет вид:

rh » 1+10.61 «RiVh+O. 31 'R1 -cd!-dd • ./evo! -0.01377• r1 »Di /'у/ТсГ"--4. e4s-r1 -уш~113-r1 -y ll^dl 1

f»41e8 r=0. ss7 m » ±0.038

*r1 °YD1• 0 CS.t>,

Уравнение (2.1) поручено на основе данных 174 пробных площадей, из которых 100 пробных площадей - сосновые насаждения, 40 - еловые, 14 - лиственницы, 14 - березовые и Б - буковые. Кривые -высот на каждой пробной площади выравнивались графически или' с помощью ЭВМ по уравнению:

1к « и + b/"ck + c^dí

С каждой кривой снимались данные в 4-х точках; для минимального, максимального и среднего диаметров, а также для части кривой, лежащей мъжду минимальным и средним диаметром. Общность связи 2.1 для указанных древесных пород установлена впервые;. Она может быть использована при разработке новых методов таксации лесосек, а также для моделирования Корректировки средней высоты после изреживания древостоея.

На основе анализа соотношения <i¿, к <*<<■, L1X и Н 100 сосновых деревьев из верхней части полога и 100 деревьев из нижней части полога Спо 10 деревьев из 20 пробных площадей), а

. также на основе анализа соотношения ^, ы, aw и ¡_1L у 30 t одиночностоящих деревьев исследована зависимость диаметров стволов от размеров крон. Показано, что размер диаметра ствола определяю, высота, размер кроны и положение дерева в пологе насаждения. Установлено, что одиночностоящие деревья имеют равный запас прочности, независимо от размеров кроны. В пологе насаждения запас прочности больше у деревьев верхней его части, и ' он прямо пропорционален ширине и сткссителмшк" протяжениям крон. Отрицательное влияние на устойчивость деревьев против ветролома, снеголома н болезней оказывает уменьшение относительного протяжения крон, тле. при этом резко увеличивается амплитуда раскачивания деревьев, что ведет к обрыву корней и охлестывали» деревьев друг другом. Dee это . в совокупности снижает устойчивость их против болезней, а возрастание рычага приложения силы приводит 1С ветролому и снеголому. Поэтому наиболее -ветроустойчивы редкие, но сомкнутые насаждения с большим протяжением кроны (здесь не рассматривается ветровальность, которая определяется, в основном, лочвеиш-грунтовшш условиями).

•. На. - основе данных 40 пробных площадей и ТДВ, заложенных в сосновых древостоях, выявлено закономерное изменение протяженности крон в пределах ступеней толщины в зависимости от D, И, L2, di, и высоты ступени толщины 00:

L2i = L3'C1. 503-0. 0849*D+0. 000074 rll'D* LI +2. 652»L23 • • . -cdi -hi-D-нэ сг

F=l57 R=0. ВС4 m»±0.137

Уравнение 2.2 предназначено для корректировки L2 при имитации рубок ухода.

В зависимости от ■ среднеквадратиче'ского диаметра D, минимального диаметра di и максимально!1 диаметра по данным 36-ти перечетов найдено уравнение распределения стволов по ступеням- толщины. Исходные переменные вычисляют следующим

образом:

R

Tl......."......................\

S S ч - ч

I ** ____I

"DT DНТ+г ; Вг

Рис.1. Схема получения переменных

x=di+2-dl x4=CCd2+2-dO ЛХ>® Если: F<0, то x2=0 Если: F>0, то xi =0

y=R+4-x x5=l SR*

x2=CFVR}

xl=CFVR:>

z

i

x3=l /R x6»C xy/DD

э

Hi =9XPC 1 . 0845-11. 503S • x-16. 6222 • y* +50. 731-хЭ-0. 36504•X4-E90. 11■ x5--O.00000902-x6D

сг. з.>

Далее NA нормируются:

NiM = ClOO^ Ni50-Ni«

По нормированным процентам числа стволов вычисляют новый среднеквадратический диаметр (DO и находят д-D-D', а далее осуществляют передвижки по формуле:

Предложенный алгоритм дает погрешность в одной ступени толщины не более ¿1,1'/.. .

Оценка точности зависимости 2.3 выполнена с использованием . критерия * по данным 39-псречетоз, которые не вошли в опытный материал (данные А.Шваппаха, П.В.Воропанова, П.Флюри, Матвеева-Мотина и автора). Оказалось, что 207. древостоев выходят за пределы 0,17. доверительного интервала. • Анализ этих древостоев показал, что все они являются разновозрастными. Следовательно, зависимость 2.3 действительна только для одновозрастных древостоев. Сравнение зависимости 2.3 с 59-ю рядами1 распределений, взятых для разных пород из разных справочников, показало, что только 127. из них, выходит за пределы 0,1Я доверительного интервала по критерию 1. Отклонения в пределах одних и тех же ступеней толщины по данным разных авторов достигают ¿87.. Данные теоретического распределения всегда лежат внутри интервала отклонений. В сравнении с данными А.ВЛюрина зависимость 2.3 имеет незначимое (на 57. уровне) различие в дровостоях с диаметром 24 см и выше. При средних диаметрах ненее 24 см различия несколько больше, но не превышают 17. уровня. Следовательно, можно признать, что уравнение 2.3 является приемлемой апроксимацией рядов распределения стволов по толщине.

Nv = Nl

На основе данных 109 пробных площадей сосновых, еловых и буковых древостоев из разных регионов найдены зависимости для минимального и максимального относительных диаметров от D, н и L2

RJ . = О. 272-0. 333-L -L2-0.31'L • D-Ю. 752 -L2+0. 0214 • H <2.42

dmin P n

F=>79. 7 R=0. 63 m=±0. 0S1

R , » 1. 804+0. 309- L -L2+0. 31 -L • D-0. 0273 D С2. 5J>

dmox r» n

F=56.7 R=0.778 m=±0. 121

Уравнение 2.3 в комплексе с уравнениями 2.4 и 2.5 позволяет в . математической модели строения и роста древостоев дать распределение стволов по ступеням толщины.

По данным 190 таксационно-дешифровочных выделов определен коэффициент вариации G С Vo ) на реласкопических площадках в зависимости от . полноты, среднего диамнетра ■ и страты неоднородности. Площадь выдела при учете страт неоднородности не имеет существенного значения. Разработана методика определения страт неоднородности по снимкам или при проведении коллективной тренировки. Установлено, что' коэффициент вариации Vo на реласкопических площадках зависит от CDD, (Р) и страты неоднородности (С) следующим образом:

vo = 77Ь°4 ~ 19-7 + 3'G* + 26-62 сг.бэ

m«±S. 125(

Так как при большом числе реласкопических площадок, их площадь занимает.значительную площадь выдела, то вводится соответствующий поправочный коэффициент, который уменьшает число площадок в выделах с небольшой площадью. При закладке таксационно-дешифровочных выделов проще определять среднюю высоту СЮ, поэтому для этого случая предложено уравнение: ч

V = 7*,"1 - 19. 7 + 3-е2 + 26.21 сг. 7}

а H

m=±5. 16«

Уравнение 2.6 целесообразно применять при планировании числа реласкопических площадок по данным наземной таксации, а уравнение

2.7 - по данным дешифрирования аэрофотоснимков (при закладке ТДВ). При площади лесосек или ТДВ менее 10 га число реласкопических площадок, определяемое с помощь» уравнений 2.6. и 2.7, ножно несколько сократить (ввести поправку бесповторной выборки на величину генеральной совокупности). Сиз учета указанной поправки для страты неоднородности 1,5 зависимость числа реласкопических площадок от среднего, диаметра и полноты древостоя наглядно представлена в таблице 1.'

Таблица 1

Число реласкопических площадок в зависимости от полноты и среднего диаметра древостоя для страты неоднородности выдела 1,5 для достижения точности определения ±7*/. на 32% уровне значимости

D Полнота насаждений

см, 0.1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 о,в 0,9 1.0

8 35 31 28 25 23 .20 ' 18 15 13 ■ И

12 29 26 24 21 18 16 14 12 10 '8

16 .27 24 21 19 16 14 12 10 9 7

20 25 23 20 18 15 13 И 9 8 7

¿4 24 22 19 . 17 15 13 И • 9 7 6

20 24 21 19 16 14 . 12 10 8 7 6

32 23 21 18 ' 16 14 12 10 8 7 5

36 23 20 18 16 , . 13 11 10 8 6 5

40 23 20 18 ' 15 13 И 9 8 5 5

Глаза III. ВЗАИМОСВЯЗЬ ТАКСАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДРЕВОСТОЕВ

Взаимосвязи таксационных показателей изучались как отечественными, так и зарубежными авторами: Белов C.B., Мажу-гин H.H., Жуков А.Я., Емельянов В.П. (1975), Белов C.B. (1933), Борисов В.И. (1965, 1966), Верхунов П.М. (1973), Давыдов Г.М. (1981), Данилин U.M. (1984), Дзедзюля A.A. (1979), Мошкалев А.Г. (1974,1902), Подмаско Б.И. (1974), Преснухин Ю.В. (1981), Ри-

херт С.М. С1966). Савинов Е.П. С1978), Сухих В.И. (1966), Юно-видов А.П. (1951), Димитров Е. (1976), Dippel М. (1982), Veri-ыа P.R. С1254), Zybura Н. (1977) ii другие исследователи.

По дашшн 430 пробных площадей и таксационно- дешифровочных площадей листвен&чных насаждений (Чукотский лесхоз и Южная Якутия) получена зависимость:

LD = О. 001389-А-0. 37B3-P+0. 098-34-1. -Н+С 1521 СЗ.

п г»

f=q. 3 r=0.q37 m=±9ji

Для сосновых насаждений по данным 684 пробных площадей, представляющих практически весь ареал породы в пределах СССР, найдена зависимость:

LD = 0.B112G-L -Н+О. 000315-llz+0. 7125B-L -Р+

+0. 002304-А-0; 00559-у А -5. 36-У Р +

■ +1. 801-Р+3. 0701 сз.г>

F=15.6 R=0. SC7 ra=±2. 22 см m=±10.3J4

- Анализ отклонений опытных данных от выравненных по уравнениям 3.1 и 3.2' показал, что они дают приемлемые результаты для насаждений, выросших в режиме высокой густоты. Для насаждений, выросших в изреженном состоянии, указанные уравнения значительно занижают средний диаметр, но таких насаждений мало и'поэтому для целей дешифрирования таксационных показателей' по аэрокосмическим снимкан уравнения 2.8 и. 2.9 вполне пригодны, 4 что подтвердила проверка- их в Центральном, Западно-Сибирском, Прибайкальском и в Дальневосточной лесоустроительных предприятиях. Уравнения 2.0 и 2.9 реализованы в виде соответствующих номограмм с входами по А; НИР.

Для целей дешифрирования товарности листьеничных древостоев по данным 32-х пробных площадей, заложенных в Чукотском лесхозе с сортинентацией 682 учетных деревьев найдена зависимость процента деловой древесины (Рдел) от А, H и G в виде уравнения:

Р Я » О. Î510a-A-le. 49-L • А+З. 02-Н-63. 44-L -н + дел n ri

, +6. 44-G+137. О С3.3>

F=2.72 R=0.80 m-+S. BJS

Па основе уравнения 3.3 построена номограмма для определения процента выхода деловой древесины с входами по А, Н и Р.

Более точная и универсальная зависимость О от высоты (н), протяжения кроны (1.1), степени сомкнутости полога СЮ и ширины кроны найдена для сосновых насаждений- по данным Оо пробных площадей и таксационно-дешифровочных выделов, заложенных . в Московской и Рязанской областях. Ширину кроны определяли по формуле:

О, = А 2739 • КУН к

Уравнение взаимосвязи имеет следующий вид:

Ю = 1. 7383+0. 0281З-Н-О.1525-1, И+О. 8406-Ь -0.-0.0635-1,

П П П К П

Б=0.997 т=±1.03 см тУ.=±4. 4!{ СЗ. 40

Зависимость проверялась по многим регионам страны. Она нарушается только в перестойных насаждениях, где ширина кроны уменьшается за счет усыхания са'ных длинных ветвей, а диаметр ствола продолжает увеличиваться. По тен же материалам установлена зависимость: • '

О Я 3.5105+0. 05634-Н-О. 301 -и -Н-

1. О п

-о. З1ае-ок-о. 1848-к сз.во

г=Ю1 к=о.еб5 ш-±б.а

в, „ - сумма площадей поперечных сечений, приведенная к . сомкнутости 1,0 м?>га.

Условия применимости уравнения 3.5 те же, что и уравнения 3.4. По данным вышеуказанных материалов найдена также зависимость степени сомкнутости полога от Н, О, б, 1_1 и 1_2.

- О. 013 -0. 000038-VI -и +0. 1082-О- /1,Э >-/н +0. 05374•

где т •/ 13739/Ы С3.63

Р-259 Й-0.051 т»±0. 42

Для сосновых насаждения, о которых известно, что их лесоводственная полнота в течении жизни не превышала 1,0, оказалось возможным получить зависимость среднего относительного протяжении кроны QT A, H, D, Р и W1. Уравнение получено на основе данных 60 пробных площадей и таксационно-дешифровочных выделов, заложенных, в Кривандинском лесхозе Московской области и в Сельповском лесокомбинате Рязанской области:

L2J-. » 33,53-323, 02 • Н'Аг-1. 7536 • "/Â •/н '✓'Wl -10. 183• Рл • L ■ А+

п

+289, 84 * Wl/CA* S~H Э-313. 04 • W1 • H/D СЗ. 7}

Г=200 R-0.866 т=+3. 66Я

рч - относительная лесоводственная полнота.

Если известна средняя видовая высота-насаждения, то L2 можно определить через Н,и L1. Связь найдена по данным 80-ти пробных площадей, заложенных в сосновых древостоях разных регионов страны (Мурманская, Московская, Вологодская, Иркутская, Ленинградская, Рязанская области и Алтайский край). На каждой пробной площади взято не менее 22-х учетных деревьев, а 24 пробные площади были со сплошной рубкой деревьев.

L2 = О. 76-0. Oies-L • А+0. 0626 • H -О. 1633-HF СЗ.Ю

Г» ' ' J

F=59 R=0.84 m=±0. 039

По материалам, положенным в основу определения параметров уравнения 3.0, найдена зависимость средней видовой высоты насаждений от H и L1 :

HF = О. 387-Н-4. 14-L2+3. 36 , СЗ. 92

R=0. 996 m=+0. 200 тЯ=±2.17И

Для лиственничных насаждений по данным 32-х пробных площадей, заложенных в Чукотском лесхозе, найдена зависимость:

HF » О. 479-Н-0-. 253 -L1+1.15 СЗ. tOJ

R=0. 990 m=±3. 3)i

Ранее в нашей, кандидатской диссертации били установлены аналогичные зависимости для ели и березы:

ЕЛЬ: НР - О. 439-11-4. 00-1.3+3.77 15=0.983 ш=±2.21 У. сз.и>

Береза: "р " о. эп-н-в. в-ьа+е. 1 1?=о.е74 т-+г.гг;; сз.ггэ

Закономерности, установленные во 2-й и 3-й главах позволяют повысить точность таксации лесосечного фонда и методов аналитико-измерительного дешифрирования аэрокосмических снимков. Они использованы при разработке "Временных рабочих правил по инвентаризации лесов Северо-Восточной части СССР методом камерального дешифрирования", руководствуясь которыми, В-^О "Леспроект" выполнил работы по камеральному дешифрированию лесов на площади 23,4 млн.га. Указанные закономерности использованы также при организации мониторинга лесов, загрязненных радионуклидами.

Глава IV. ОБОСНОВАНИЕ ЭТАЛОНОВ ПОЛНОТЫ

Вопросы обоснования эталонов полноты затронуты в работах .многих авторов: Багинский В.Ф. (1976), Вагин A.B. (1976), Дзедзхз-ля A.A. (19E3G), Загреев.В.В. (1974,1975,1978), Кайрхжштис Л.А., Оодвалькис А.И. (1975), Карпов А.Н. (1951), Козленко P.M. (1953), Лебков В.Ф. (1965), Лосицкий К.Б., Чуенков B.C. (1900), Сали-ков Н.Я., Ашметков В.П. (19Q5), Свалов H.H. (1976, 1979), Тетенькин А.Е. (1967), • Томазиус Х.О. (1378), Третьяков Н.В. (1941), Тюрин A.B. (1924), Assman Е. (1961), Schwappach А. (1986) . и других.

В лесной таксации существует более .10' определений эталона полноты. В "Лесной ■ энциклопедии" (1986) дано следующее определение этому показателю: "Полнота древостоя, степень плотности стояния деревьев в древостое, характеризующая долю использования ими занимаемого пространства". Как видим, определение важнейшего таксационного показателя дано весьма неопределенно, поскольку никому неизвестно, какой эталон является наивысшей или оптимальной "степенью плотности стояния древостоя" и также неопределенно понятие "степень использования занимаемого

пространства". В этом же источнике степень сомкнутости полога называется лесоводственной полнотой. По нашему мнению одному и тому же показателю не следует давать два разных названия. Под "лесоводственной полнотой" нами (Богачдв А.В., 1985) предложено понимать такой эталон при данном сочетании А, Н и О, превышение которого переводит насаждение в неустойчивое состояние (подверженность ветролому, повреждениями ожеледью, вредителями и т.д.). Методика исследования состояла в следующем: по данным постоянных пробных площадей фиксировались А, Н, О, N. при которых значение в достигало максимума и далее начинало снижаться. В опытный материал включались также древостой "Рекордсмены" типа насаждений Линдуловой рощи, Культур Тюрмера и т.д. Были собраны данные о 243 древостоях, из них 115 по сосне, 83 - по ели и 34 -по'лиственнице. Найдено уравнение:

ив = -0.071-Ь -А-О.лг^ • 0+0. 831 • Ь -Н+0. 071-О+О. 03-Н+ п п п п п

+о. 05ез-гг+г. еэ1б с-/, и

к**о.еа тя=±о. о«

рг * - фиктивная переменная для ели, которая вносит

поправку в постоянный член уравнения 4.1; п .кз - Фиктивные переменные для сосны и лиственницы, - - коэффициенты при которых оказались равным)! нулю.

Уравнение 4.1 определяет средний уровень <3, при котором насаждения начинали снижать . Если же снизить 'этот уровень на две сигмы вниз, т.е. на 16%, то мы получим такие эталоны полноты, которые имеют высокие запасы и в то же время насаждения являются достаточно устойчивыми против внешних воздействий (разрушается не более 5% древостоев). Эти уровни было предложено считать эталонами лесоводственной полноты.

Для таксации запасов предпочтительно иметь стандартные таблицы О, Ы и запасов. Но для их разработку! также не существует единой методики. Поэтому предлагается, используя уравнение 4.1, получать по материалам массовой выборки из таксационных описаний А, Н, о находить по ним вп, снижать ее на 16%, а затем выравнивать ее относительно высот: Достоинство этого метода состоит в том, что местная стандартная таблица будет максимально согласована с

лесоводственной полнотой, а также в объективном подходе к разработке стандартных таблиц, где полностью исключаются субъективные факторы. Показано, что рубки ухода, проводимые в древостоях с лесоводственной полнотой 1,0 и выше, приводят к снижению б и к последующему изреживанию насаждений. Это положение наглядно иллюстрирует таблица 2.

Таблица 2

Влияние лесоводственной полноты на результаты рубок ухода слабой интенсивности по данным А.Шваппаха для сосновых насаждений С1908 г.)

№Ц! Н'П Ьозраст и начале наблюдений И конце наблюдений Изменение в Изменение в '/. Метод рубок ухода

в начале в конце Н 0 в лесо-водст полн.

1 23 29 9,9 9,1 23,4 0,85 29,6 +6,2 +26,5 низовой

1 23 29 9,8 9,7 24,0 0,90 25,5 +1,5 +6,2 верховой

2 26 32 10,2 10,0 35,1 1,29 29,3 -5,8 -16,5 верховой

3 49 68 17,6 16,5 46,4 1,29. 40,0 -6,4 -13,8 низовой

В 23 29 8,3 8,0 20,3 0,82 21,9 +1,6 +7,9 низовой

В 23 29 8,2 7,8 21,2 0,86 22,5 +1,3 +6,1 верховой

9 31 52 10,9 9,2 38,4 1,31 34,1 -4,3 -11,2 низовой

12 40 71 12,6 11,3 28,9 0,95 33,8 +4,9 +17,0 низовой

14 36 57 11,7 11,0 38,1 1,32 31,8 -6,3 -16,5 низовой

В результате 13-летних наблюдений за ростом 27-ми сосновых древостоев из разных типов леса в Бельковском лесокомбинате Рязанской области установлена тесная связь процента прироста 1РаУ. с относительным протяжением кроны:

2Р и » -29. 4 + 104-ьг о

Г«07. О

г »0. 07

ш=±Э. в*.

На рис.1 показан график этой связи. Анализ установленной зависимости показал, что при снижении 1.2 менее 0,25 древостой практически никогда не могут повысить величину в, а при 1_г<0.3 существует высокая доля вероятности того, что в ближайший период древостой снизит существующий уровень в.

Б большинстве таблиц хода роста (рис.2) показано, что G растет возраста 140 и более лет. В свете вышесказанного такое положение является сомнительный. Если ны обратимся к данным ППП с большими сроками наблюдения, то нигде не обнаружим длительного увеличения О, па что уже указывал В.В.Кузьмичев (1977г.). Обычно сроки роста древостосв при полноте более 1,0 не превышают 15 лет.

Аналогичную закономерность подтверждает и рис.3, на котором даны выравненные кривые зависимости G от А но данный А.Иваппаха в начале и в конце 'наблюдения на постоянных пробных площадях сосновых насаждении (периоды наблюдений от 7 до 29 лет! Как следует из рис.3, в конце наблюдений G значительно снизились во всех возрастах,' хотя согласно таблицам А.Иваппаха до 90 лет G должна была бы возрастать. Многие специалисты считают, что -таблицы хода роста показывают тот уровень, вокруг которого должны колебаться величины G по мере роста древостоев. Однако, итоги длительных наблюдений показывают, что'в насаждении ;южет быть только один глобальный максимум G. Последнее утверждение иллюстрирует рис.4, где показан ход изменения G на постоянных пробных площадях с наиболее длительными сроками наблюдений.

Обобщай вышесказанное, можно заключить, что древостой не ногут длительное время расти в состоянии максимальной густоты. Достигая максимума G, в дальнейшем они снижают этот показатель вследствие потери ветроустойчивости. ■

Глава V. МОДЕЛЬ ПРОГНОЗА РОСТА СОСНОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ

В области разработки методов составления таблиц хода роста известны работы отечественных и зарубежных авторов: Багин-с!сий В.Ф. (1976), Вороланов П.В. (1979), Гусев И.И. С1982), За-греев В.В. (1975, 1979), Разин Г.С. (1966, 1977), Свалов H.H. (1979), Шкунов В.А., Саликов Н.Я. (1975). В последние годы методы построения таблиц хода роста уступают место математическому моделированию роста древостоев и составлению программ рубок ухода. В этом отношении следует отметить работы следующих исследователей: Антанайтис В.В.Дябера А.П. (1982), Атрохин В.Г., Короткой A.M. (1960), Атрощенко O.A. (1985), Геркис Г.О. '(1981), Дзедзюля A.A. (1986), Казимиров Н.И., Горбунова Т.К., Дмитриева H.A. (1986), Кишенков Ф.В. (19Q3), Кузьмичев В.В. (1977),

Рис. 1. . Зависимость процента приростаот и эа 13-летниЯ период по данным постоянных пробных площадей Еельковского лесокомбината Рязанской области (сосна).

Гд

Рис. 2. ! Зависимость сосновых насаждений от высоты

по дан:шм таблиц хода роста ( Пкл. бок. )

•-Стандартная таблица ---БССР (по Михневичу О.П.)

--Карпаты по (по А.О.'йцуку) -----ЦЧО (по А.Д.Дударезу)

----Курганская обл.(по Г.А. ;-----Ленинградская обл.(по

Ходоту и Г.Ф.Карпенко) А.Г.Мошкалеау)

Рис. 4. Результаты длительных наблюдений на постоянных пробных площадях за динамикой 1ч

-Сосна.Опыт Марскербаха ------Соена.ТСХА,кн.Ш,Ж

---Сосна.ТСХА, квгХ1У,А ----Ель.ТСХА.кв.Ш.Е

Рис. 3.. Зависимость2eg сосксбьк населдекиЧ от возрастэ г.э данным Игалпаха

-- В начало наблзденмЯ

—--В конце наблвдзкий

Лакида П.Н. C19G5), Попков M.D. (1985), Разин Г.С.' (1988), Рябо-конь Л.П. (1981).

Первоначально автор питался включить в опытный материал все доступные ему данные о росте сосновых древостоев на ППП. Но впоследствии пришлось убедиться, что дать прогноз роста всех древостоев принципиально невозможно. Рост насаждений, достигших лесоЕсдственной полноты 1,0 и выше, вссдело определяется внешними погодными факторами - при благоприятных условиях они продолжают увеличивать полноту, но при появлении неблагоприятных воздействий в них начинается процесс распада древостоя. Поскольку чередование климатических факторов является случайным (или почти случайный) процессом, то естественно процесс роста древостоев, имеющих-лесоводственную полноту 1,0 и выше, невозможен. Поэтому в окончательный материал были отобраны данные о росте 52-х сосновых древостоев с лесоводствснной полнотой ниже 1,0. Из них данные автора - 17 пробных площадей с 13-летннм сроком наблюдения по Бельковскому лесокомбинату Рязанской , области, И ППП Шваппаха (1903) 2 - Рубцова В.И. (1974), 5 - Гаврило'ва В.И. (но данным 'Шинкареихо И.Б. и Дзедзюля A.A. (19G5), 2 Юрковский A.A. (1972), 2 - Литаш Н.П. (1979), 3 - Хоанг K.Ii. (1982), 1Q -Митриев А.Е., Саблин А.Ф. (198Б)(£-Лакида П.И. (1985).

Для прогноза роста сосновых древостоев по G найдено уравнение:

CCG' ✓O-l.Ol 100 » 8. 196+80. 69-СА1 • LS - С G-Gl D ?/А2--1. 6073 • G'• AI Z • H/A3-0. 3473 • С AI Z-0. Ol 7 • AI Ъ • СV УС 1OOOOOO • P • H/A2} +401. 37 * AI ■ PI * • tl/C A-Di C5. О

F=360 R-0.981 m=±4.27?«

Здесь: G - сумма площадей сечений в начале наблюдений;

G" - сумма площадей сечений в конце наблюдений;

AI - период наблюдений;

Р - относительная лесоводственная полнота;

Gl =1. 32-СG/^-G

Pl=Gl/CGl+G>

Область действия уравнения: период наблюдения от 5 до 30 лет, 2h

периода периода

И - от 9 до,26 н, возраст - от 10 до 120 лет, диаметр - от 8 до 40 см.

• Для прогноза роста по высоте и диаметру использовано дополнительно 10 ППП Шваппаха, миновавших период кульминации О. По данным 72-х сосновых древостоез найдено уравнение:

СН'-Ю = I. 88-0. 1533-В-ИЭ + 5. 985-В-0.1142 • В • СЬ1+1Л.

-О. 8705 • В• РУУ/1 -О. 00164-А1 •л'/Н* С5. г}

F-116 R=0. 947 га=±0. 492м

W6=H/4 WS-CL -W6-L -W13z

n n

Если W6>W1, ТО W5«0

Для получения уравнения прогноза роста по диаметру предыдущий материал но высоте был дополнен данными 18-ти ППП Б.И. Гаврилова, А. Шваппаха и данными по Боярской ЛОС. В этих насаждениях уже был достигнут' максимум G. Это обстоятельство несколько нарушило чистоту опыта, но использование указанного материала диктовалось недостатком наблюдений . з определенных частях факторного пространства. По данным наблюдений на 90 ППП получено следующее уравнение прогноза роста диаметра:

. CCD'/ro~l .03-1СЮ - l.'48-0.0ie58-A3--/D -А/Н+

+41. 919• Al • Р1 /С-/о • -/~А Э +0. 06207• Al • Н• т/А /Wl V

+63. 42S-A1 -L2-Wl/CCL+á. 7-L1 -LZ*) -А5 +

+1. 4404-A3-H/CD-Ai-O. 0СЮ015-А1 • AVH* СР. 3->

Fe194 R=0.059 m»+3. Э1

Алгоритн модели роста сосновых насаждений предусматривает два варианта ввода исходя..х данных:

1. А. N. Н. D. А1

2. А. N R D, L2. А1

При вводе информации по варианту 1 данные с L2 вычисляются соответственно по уравнениям 3.7 и 3.6. Прогноз роста G, н, и D

вычисляют ло уравнениям 5.1-5.3. Через G и D вычисляют N. По уравнениям 3.6 и 3.7 вычисляют новые значения R и L2. По уравнениям 3.4 и 3.5 проверяют взаимоувязку н, D, L2 и R. Вводят необходимую коррекцию, как среднюю между данными прогноза и корректирующих уравнений.

Далее по уравнениям 4.1, .3.9, 2.3,2.4 и 2.5 вычисляют лесоводственную полноту, видовую высоту, запас, распределение стволов по ступеням толщины. Если насаждение на каком-то этапе необходимо изредить, то на экран выдается распределение стволов по ступеням толщины и характеристика древостоя. Оператор указывает для каждой ступени толщины процент вырубаемых деревьев и таким образом осуществляет нужный режим нзреживания. Уравнения 2.1' и 22, используются при этом для корректировки высоты л относительного протяжения крон после изреживания. Остальные 'таксационные показатели также пересчитываются по соответствующим уравнениям и формулам. Сроки прогноза могут колебаться от-5 до.'20 лег и вестись до 120 лет. Если в процессе прогноза в насаждении на какон-то этапе7 нарушаются критерии его" устойчивости, то происходит автоматический останов и видается сообщение о невозможности дальнейшего прогноза. Пример работы программы дан в таблице 3.

Глава VI. АНАЛИЗ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РОСТА .

СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ ' -

По данным опытного материала со средней продолжительностью прогноза 12 лет разработанная модель показала следующую точность прогноза таксационных показателей.

Таблица'4

Точность работы модели прогноза роста сосновых насаждений

Наименование .показателей

Систематическая ошибка, У.

Случайная ошибка,%

Средняя высота -0,7

Среднеквадратический диаметр +0,6

Сумма площадей поперечных сечений +1,5

Число стволов +2.0

3,7 3,5 4,9 7,1

2i

• • Таблица 3

. Прогноз роста соснового насаждения

Возраст Число Высота Диа- Длина ВидоЕое Сомкнутость Полнота Площадь Запас

стволов метр кроны число полога сечения

37 232 12,4 22,0 8,6 423 0,382 0,359 8,8 46

50 197 16,1 27,9 10,9 419 0,442 0,420 12,0 82

БО 185 18,2 31,5: 11,2 429 0,470 0,463 14,4 ИЗ

70 177 19,8 34,4 11.2 435 0,488 0,607 16,4 142

80 171 21,0 36,7 11,1 . 441 0,493 0,537 13,1 168

30 165 21,9 30,5 10,9 445 0,504 0,560 19,3 188

100 160 22,5 39,9 10,7 448 0,502 0,574 20,0 203

Распределение стволов по ступенян толщины

А 4 0 12 16 20 24 20 32 36 40 44 48 52 56- СО 64 68 72 76 80 04 08 92 95

37 0 24 34 42 40 33 24 15 8 4 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

50 0 12 10 24 20 27 23 19 14 10 7 4 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

60 0 9 14 19 23 21 21 10 14 11 0 6 4 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0

70 0 С 10 15 10 20 20 10 15 12 10 7 6 4 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0

80 0 0 8 И 15 18 19 19 17 14 12 9 7 5 4 2 1 0 0 0 0 0 0" 0

30 0 0 5 •7 И 15 10 19 18 16 14 И 9 0 4 2 1 0 0 0 0 0 0 0

100 0 0 3 5 9 12 16 10 10 17 15 12 10 '? 5 3 1 0 0 0 0 0 0 0

го -о

Сопоставление результатов прогноза разработанной ' «одели и таблиц хода роста показывает, что между ними имеются значительные различия. Они меньше относительно прогноза роста н и о и больше при прогнозе изменения в и N. В качестве примера в таблице 5 даны результаты прогноза роста насаждений сосшйю модели и по таблицам А.И. Акулишша с одинаковыми начальными показателями в возрасте 30 лет.

Таблица5

Сопоставление таблиц хода роста насаждений сосны ТАССР 1а класса бонитета с данными математической модели

Таблицы Модель

А Н в н а про-т я Кения кроны б V/ р

30 15,6 15,5 33,4 249 15,6 15,5 40 33,4 257 0,38

40 19,5 19,4 38,6 348 19,5 18,4 31 40,3 390 1,03

50 22,7 23,2 42,6 438 23,0 21,9 24* 47,0 531 1.11

60 25,4 26.9 45,7 520 26,0 25,9 20 .53,1 672 1.17

70 27,7 30,5 48,3 594 28,6 29,8 20 57,5 786 1,21

80 29,7 34,0 50,4 660 30,6 33,7 19 60,2 874 1,22

90 31,5 37,3 52,0 717 32,7 37,3 20. 60,9 930 1,19

100 33,0 40,0 52,0 764 34,4 , 40,6 20 59,7 952 1,13

Как видим, таблицы и модель имеют хорошее совпадение по прогнозу роста Н и о, но рост по в в таблицах систематически занижен. Но главный недостаток таблиц хода роста состоит в том, что они не отражают тот факт, что в условиях максимальной густоты насаждения не могут долго существовать. Поэтому результаты таблицы Б Скак по данным таблиц, так и модели) - идеалистические. В связи с этим в программе "Сосна" на каждом этапе прогноза идет анализ величины относительной лесоводственной полноты, относительного протяжения крон и соотношения Э'Н. Если Р>1, 1.2<0.3 или Э^Н<0,77+0,000334 • Н, то на экран выдается сообщение о том, что насаждение достигло предела устойчивости и дальнейший прогноз его невозможен, "в таблицах 6 и 7 показан прогноз роста соснового насаждения в типе леса бор^ зеленомошник СБельковский лесокомбинат Рязанской области). •

. . Таблица 6

, Прогноз роста соснового насаждения без проведения рубок ухода

А N H D L2 '/. F R Р G W .

24 1149 11,5 13,4 68 0,431 0,640 0,594 16 ,3 80

37 983 15,9 17,8 48 0,470 0,724 0,752 24 ,5 104

50 057 20,3 21,5 30 0,473 0,765 0,886 31 ,2 301

60 766 23,1 24,5 29 0,475 0,770 0,086 36 ,3 400

70 675 25,6 27,6 27 0,475 0,771 0,936 40 ,6 495

00 509 27,0 30,0 23 0,474 0,778 0,969 43 ,9 579

Из анализа таблицы 6 следует, что . уверенный рост данного

насаждения возможен только до возраста 50-55 лет. Дальнее относительное протяжение крон снижается до 297., что не гарантирует устойчивости насаждения и весьма вероятен его распад.

Таблица 7

Прогноз роста соснового насаждения после ' однократного изреживания

А N- H D L27. F R Р G w

■24 1149 11,5 13,4 68 0,431 0,640 0,594 16,3 80

24 532 13,1 16,0 68 0,431 0,502 0,413 11,8 67

35 472 17,0 22,3 60 0,436 0,619 0,564 10,5 138

50 478 21,4 27,5 48 0.450 0,661 0,680 25,5 246

60 411 24,0 30,3 42 0,455 0,670 0,734- 79,6 324

70 392 26,2 37,8 37 0,457 0,667 0,778 33,3 400

80 372 28,2 35,2 31 0,459 0,656 0,810 36,3 470

Из таблицы 7 следует, что к возрасту 70 лет запас насаждения будет не менее 400 м'/га. сохраняются также значительные шансы получить к 80-ти годам 470 мэ^га. Эксперименты с моделью показали, что наивысшие запасы возможно получить при слабых частых изреживаниях, т.е. в режиме выращивания насаждений в условиях высокой густоты. Однако, относительные протяжения крон близки в этом случае к 30%, что не гарантирует сохранности

насаждений. Такой способ ведения рубок ухода следует назвать "рискованным лесоводством".

Исходными данными являются таксационные показатели сосновых культур из Алешинского лесничества Правдинского лесхоза Московской области.

В таблице 8 показаны результаты имитации проведения рубок ухода по рекомендациям К.Ф. Тюрмера. Они заключаются в том, что после прореживания в сосновых древостоях отношение среднего расстояния между деревьями к их среднему диаметру Счисловое расстояние) должно лежать в пределах 19-20.

Таблица 8

•Имитация роста соснового насаждения, иэрежениого по рекомендациям 1С.Ф: Тюрмера при числовом расстоянии 19

Таксационные показатели •

N Н 0 1-£'/. К ..Р б V!

25 2235 12,8 13,0 42 0,92 1,02 31,0 217

25 1413 13,2 14,0 42 0,68 0,71 21,7 146

30 1350 16,1 15,6 47 0,78 0,77 26,7 204

30' 1006 16,5 16,4 47 0,64 .0,61 21,3 166

35 992 19,1 18,5 47 0,73 0,70 26,7 234

35 728 '19,5 19,5 48 0,61 0,57 21,8 195

40 719 21,8 21,9 47 0,70 0,66 27,1 268

40 522 . 22,4 23,2 47 0,58 0,54 22,1 222

50 . • 521 26,0 27,6 43 0,71 0,69 31,3 365

50 334 26,4 28,5 44 0,50 0,47 21,4 252

60 325 24,7 34,1 45 0,64 0,61 29,6 387

60 206 30,4 36,3 45 0,47 0,44 21,4 283

70 200 33,0 42,8 39 0,58 0,56 28,9 413

В данном эксперименте не ясно, выдержит ли данное насаждение первое сильное изреживание в возрасте 25 лет. По-видимому, иэреживание нужно было провести в более раннем возрасте. Если отбросить это сомнение, то в целом рекомендации К.Ф. Тюрмера обеспечивают выращивание сосны в заведомо устойчивом состоянии, обеспечивающем получение эксплуатационного запаса к 80-ти годам не менее 500 м'та. Судя по величине относительных протяжений

крон можно . было бы ' проводить несколько менее интенсивные изреживания.

На основе экспериментов с моделью можно дать следующую рекомендацию: в условиях 1-1а классов бонитета к возрасту 25 лет густота насаждения не должна превышать 2000 деревьев на 1 га, т.к. в противном случае рубкани ухода уже не возможно создать устойчивые древостой. Однако, и чрезмерно редкие насаждения также не обеспечат значительных запасов к возрасту главной рубки. В таблице 9 показан ход роста редкого насаждения в типе .леса бор белоношник (Рязанская область).

Таблица 9

Прогноз роста редкого соснового насаждения без рубок ухода ■

А N Н 0 12.'/. F 1? Р в V/

47 . 402 15,3 22,0 ■ 62 0,436 0,524 0,523 15,2 102

60 372 18,3 25,7 52 0,451 0,581 0,595 19,3 160

70 361' 20,3 27,9 47 0,456 0,590 0,639 22,1 285

80 351 21,9 •29,7 42 0,460 0,591 0,671 24,4 247

•90 342 23,2 31,2 39 0,462 0,585 0,693 26,2 282

100 332 24,4 32,4 36 0,464 0,575 0,705 27,4 311

. " Итоги.. прогноза роста" редкого древостоя показывают, что оно к возрасту рубки' не достает высоких запасов. Очевидно, что необходима оптимальная стратегия создания начальной густоты насаждения и последующих изреживания.

В целом эксперименты с разработанной математической моделью роста чистых сосновых древостоев подтвердили расчетную точность прогноза таксационных показателей на других, независимых материалах. Модель показала также хорошие результаты по икитацик рубок ухода низовым и верховым методами. Она подтвердила ранее известные лесоводам закономерности и выявила ряд новых положений.

D U В О Д U

1. На основе текущих данных с A, N, H, D и L2 возможно прогнозировать запас, полноту, высоту, средний диаметр, среднее относительное протяжение крон, среднее видовое число, степень сомкнутости полога древостоя и распределение числа стволов по ступеням толщины независимо от условий места произрастания и географического района. Этапы прогноза лежат в пределах 5-20 лет, а его точность равна: запас ±6,77., площадь поперечных сечений ±4,7%, средняя высота ±3,6*/., среднеквадратический диаметр ±3,2*/.; число стволов ±6,3%, на 32% уровне значимости. Возможно прогнозирование не только естественного хода роста, но и имитация рубок ухода по низовому и верховому методам.

2. Результаты наблюдений за ростом древостоев на ППП и данные математической модели роста сосновых насаждений показывают, что таблицы хода роста неверно отображают процессы роста древостоев, т.к. они с одной стороны всегда систематически занижают прирост по изменению запасов и сумм площадей поперечных сечений, а с другой стороны, они показывают рост древостоев в состоянии максимальной густоты в течение всего периода жизни, что никогда в природе не наблюдалось.

. 3. Свободно растущие деревья формируются с примерно равным запасон прочности в расчете на единицу площади вертикального сечения кроны, независимо от размеров дерева и характеристики его кроны. Соответствующий показатель в насаждениях выше для деревьев верхней части полога. Деревья с меньшим относительным протяжением кроны имеют меньшую ветроустойчивость, в основном из-за большей амплитуды раскачивания таких деревьев.

4. Древостой с относительной лесоводственной полнотой 1,0 и выше обладают пониженной устойчивостью против внешних воздействий (ветер, снеголом, ожеледь, вредители и болезни). В связи с этим после достижения относительной лесоводственной полноты 1,0, невозможен дальнейший прогноз в росте, т.к. он в значительной мере определяется случайным характером внешних воздействий.

5. После достижения ' древостоем ' единицы относительной лесоводственной полноты при наступлении первого неблагоприятного внешнего воздействия начинается необратимый процесс снижения

абсолютной .полноты. Исключение составляют молодняки с высотой ниже >10 н, у которых может быть второй максимум G.

Б. Рубки ухода дают положительный эффект только в том случае, когда их проводят до момента нарушения критериев устойчивости по полноте, относительному протяжению крон и соотношению D/H. При проведении рубок ухода в древостонх с ослабленной ветроустойчивостью вследствие снижения степени сомкнутости полога снижается общая ветроустойчивость насаждения, что дает начало процессу распада древостоя.

7. Эксперименты с математической моделью подтверждают известное в лесоводстве положение о том, что уходы слабой и средней интенсивности практически не изменяют ход роста насаждений. Предпочтительнее ранние сильные изреживания. Рубки ухода по правилу "Мало, но часто" дают к моменту главной рубки наивысшие запасы, но древостой растут при этом на грани их биологической устойчивости, поэтому в большинстве случаев такая практика рубок не оправдывается. В условиях 1 класса бонитета к возрасту рубки в 80 лег с помощью ранних сильных рубок ухода можно вырастить насаждения с запасом 500-600 м3та.

8. Сопоставление данных математической модели роста чистых сосновых древостоев с данными математических моделей программ рубок ухода, предложенных разными авторами, в целом дает вполне сопоставимые результаты, не выходящие за пределы ошибок модели, однако,- математическая модель не подтверждает сохранение ■неизменного числа стволов между очередными приемами рубок ухода, которое указано во многих моделях.

9. Эксперименты с математической моделью роста сосновых древостоев по выращиванию насаждений с оптимальным числом деревьев по рекомендациям К.Ф.Тюрнера и С.В.Белова показали, что они обеспечивают создание устойчивых древостоев с высокими, но не максимальными запасами. В целом рекомендации К.Ф.Тюрмера и С.В.Белова по-"режиму воспитания древостоев заслуживают внимания практиков в .связи с простотой технических расчетов и теми положительными результатами, которые они обеспечивают.

10. Излишне редкие древостой не обеспечивают получение к возрасту главно? рубки достаточно' высоких запасов, поэтому для конкретного древостоя необходима индивидуальная программа рубок ухода, которую возможно ■ рассчитать с помощью предложенной математической модели, если она войдет как отдельный блок общей

динамической модели, которая, помимо биологических характеристик древостоя, будет учитывать технические и экономические условия ' проведения рубок ухода.

11. Анализ модальных сосновых древостоев Мещерской низменности показал, что без проведения рубок ухода в них невозможно получить к возрасту главной рубки эксплуатационные запасы свыше 400 м'та.

12. Эксперименты с математической моделью показали, что при выращивании древостоев с оптимальным количеством стволов на разных этапах их жизни, производительность их поднимается более чем на один класс бонитета. Этот вывод подтверждается известными опытами Б.И.Гаврилова, но, естественно, нуждается в более строгой опытной проверке.

■ 13. Наблюдаемые в ' лесхозах страны невысокие запасы эксплуатационного фонда (200-250 м'/га) нельзя объяснить "рубками дохода". Указанные рубки, несомненно, помогают процессу снижения запасрв эксплуатационного фонда, но не определяют . его, свидетельством чему являются такие же . низкие запасы эксплуатационного фонда в лесах Сибири, где рубки ухода не ведут.

14. Аллометрическая природа .взаимозависимости таксационных показателей позволяет установить их взаимосвязь без учета условий . местопроизрастания и географического района в пределах одной древесной породы.

15. Ход кривой высот древостоя однозначно- определяется через таксационные показатели среднего дерева насаждения (о/И, иг и текущий диаметр ступени толщины) независимо от географического района, условий места произрастания и древесной породы.

■ 16. Максимально-возможная сумма площадей поперечных сечений древостоя определяется- соотношением высоты, диаметра и относительного протяжения крон центральной ступени толщины.

17. Минимальный и максимальный диаметр древостоя с приемлемой для' практики точностью определяется соотношением й. Н и 12. конкретного древостоя.

16. Распределение числа стволов по ступеням' толщины можно выразить в процентном отношении в зависимости от среднего, минимального и максимального диаметров древостоя, независимо от географического района, условий места произрастания и древесной породы.

ЪЧ

о

ПРЕДЛОЖЕНИЯ

По итогам диссертационной работы для науки и практики лесного хозяйства предлагаются:

1. Математическая модель строения и роста чистых сосновых древостоев, которая позволяет прогнозировать их таксационные показатели как в естественном режиме роста, так и под воздействием рубок ухода. Точность прогноза таксанионных показателей на 5-20' лет вперед составляет: но запасу ¿6,7X, ло сумме площадей поперечных сечений ±4,7'/., ло высоте ±3,6*/., по диаметру ±3,2% и по числу стволов ±8,3%.

2. Ввести понятие "лесоводственной полноты", т.е. такой суммы площадей сечений при данном сочетании возраста, высоты и диаметра, дальнейшее превышение которой приводит насаждение в неустойчивое состояние против Еиешних воздействий (сильного ветра, снеголома, ожеледи, засух, вредителей и болезней).

3. Метод составления региональных стандартных таблиц сумм * площадей поперечных сечений и запасов насаждений на основе

репрезентативных данных о соотношении возраста, высоты и диаметра данной преобладающей древесной породы в обследуемом регионе.

4. Номограммы определения среднего диаметра сосновых, еловых и лиственничных насаждений через соотношение возраста, высоты и полноты. Указанные нс.югранмы используют при дешифрировании

' таксационных показателей по аэрокосмическим снимкам.

5. Всеобщие таблицы видовых высот сосновых и лиственничных насаждений с входами по средней высоте и среднему относительному протяжению крон.

Б. Уравнение. и номограмма для определения процента деловых стволов лиственничных насаждений через возраст, среднюю высоту и полноту насаждений.

7. Уравнения аллометрического типа, определяющие взаимозависимость таксационных показателей, независимо от условий места произрастания и географического района. Предлагается использовать их при по гроении математических моделей строения и хода роста насаждений.

8. Уравнение, определяющее ход кривой высот древостоев в зависимости от средней высоты, среднего диаметра, среднего относительного протяжения крон и текущего диаметра. Связь является

общей и не зависит от условий' места

произрастания и географического района. Ее предлагается использовать в первую очередь в программах для ЭВМ по материально-денежной оценке лесосек.

.3. Уравнение, определяющее распределение числа стволов по ступеням толщины в зависимости от минимального, среднего и максимального диаметров насаждения. Уравнение целесообразно использовать в программах для ЭВМ по материально-денежной оценке лесосек. ■

10. Нормативы закладки числа релескопических площадок в 'зависимости от среднего диаметра, полноты к страты неоднородности выдела.

И. Еесть правил работы с таксационным прицелом Н.П.Анучика, обеспечивающие корректность применения прибора.

12. В целях повышения точности учета запасов древостоев к определения степени их устойчивости от внешних воздействий,

. ввести ' в карточку таксации насаждений ^показатель "Среднее относительное протяжение кроны".

13. Использовать в качестве' норматива, определяющего интенсивность рубок ухода, не только Еозраст и полноту, но и среднее относительное протяжение крон, которое в сосновых древостоях не должно опускаться ниже 30%. Чем выше относительное протяжение крон, тек больший процент выборки можно допускать в насаждениях, л

14." В целях воспитания - устойчивых древостоев с высокими запасами к моменту главной -рубки рекомендуются ранние сильные изреживания. -

■ ЗАРЮЧЕНИЕ

Изучение закономерностей строения хвойных насаждений показало, что в- основе взаимосвязи таксационных показателей отдельных древесных стволов. • и древостоев лежат множественные аллометрические' связи, которые яеляются постоянными в пределах одной древесной породы и не зависят от условий места произрастания и географического района. Это открывает широкие возможности по .разработке не региональных, а общих таксационно-дешифровочных взаимосвязей таксационных показателей, что, с одной, стороны

снижает стоимость их разработки, а с другой стороны, повышает надежность и точность результатов дешифрирования лесного фонда по материалам аэрокосмических съемок.

Исследования хода роста чистых сосноеых насаждений по материалам постоянных пробных площадей показали, что с достаточной для практики точностью прогноз роста насаждений кокко дать на основе исходных данных о текущем возрасте, средней высоте, среднем диаметре, числе стволов и среднем относительном протяжении кроны. Разработанная математическая модель строения и роста чистых сосковых насаждений является универсальной для всего ареала произрастания породы и всех условий ее места произрастания. В связи с тем, что исходный материал не ког охватить все факторное пространство, модель, естественно нуждается в дальнейшем уточнения.

Результаты прэгнозов модели хорошо согласуются с наблюдениями за ходом роста насаждений на многих постоянных пробных площадях, не вошедших в основной материал. Ока дает достаточно хорошее согласование со многими локальными моделями: хода роста сосновых древостоев, разработанных другими авторами. 3 связи с этик она может в достаточно широкой области факторного пространства давать прогнозы развития' сосновых насаждений в режиме естественного роста, а'также имитировать рубки ухода различной интенсивности с разными сроками повторяемости. .

. ОСНОВНЫЕ' РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО МАТЕРИАЛАМ ,.

ДИССЕРТАЦИИ . .

1. Выравнивание объемов моделей^-Лесное хозяйство. -1955. -кб. -С. 51-53. ■ "3 ■•■.'■•' „■

2. Взаимосвязи таксационных показателей чистых сосковых насаждений'>"ИсследоБайия по лесной таксации и лесоустройству. -М., 1958. -С. 137-143.

3. Универсальные таблицы видовых высот для сосны, ели к березы-^Лесное уозяйство. -1968. - №5. -С. 25-26.

4. Зависимость суммы площадей поперечных сечений от высоты, диаметра и протяжения кроньсСб. Тр.^ ВНИИЛМ, -М., 1370. -Вып. 52. -С. 131-135.

5. Закономерности в соотношении диаметров, еысот и относительных протяжений крон в сосновых и еловых насаждениях/^Материалы научной конференции по вопросам лесного хозяйства. -Пушкино, 1970. -С. 72-74.

6. ЭВМ в лесном хозяйстве. -М.: Лесная промышленность, 1973. -160 с. (Соавторы А.И.Федосимов, Ю.В.Копытов).

7. Соотношение между диаметром на высоте груди и шириной' кроны//Сб. тр./ ВНИИЛМ. Современное лесоустройство и таксация леса. -Ы„ 1974. -н4. -С.34В-352.

8. Зависимость суммы площадей поперечных сечений сосняков и ельников от средней высоты, сомкнутости полога, ширины и протяжения ' крон//Сб. научн. тр./ ЛенНИИЛХ Лесоустройство, таксация и аэрометоды. -Л., 1975. -Вып. 22. -С. 208-214.

9. Способы повышения точности камерального дешифрирования лиственничных насаждений в Магаданской области//Лесохозяйственная. информация. -1977. -№15. -С. 5-7 (Соавторы Н.И.Букин, Н.М.Зубков).. •

10. Зависимость диаметра лиственничных насаждений от высоты, полноты и возраста//Лесохозяйственная информация/ ЦБНТИ-лесхоз. -1976. н-23. -С. 10-13 (Соавторы ВХЖирин, Ф.М.Золотухин, А.В.Ларькин).

И. Методы учета лесных ресурсов//Лесоведение и лесоводство. -М., 1978. - Том 2. -С. 7-109 (Соавтор С.Н.Свалов).

12. Разработка новых методов определения таксационных показателей: Деп. рукоп./ЦБНТИлесхоз. -1981. -нй. -С 338-361. •

13. Дешифрирование//Лесн. энцикл. -1985. -С 263.

14. Шесть правил работы с таксационным прицелом//Лесное хозяйство. -1985. -№12. -С. 40-41 (Соавтор Н.П.Анучин).

15. Обоснование эталонов полноты сосновых, еловых и лиственничных насаждений//Лесное хозяйство. -1985. -№4. -С 47-50.

16. Алгоритмы материально-денежной оценки лесосек//Тезисы Всесоюзного научно-технического совещания. Повышение- производительности в лесной промышленности и в лесном хозяйстве на основе АСУ. -Петрозаводск, 1986. -С. 141-145.

17. О совершенствовании материально-денежной оценки лесосек и сортимеятации лесосечного фонда//Лесное хозяйство. -1937. -м -С 50-52.

18. Расчет числа релескопических площадок при таксации лесосек и закладке таксационно-дешифровочных выделов//Лесное хозяйство. -1968. -нВ. -С. 36-39.

19. Зависимость диаметров стволов от высоты и размеров кроны//Аэрокосмический мониторинг лесных ресурсов зоны интенсивного ведения лесного хозяйства: Тезисы докладов Всесоюзного совещания (27-29 сентября 1988 г., г.Львов). -1988. -С. 48-49.

20. Методические указания по решению производственных ситуаций в соответствии с программой "Сосна". -Пушкино: ВИГОСЛХ, 1989. -И с. (в соавторстве).

21. Закономерности в соотношении минимального и максимального диаметров насаждения//Материалы научно-методической конференции: Совершенствование технологии возделывания с.-х. культур и создание ветеринарного благополучия в Камбодже.

-Пномпень, 1990. Вып. 2 -С. 18-19.

22. Анализ математической модели роста сосновых насаждений//Лесное хозяйство -№12. -С. 32-34.

23. Модель прогноза роста сосновых насаждений//Лесоведеиие. -1991. -№1. -С. 2-11.