О.А. Атрощенко

Лесная

таксация

Курс лекций

Раздел 1. Введение. Таксационные изменения, приборы и инструменты

1.1Предмет, задачи и объекты лесной таксации

Лесная таксация как научная дисциплина изучает методы измерений и оценки таксационных показателей деревьев и древостоев, заготовленной лесной продукции, запасов отдельных насаждений и лесных массивов, закономерности строения, роста и производительностидревостоев, прироста отдельных деревьев, насаждений и лесных массивов, количественного (запас) икачественного (товарность) учета и оценки лесосечного фонда, мето-

Термин «таксация леса» звучит на французском языке «Dendrometrie» (дендрометрия), на английском – «Forest mensuration» (лесные измерения). Поэтому в ряде стран Западной Европы (Франция, Польша) эту дисциплину называют «Дендрометрией» (дословно измерение деревьев), а в СШАи Англии – «Forest mensuration» – лесные измерения. У нас принято название «Лесная таксация» ввиду того, что лесные измерения в этом курсе яв-

тий необходимо иметь характеристику лесного фонда по преобладающим породам, группам и категориям защитности лесов по лесничеству, лесхозу

иреспублике в целом. Эта информация в виде распределений площадей и запасов насаждений по породам, классам возраста, классам бонитета, полнотам

ит. д. получается методами лесной таксации в процессе лесоустройства.

2. Рациональноеиспользование лесных ресурсов, оценка их со стояния и прогноз динамики лесного фонда, расчет размера лесопользования

мышленной таксации лесов. При таксации леса каждому участку (таксационному выделу) дают лесопромышленную оценку запаса насаждения с выходом промышленных сортиментов и выявлением условий эксплуатации. Методами лесной таксации выполняется подготовка лесосечного фонда по главному и промежуточному лесопользованию.

5. Данные, полученные лесной таксацией, используются в оценке лесосырьевых баз для проектирования, строительства и работы лесопромышленных и целлюлозно-бумажных предприятий.

на охрану окружающей среды и успешность ведения сельского хозяйства. 7. Учитывается вся биомасса, т. е. не только стволовая древесина, но и

ветви, хвоя, оценивается фитомасса лесов, средообразующие функции лесов, их углерододепонирующая роль.

Лесная таксация – одна из основополагающих дисциплин лесохозяйственного профиля и связана со многими дисциплинами. Так, в вопросах изучения законов роста отдельных деревьев и насаждений она тесно соприкасается с ботаникой, дендрологией и лесоводством; для характеристики условий местопроизрастания, определяющих различную продуктивность лесов, она ис-

риалах, рассматриваемых в курсе лесного товароведения; для качественной характеристики древесины она изучает пороки древесины, рассматриваемые в курсе древесиноведения и лесной фитопатологии; при учете запасов леса на значительных территориях и разграничении их по хозяйственной ценности необходимы знания по геодезии и аэрофотосъемке.

В настоящее время, помимо наземных способов, при таксации леса широко используют материалы аэрофотосъемки и космической съемки лесов. Особенно тесно лесная таксация связана с лесоустройством. Лесоустройство представляет собой систему лесохозяйственных изысканий, расчетов и действий, направленных на всестороннее изучение лесов, их учет и разработку комплекса мероприятий по организации лесного хозяйства в изучаемом лесном массиве. Составляемый при лесоустройстве перспективный проект организации и ведения лесного хозяйства в первую очередь ос-

используют таксационные описания. Объектами лесной таксацииявляются:

1)отдельное дерево или его часть;

2)совокупность деревьев;

3)заготовленная лесопродукция в виде отдельных сортиментов;

4)древостой как элемент леса;

5) насаждение как совокупность отдельных древостоев – элементов

леса;

6) лесной массив как совокупность множества насаждений, занимающих значительные площади.

В соответствии с основами диалектического метода познания объекты лесной таксации в виде отдельных насаждений и их совокупностей рас-

себя и с окружающей средой и влияющих при своем росте и развитии друг на друга и на окружающую их среду.

В лесной таксации используются индуктивный (от частного к общему) и дедуктивный (от общего к частному) методы познания. Основным приемом таксационных исследований и способов является индуктивный метод, с использованием теории вероятностей, математической статистики и выборочных методов планирования эксперимента, теории множеств, теории случайных процессов и других разделов математики.

1.2Лесотаксационные приборы и инструменты

Мерные вилки

Толщина стволов или его частей, а также заготовленных круглых сортиментов, измеряется мерной вилкой, реже – складным метром. Мерная вилка (рис. 1) состоит из мерной линейки 1, подвижной ножки 2 и неподвижной ножки 3. На мерной линейке нанесена шкала с цифрами с ценой деления 1 см, с одной стороны, и 0,5 см с другой. На шкале нанесены цифры, служащие для фиксации размера диаметра дерева. Подвижная ножка 2 благодаря имеющегося в ней отверстия может свободно перемещаться вдоль мерной линейки. Неподвижная ножка 3 плотно соединена с мерной линейкой 1 (под углом 90°) и составляет с ней одно целое. Для закрепления подвижной ножки в нужном положении в ней предусмотрен стопорный винт 4.

Рис. 1. Мерная вилка по ГОСТу При измерении толщины ствола его охватывают ножками вилки так,

чтобы и они, и линейка касались поверхности ствола; по мерной линейке делается отсчет измеренного диаметра.

Материалом для изготовления мерной вилки служат дерево, алюминий. Мерная вилка, принятая в СССР в качестве ГОСТа, деревянная, современные шведские мерные вилки металлические.

Вследствие разбухания или усыхания деревянных частей вилки, например, подвижной ножки, последняя может расшатываться и давать неправильные показания. Для устранения этого в подвижной ножке делают вырез несколько больших размеров и вставляют в него металлический вкладыш с пружинками и стопорным винтом 4. При завинчивании стопорного винта

вкладыш плотно закрепляет подвижную ножку в любом месте линейки перпендикулярно к ней.

При разбухании деревянных частей линейки вкладыш отводят винтом

назад.

Плоскости рабочих ножек должны быть перпендикулярны к линейке, при полном сближении они должны плотно соприкасатся.

Деления мерной вилки называются ступнями толщины и могут иметь различную величину:

при 1 см ступени 1, 2, 3, 4, 5, 6 и т. д.; при 2 см – 2, 4, 6, 8, 10, 12 и т. д.; при 4 см – 4, 8, 12, 16, 20, 24.

При отсчетах диаметры 0,5 ступени и более округляются вверх до следующей ступени, менее 0,5 ступени в расчет не принимаются. Для точных научных исследований имеются мерные вилки с миллиметровыми делениями.

Для облегчения отсчетов округленных ступеней при пересчете деревьев первая ступень наносится на мерную линейку в половинном размере, например 0,5 при сантиметровых делениях, 1 см – при 2 см, 2 см – при 4 см и т. д. В этом случае отсчет диаметра проводится по видимой на линейке цифре слева с уже готовым округлением.

Требования к качеству мерной вилки: а) ножки вилки должны быть перпендикулярны к мерной линейке; б) деления мерной линейки должны быть четко и верно нанесены; в) мерная вилка должна быть прочной, легкой и удобной для пользования; г) длина ножек должна быть больше половины диаметров измеряемых стволов; д) движения подвижной ножки должны быть плавными и легкими; е) при полном сближении ножек внутренние их грани должны соприкасаться на всем протяжении; ж) прорезь подвижной ножки вилки не должна быть ослабленной или деформированной [19, 20].

Последний недостаток создает люфт, в результате чего происходит перекос подвижной ножки, а следовательно, искажение диаметра измеряемого объекта, что показано на рис. 2, где d – диаметр действительный; d1 – диаметр, измеренный неисправной вилкой, ∆d – погрешность в измерении d.

Рис. 2. Погрешность измерения диаметра ствола от неисправности мерной вилки

Из рис. 2 можно заключить, что

∆d = 0,5d tg α .

Мерной вилкой можно измерять толщину стоящих деревьев только в нижних частях, от пня до высоты, лишь несколько превышающей рост человека. Между тем в практике, а также для проведения научноисследовательских работ иногда требуется тщательное измерение диаметра ствола на большой высоте, например, где кончается первый комлевой отрез сортимента.

Для этой цели применяется мерная металлическая вилка, укрепляемая на шесте заданной длины, с особым устройством или с раздвижным штативом. Эта вилка также имеет две ножки – неподвижную и подвижную (рис. 4).

Различные типы мерных вилок показаны на рис. 5.

Рис. 5. Мерные вилки: а – общий вид; б – измерение диаметра при различных положениях вилки; в, г, д – типы мерных вилок

Определение толщины ствола на разных высотах, недоступных для непосредственного измерения на расстоянии, производится дендрометрами различных конструкций.

Инструменты для измерения высоты стоящих деревьев

При таксации деревьев на корню необходимо измерять как их общую высоту Н, так и высоту частей. Для этого применяются специальные приборы – высотомеры, конструкция которых основана на тригонометрическом, геометрическом или оптическом принципах (В. К. Захаров, 1967, Н. П. Анучин, 1982).

Допустим, что нужно измерить высоту дерева, показанного на рис. 6. Для этого, отойдя от дерева на расстояние AM = b, примерно равное высоте дерева, надо измерить каким-либо инструментом, установленным на высоте MN = l, угол α = ÐBNC между горизонтальной линией NC и линией визирования NB. Тогда высота дерева:

AB = H = NC tg α + l = b tg α + l .

Рис. 6. Измерение высоты дерева по тригонометрическому принципу на горизонтальной поверхности

Рис. 7. Измерение высоты дерева на пониженной местности по тригонометрическому принципу

Вместо непосредственного измерения величины l=CA можно измерить угол β = ÐCNA, тогда

AC = NC × tg β = b × tg β;

высота Н = ВС + СА, следовательно,

AB = b × tg α + b × tg β = H = b (tg α + tg β)

Для того чтобы измерить дерево на пониженной поверхности земли AM (рис. 7), нужно измерить углы α и β, визируя на основание (А) и вершину дерева (В). В этом случае:

AB = H = NC × tg α + NC × tg β = NC(tg α + tg β).

Для определения длины NC надо решить треугольник AMN, в котором ÐMNA= 90° - β, отсюда:

Наконец, из ANC следует NC = AN cos β.

Если дерево находится на возвышении (рис. 8), то высота дерева АВ = ВС – AC, BC = NC tg α, AC = NC tg β. При этом величина NC определяется указанным выше способом, однако учитывая, что ÐMNA= 90° + β .

Рис. 8. Измерение высоты дерева по тригонометрическому принципу на повышенной местности

Портативен и удобен в работе построенный на тригонометрическом принципе маятниковый высотомер Макарова (рис. 9). Он состоит из металлического сектора 1, прикрепленного к трубке 2, предназначенной для визирования на вершину дерева. В верхней части сектора укреплен вращающийся на шарнире маятник с заостренной на конце стрелкой. Показания шкалы базиса – 10 и 20 м.

Для того чтобы измерить дерево высотомером на горизонтальной поверхности, от него отходят на постоянную величину 10 или 20 м, считая от основания (постоянные базисы), и визируют через трубку на вершину дерева. Стрелка маятника укажет измеряемую высоту дерева в зависимости от базиса. К полученному результату необходимо прибавить высоту до уровня глаза наблюдателя.

Если дерево расположено на наклонной поверхности, то отмерив базис по горизонтальному положению 10 или 20 м, визируют на вершину дерева и делают отсчет согласно указаниям маятника, затем визируют на основание дерева, повернув высотомер на 180°.

Оба отсчета складывают и получают высоту дерева, не делая добавок на высоту глаза наблюдателя.

Если дерево находится на возвышенности, измеряют базис по горизонтальному положению до основания дерева, визируют вначале на его вершину, а затем на основание. Разность отсчетов дает высоту дерева без добавок на высоту глаза наблюдателя.

Рис. 11. Общая схема высотомеров, построенных по геометрическому принципу

Имеется много различных конструкций высотомеров, но принципиальная схема их устройства одинаковая (рис. 11).

На прямоугольной пластинке Оосb нанесены деления; в точке о укреплена нить ob с отвесом; наблюдатель, находящийся в точке N, отстоящей от основания дерева на расстоянии NA, измеренном мерной лентой (базис), визирует на вершину дерева В вдоль сторон прямоугольника Оо. Нить отвеса ob укреплена в точке о на делении, отвечающем числу единиц измерения базиса NA. В этом случае нить отвеса пересечет в точке b цифру деления, отвечающего высоте ВС.

Если дерево находится на горизонтальной поверхности, то для определения всей его высоты следует к величине ВС прибавить высоту глаза наблюдателя h. Техника измерения строится на подобии треугольников ОВС и овс, у которых ÐBOC = Ðboc , так как они образованы взаимно перпендикулярными сторонами, а стороны треугольников пропорциональны;

ВС : bс = ОС : ос. Следовательно, BC = bc × OC . Так как нить отвеса укреп- oc

лена на цифре деления, отвечающего числу единиц измерения базиса NA, то нить отвеса в точке b будет непосредственно указывать величину ВС в единицах измерения базиса.

При расположении дерева на пониженной поверхности необходимо проводить два отсчета: на вершину дерена и на основание; в этом случае высота дерева Н будет слагаться из суммы двух отсчетов ВС + СА, без прибавления величины h.

Шкала высот с теми же делениями, что и на пластинке, нанесена в нижней части дощечки, причем нуль шкалы высот совпадает с нулем шкалы базиса, и деления на ней нанесены в обе стороны от нуля. Шкала высот вместе с нитью отвеса отражается в узком длинном зеркале, вращающемся на шарнире около ребра дощечки. Цифры на шкале высот написаны в обратном изображении, так что в зеркале они отражаются в прямом виде.

Техника измерения высоты следующая: отходить следует от измеряемого дерева на расстояние примерно равное его высоте и остановиться в таком месте, откуда хорошо видна вершина дерева; после этого измеряется длина базиса, т. е. расстояние от наблюдателя до основания дерева. Точка прикрепления нити отвеса на выдвижной пластинке подводится на ту цифру шкалы базиса, которая соответствует числу единиц измерения базиса. При этом пластинка оставляется без изменения если базис равен 20 м; если базис менее 20 м, то пластинка вставляется в паз обратным концом и вдвигается до соответствующего деления шкалы; если же базис больше 20 м, то пластинка выдвигается вверх, за ребро дощечки, и в этом случае отсчет делается по левой шкале от нижней поперечной черты.

Рис. 14. Высотомер Христена. Схема измерения высоты дерева с использованием безбазисного высотомера Христена

При визировании на вершину дерева нить отвеса пересечет деление шкалы высот; при горизонтальном рельефе поверхности к полученной цифре прибавляется высота глаза наблюдателя h. При понижении поверхности делается два отсчета на вершину и на основание дерева, высота его получается из суммы двух отсчетов. Наоборот, при расположении дерева на возвышении высота его будет получаться как разность двух отсчетов (на вершину и на основание). Теоретическое обоснование техники измерения высот деревьев приведено выше.

Безбазисный высотомер Христена (рис. 14) представляет собой металлическую или деревянную линейку шириной до 2,5 см и толщиной не более 1,5 мм (металлическая) и до 5 мм деревянную, с выступами вверху к внизу, расстояние между которыми 30 см; на линейке нанесены неодинаковой величины деления (шкала высот). При применении высотомера необходима рейка