Автоматизированные способы определения запаса древостоев

тесно связаны с применением за последние годы на производстве в нашей стране и за рубежом крупномасштабной аэрофотосъемки (1:500, 1:2000) при изучении и учете лесов.

Путем автоматизированного определения на фотопробах всех таксационных показателей насаждения по имеющимся алгоритмам одновременно рассчитывается и запас древостоя на 1 га.

Как сообщают И.Д. Дмитриев, Е.С. Мурахтанов, В.И. Сухих (1981), погрешность измерения высоты деревьев при этом составляет ± 4…6 %, диаметра и длины кроны ± 7…10 %. Погрешность измерения диаметра на высоте 1,3 м равна ± 4…8 %, т.е. практически совпадает с замерами в натуре.

8.4. Определение запаса древостоев перечислительной таксацией

Основные положения перечислительной таксации насаждений.

В основе всех перечислительных способов определения запаса лежат данные перечета деревьев древостоя элемента леса. Перечетом древостоя называется измерение d1,3 всех деревьев и распределение их по определенным ступеням толщины и категориям качества стволов. Размеры ступеней принимаются: 0,5 см при Dср ≤ 4,0 см; 1,0 см при Dср =

4,1…8,0 см; 2,0 см при Dср = 8,1…16,0 см; 4,0 см при Dср ≥ 16,1 см.

Величина округления диаметров С/2 по ступеням толщины влияет на точность определения ΣG древостоя. Математическое разрешение этого вопроса осуществил Кунце (1891):

где С – величина ступени толщины; Dср – средний диаметр древостоя;

Р – процент точности определения ΣG древостоя.

По исследованиям Грунднера (1882), процент отклонений в суммах площадей сечения древостоев при округлениях d1,3 деревьев составил величины, приведенные в табл. 8.1.

Таблица 8.1 - Погрешности в определении сумм площадей сечения древостоев при округлениях диаметров деревьев, %

199

Диаметры стволов в насаждениях должны измеряться точно на высоте 1,3 м от шейки корня. По данным Грунднера, ошибки в ΣG в зависимости от высоты замера диаметров составили:

Форма поперечного сечения стволов на высоте 1,3 м не является правильным кругом. Диаметры В-З > С-Ю в спелом возрасте по сосне на 8,2 %; дубу – на 6,8 %; ели – на 1,9 %. С возрастом эта разница увеличивается. Так, по дубу в Аср = 30…40 лет она составляет 5,8 %; Аср > 90 лет – 11,0 %. Если диаметры деревьев измерены в двух направлениях, погрешности ΣG не выходят за пределы 0,6…0,7 %. При измерении у каждого ствола лишь одного диаметра, но взятого в произвольном направлении, погрешность остается в пределах ± 1 %. Поэтому при перечете d1,3 деревьев измеряют в одном произвольном, удобном для исполнителя работ, но обязательно переменном направлении.

По данным Флюри, Ритмайера, ΣG древостоев на горных склонах в направлении горизонталей больше, чем по склону, на 4…6 %. Поэтому в горных условиях d1,3 деревьев измеряют с верхней стороны склона по двум перпендикулярным направлениям.

Кроме перечисленных условий, при перечете деревьев соблюдают следующие дополнительные правила:

а) двигаются по участку полосами шириной 10…20 м, в зависимости от густоты леса, вдоль короткой его стороны, со специальной меткой деревьев под углом 45˚ встречному ходу. Отметки в перечетной ведомости проводят по методу «конвертиков» по древостою каждого элемента леса и поколения в отдельности;

б) обмеряют диаметры, а не хорды, поэтому ножки штанговой мерной вилки должны быть длиннее толщины самого крупного диаметра древостоя;

в) отсчет по мерной вилке проводится без отрыва линейки прибора от таксируемого дерева;

г) деревья на границах пробной площади включаются в перечет, если более 0,5 d1,3 ствола расположено внутри участка; а деревья, находящиеся точно на границе участка, учитываются через одно;

д) при перечете деревья подразделяются по их технической годности на категории: деловые, полуделовые, дровяные. В отдельных случаях могут выделяться высококачественные деревья.

200

По окончании перечета на таксационном участке измеряют h деревьев, средних по данному признаку для соответствующих ступеней толщины, для определения разряда высот древостоя. Число этих ступеней – 3…5 центральных для элементов леса с участием в общем запасе по составу ≥ 0,3; одна центральная, с наибольшим числом стволов – для второстепенных элементов леса. В каждой из этих ступеней толщины измеряют высоты не менее 3-х деревьев, а во втором случае – 5 деревьев.

На заложенной пробной площади для каждого элемента леса с коэффициентом состава ≥ 0,3 составляют график высот, для чего замеряют случайные высоты 12…15 деловых деревьев, распределенных по ступеням толщины пропорционально числу стволов в них. Для других элементов леса измеряют лишь высоты средних по данному признаку 3…5 деревьев, близких к Dср древостоя.

Пробные площади, виды, техника закладки. Пробная площадь – это участок леса, являющийся средним по всем таксационным показателям, лесорастительным условиям и хозяйственным мероприятиям, или же заложенный статистическим образом, подвергнутый детальной перечислительной или измерительной таксации.

Древостой на пробе является эталоном для всего участка леса и отображает его свойства и особенности. Поэтому полученные на ней данные запаса, выхода сортиментов, прироста древесины и т.п. переводят на всю площадь данного таксационного участка.

Существует следующая классификация видов пробных площадей: 1) по продолжительности наблюдения на них:

-постоянные в наиболее типичных участках леса, с проведением стационарных наблюдений за динамикой лесного биогеоценоза;

-временные в средних условиях данного участка леса, для однократного обмера и определения всех таксационных показателей насаждения;

-летучие в интересующих исследователя местах или заранее заданных точках при выборочно-измерительном учете леса;

2) по целевому назначению:

-таксационные для таксационной характеристики насаждения, изучения хода роста и текущего прироста, выявления товарной структуры древостоя, установления точности таблиц, составления нормативов таксации леса;

-дешифровочные для выявления связей таксационных показателей древостоя и морфологических признаков полога насаждения;

-тренировочные для тренировки глазомера таксаторов;

201

-лесохозяйственные для изучения влияния различных хозяйственных мероприятий по уходу за лесом на рост насаждений (рубки ухода, выборочные рубки, гидролесомелиорация), с контрольной секцией;

-фитопатологические для выявления степени поражения древесины пороками, снижения прироста запаса от энтомовредителей леса;

-другие пробные площади для разрешения специальных вопросов лесного хозяйства;

3) по пространственной форме:

-прямоугольные, квадратные в характерных местах участка леса;

-ленточные для полного охвата всего разнообразия таксируемого леса (отвод лесосек, тренировка глазомера, выборочная таксация лесных массивов);

-круговые с постоянным радиусом при таксации лесосек;

-круговые реласкопические при прицельно-измерительной таксации леса, таксации лесосек, статистической инвентаризации лесного фонда.

Принятая форма пробной площади обусловливает определенные соотношения между площадью и параметром пробы, разное число деревьев на граничных линиях. Если периметр круга Р при данной S равен 1,0, то у квадрата Р = 1,13; у прямоугольника с соотношением сторон 1:2 периметр составит 1,19, а с соотношением сторон 1:10 периметр будет равен 2,04 и т.д.;

4) по сложности: простые и секционные;

5) по выбору места закладки:

-типичные, в нормальных насаждениях или средних условиях модальных древостоев, по усмотрению исполнителя;

-статистические, с выбором по заранее установленной схеме. Различают случайную, типологическую, серийную и механическую выборки пробных площадей, по которым дают характеристики всего описываемого массива леса.

Размер пробной площади определяется количеством деревьев, которые должны быть на ней для достижения требуемой точности определения таксационных показателей насаждения.

Согласно проф. Н.В. Третьякову, на пробной площади ряд распределения деревьев по толщине должен передать все признаки и особенности древостоя. Он связан с числом деревьев элементов леса N и переда-

ется через Dср. Так, при Сd1,3 = 30 % и PDср = 2 % число деревьев N со-

ставит 200…300 шт. и т.д. Автор создал специальную таблицу размеров пробной площади в зависимости от числа деревьев ni на 400 м2, lср и необходимого числа стволов на пробе. Так, для N = 200 шт. при ni = 4 шт.,

202

lср = 10,0 м пробная площадь S = 2,0 га; при ni = 80 шт., lср = 2,2 м пробная площадь S = 0,10 га и т.д.

К этому же выводу приходит проф. Н.П. Анучин, исходя из другого положения. В древостоях в относительных ступенях толщины 0,7…1,3 сосредоточено около 90 % деревьев, в том числе в крайних ступенях 0,7

и1,3 – в каждой около 8 %. Изменчивость числа деревьев в двух указанных ступенях в березняках составляет 28,8 %, сосняках – 20 %. Для учета числа деревьев в этих относительных ступенях с точностью в 5 % необходимо заложить пробную площадь, имеющую в каждой из отмеченных ступеней соответственно 33 и 16 шт., а в целом по древостою –

400 и 200 шт.

Впрактике лесного хозяйства число стволов основного древостоя элемента леса принимают равным: в молодняках – не менее 400…500

или 700…800 шт. при Нср ≤ 2,0 м; в средневозрастных – 300 шт., в спелых – 200 шт., перестойных древостоях – 100…150 шт. В этом случае при нормальной полноте леса размер пробной площади в молодняках устанавливается в 0,1 га; средневозрастных древостоях – 0,25 га; в спелом лесу – 0,5 га; старых древостоях – 1,0 га; редких древостоях – 2,0 га

иболее.

Правила закладки прямоугольных пробных площадей и проводимые на них работы в процессе лесоустройства регламентируются ГОСТ

16128-70 и ОСТ 56-69-83.

Круговые пробные площади постоянного радиуса закладываются на равном расстоянии друг от друга по ходовым линиям. Границы их в натуре обозначаются с помощью шнура или мерного шеста, определяются полнотомером Биттерлиха визированием на горизонтальную базисную рейку (или ошкуренную часть вешки как линейки). В последнем случае размеры пробы в зависимости от ширины полосы базисной рейки l следующие:

По исследованиям В. Антанайтиса (1975), размеры круговых площадок постоянного радиуса должны обусловливаться полнотой и Dср древостоя (табл. 8.2). Число их на таксационном участке для определения запаса с точностью ± 10 % должно составлять при площадях выдела:

203

2 га – 12 шт.; 4 га – 14 шт.; 10 га – 17 шт. Определенные нормативы их закладки предусмотрены при таксации лесосек.

Таблица 8.2 - Размеры круговых площадок постоянного радиуса, м2

Круговые реласкопические пробные площади получили широкое распространение в связи с внедрением в производство прицельноизмерительных и статистических методов таксации леса. Техника их закладки подробно рассмотрена в главах 6 и 13.

Величина погрешности в определении запаса древостоев по пробным площадям является сочетанием допускаемых ошибок:

а) в выборе места закладки пробной площади: б) в измерении размеров пробной площади:

в) в измерении d1,3 деревьев на пробной площади;

г) погрешностей объемных таблиц, принятых для определения запаса таксируемого древостоя;

д) в определении разряда высот древостоя; е) в определении общей площади таксационного участка леса.

Нормы выработки на закладке пробных площадей составляют для бригады из 3-х человек в зависимости от структуры насаждений 0,9…1,4 шт.; на срубке и обмере модельных деревьев – в зависимости от

Dср и породы – 7…18 шт.

Вычислительные способы определения запаса леса основаны на закономерностях строения древостоев по таксационным показателям, позволяющим применять метод выявления целого по его части. Такими частями древостоя выступают срубаемые модельные и учетные деревья.

Модельным называют дерево, среднее для данной группы стволов (весь древостой, ступени и классы толщины) по диаметру, высоте и видовому числу. Учетным считают дерево, отобранное из отмеченных групп стволов статистическим методом.

Запас древостоя представляет собой сумму объемов составляющих стволов. Он определяется умножением объема среднего дерева на число стволов:

Среднее дерево называют теоретическим модельным деревом древостоя. Дерево, срубленное в качестве среднего, но отличающееся от него

204

по своим таксационным показателям (по d1,3 до ± 5 %; по h до

± 0,5…1,0 %), именуют действительным модельным деревом древостоя. Площадь сечения теоретической модели древостоя:

Поскольку объемы стволов изменяются пропорционально площадям сечений, то в случаях несовпадения показателей теоретической и действительной моделей вычисляют скрытое число стволов, а затем – запас древостоя:

Определение запаса древостоя лишь по одному среднему дереву неизбежно связано с ошибкой в глазомерной оценке формы стволов, что может привести к погрешности в запасе древостоя до ± 18…22 %, в зависимости от индивидуальных особенностей отобранного дерева. К тому же стволы, одновременно средние по d1,3, h и f, встречаются редко, в пределах 1,5…2,5 % от всего числа деревьев в насаждении.

Поэтому запас древостоя определяют путем взятия 3…5 моделей, имеющих близкие для древостоя средние размеры:

M др Vi G

gi

В этом случае получаются практически приемлемые результаты с погрешностью в запасе леса в пределах ± 3…5 %.

Однако способ средней модели древостоя не позволяет определить запасы по ступеням толщины и производить расчет выхода сортиментов. Он может быть рекомендован лишь для проверки определения запасов леса приближенными способами, рассмотренными нами ранее.

На практике широко распространен способ средних моделей по ступеням толщины древостоя. В этом случае совокупность деревьев, входящих в данную ступень, рассматривают как самостоятельный древостой и применяют приведенный ранее алгоритм расчетов запаса. Суммированием частных запасов ступеней получают общий запас таксируемого леса.

Модельные деревья по ступеням толщины могут отбираться: а) независимо от числа деревьев в ступенях древостоя; б) пропорционально числу деревьев в ступенях древостоя.

205

В первом случае запас древостоя вычисляют как сумму запасов ступеней по скрытому числу стволов в каждой из них:

где ΣV1,…ΣVn – суммы объемов моделей по ступеням толщины; G1,…Gn – суммы площадей сечений деревьев по ступеням толщины;

Σg1…Σgn – суммы площадей сечений моделей по ступеням толщины. Во втором же случае запас устанавливают сразу для всего древостоя:

Недостатком способа средних моделей по ступеням толщины является невозможность соблюдения пропорции моделей в крайних ступенях древостоя из-за незначительности числа деревьев в них. Поэтому объединяют более тонкомерные ступени в одну группу, а более толстомерные – в другую, и на них распространяют общую схему отбора срубаемых моделей в таксируемом древостое.

По данным проф. М.Л. Дворецкого, точность способа модельных деревьев по ступеням толщины зависит от числа отобранных стволов:

В литературе рекомендуется для применения также способ средних моделей по классам толщины древостоя. Эти классы образуют:

а) по хозяйственным соображениям, обычно по крупности получаемых комлевых сортиментов (ступени толщины 8…16 см; 20…28 см; 32…44 см; 48 см и более);

б) с одинаковым числом деревьев в классах; в) с равными суммами площадей сечений деревьев в классах; г) с разным количеством деревьев в классах.

Классы в последнем случае А. Шиффель предлагал образовать в зависимости от возраста древостоя:

206

Урих рекомендовал делить древостои на классы по рангам деревьев по диаметру: 1…10, 11…30, 31…70, 71…90, 91…100 ранги.

В образованных классах вычисляют Dср и Нср деревьев. Модельные деревья во всех этих случаях могут отбираться или непропорционально, или же пропорционально числу деревьев в них. Вычисляют запас древостоя по ранее приведенным алгоритмам (8.12), (8.13).

Достоинствами способа классов толщины выступают простота расчетов запаса леса и удобство отбора моделей в натуре из-за небольшого числа групп последних.

Недостатки его заключаются в следующем:

а) ошибки, допущенные при выборе моделей по форме ствола, остаются нераскрытыми и отражаются на точности учета запаса леса;

б) возникает некоторая трудность в образовании классов и расчете их показателей, неточность вычисления выхода сортиментов в древостоях;

в) затруднителен выбор моделей из-за необходимости точной придержки вычисленных dср и hср деревьев в классах.

Для определения запаса древостоя применяется также способ учетных деревьев, позволяющий избежать затрат значительного времени на подбор их в натуре, как это происходит в способе с рубкой моделей.

Учетные деревья отбирают из всей совокупности стволов древостоя или же по частным совокупностям – ступеням или классам толщины – пропорционально количеству деревьев в каждом из них.

Техника выбора учетных деревьев из всего древостоя сводится к следующему. Сначала подсчитывают необходимое количество деревьев данной категории для достижения заданной точности работ:

где СV – коэффициент изменчивости объемов стволов древостоя;

Рv – процент заданной вероятностной ошибки в запасе древостоя; rd,v – коэффициент корреляции между диаметрами и объемами ство-

лов древостоя;

Z1-α/2 – квантиль нормированного нормального распределения с вероятностью Р = 1-α/2;

α – уровень значимости оценки.

Значения СV и rd,v определяют по литературным данным, материалам ранее заложенных пробных площадей и т.п.

Определившееся количество стволов в данном насаждении набирают в процессе перечислительной таксации.

207

Вычисление запаса древостоя производят по таксационным совокупностям деревьев:

где ΣVi – сумма объемов всех учетных деревьев данной совокупности; Σgi – сумма площадей сечений всех учетных деревьев данной сово-

купности;

ΣG – сумма площадей сечений всех деревьев данной совокупности. Достоинствами способа учетных деревьев являются:

а) простота отбора деревьев в натуре; б) возможность расчета предварительного числа необходимых дере-

вьев для достижения заданной точности.

Точность анализируемого способа зависит от количества отобранных учетных деревьев. Обычно погрешности в данном случае в 1,4 раза больше, чем по модельным деревьям. Объясняется это тем, что учетные деревья отбираются статистически из всей совокупности деревьев, а модельные – из ограниченной совокупности средних деревьев древостоя.

Графические и аналитические способы определения запаса дре-

востоев с рубкой деревьев. Основной недостаток вычислительных способов определения запаса древостоя – это отсутствие наглядности и возможности проверки правильности отбора деревьев, степени их соответствия своему назначению. Ошибки, допущенные при выборе модельных и учетных деревьев, незамеченными переходят в получаемый запас древостоя.

В то же время исследованиями выявлено наличие в древостоях тесной связи между отдельными таксационными показателями (см. подробнее в главе 7).

Графические и аналитические способы определения запаса древостоев основаны на наличии тесной связи между d1,3 и V стволов по кривой объемов (η = 0,92…0,94) и между g1,3 и V стволов по прямой объе-

мов (r = 0,96…0,98).

Выявляются следующие закономерности в изменении положения указанных линий с возрастом древостоя:

а) вогнутая кривая связи Vств и d1,3 стволов на графике с возрастом постепенно повышается до возраста спелости древостоя (по сосне – до 120…140 лет), некоторый период времени остается постоянной, а затем по мере старения леса начинает снижаться;

208

б) прямая линия связи Vств и g1,3 стволов на графике с возрастом становится все выше, а с момента начала распада древостоя начинает снижаться и делается все положе.

Следовательно, связи объемов с диаметрами и площадями сечений стволов не являются статичными, неизменными; при их изучении следует учитывать возраст древостоя, быстроту роста и долговечность древесных пород.

На использовании указанных связей таксационных признаков были предложены следующие способы графического определения запаса дре-

При этих способах данные срубаемых деревьев нужны только для построения графиков объемов стволов, с которых берутся отсчеты выравненных средних объемов по ступеням толщины древостоя. Конкретные значения d1,3 отбираемых деревьев здесь заранее не задаются.

Придерживаются лишь требования, чтобы этими деревьями в количестве 10…15 шт. были представлены все ступени толщины леса

(рис. 8.2, 8.3).

Рис. 8.2. Кривая объемов стволов

209