Лесная таксация

СОДЕРЖАНИЕ

1. Физические методы  определения объема древесины.  Их применение на производстве

Понятая в более тесном значении лесная таксация в прежнее время была известна под именем лесной математики. Основанием для такого названия служило то обстоятельство, что лесная таксация имеет дело главным образом с расчетами, производимыми на основании данных, полученных более или менее точными измерениями таксируемых деревьев. С особенною точностью может быть произведено измерение срубленных деревьев, объем которых можно определить или физическими приемами, посредством взвешивания или ксилометрическим путем.

Ксилометрический способ - измерение объема воды, вытесненной погруженной в ксилометр древесиной.

Весовой - деление общего веса древесины на ее объемный вес.

Ксилометрическое определение  объема производится при помощи ксилометров, приборов, вмещающих значительное количество воды, часть которой выливается при погружении в нее исследуемой части дерева; объем вылившейся воды, равный объему погруженной древесины, определяется или с помощью сосудов определенной емкости, или посредством отсчета на трубке, приделанной к ксилометру и показывающей уровень воды, поднявшейся после погружения в нее исследуемого куска. Этот способ отличается значительною точностью и применяется только при научных исследованиях, будучи слишком мешкотным для целей практики. В особенности полезен он тогда, когда приходится исследовать части дерева, одетые корою или отличающиеся неравномерным внутренним строением. При равномерности последнего столь же, если не более, точные результаты дает взвешивание отдельных частей исследуемого дерева с последующим разделением полученного веса на вес единицы объема исследуемой древесины. Подобно ксилометрическому определению, на практике взвешивание применяется чрезвычайно редко, иногда для определения массы сучьев или коры.

2. Стандартная таблица сумм площадей  сечений и запасов, ее назначение

Сумма площадей сечений  деревьев на высоте груди (1,3 м) в м2 на 1 га измеряется полнотомером В.Биттерлиха или призмой Н.Анучина. При выполнении кругового визирования (на 360°) на высоту груди при этом получается общая сумма площадей сечений деревьев на высоте 1,3 м в м2 на 1 га в месте измерения.

Относительная полнота  яруса - это отношение абсолютной полноты таксируемого яруса (GЯ) к сумме площадей сечений на 1 га нормально полного насаждения с полнотой 1,0:

где P - относительная полнота яруса;

G_Я - абсолютная полнота таксируемого яруса;

G_1,0 - сумма площадей сечений на 1 га нормально полного насаждения с полнотой 1,0; берется из таблицы сумм площадей сечений и запасов при Р = 1,0 по преобладающей породе и средней высоте яруса. Эта таблица называется стандартной.

Таблица

Суммы площадей сечений, запасы и видовые высоты на 1 га при  полноте 1,0 для древостоев северной подзоны тайги Европейской части РФ

3. Возраст древостоя, его определение

Возраст определяется различными методами. Обычно возраст определяется по годичным слоям, которые можно подсчитать на пнях свежесрубленного дерева. При невозможности рубить деревья пользуются возрастным буравом. При невозможности использования вышеуказанных методов возраст можно определить по морфологическим признакам дерева:

- по форме и развитию кроны: в молодом возрасте кроны более конусообразные, с возрастом становятся шарообразными и зонтикообразными;

- по расположению сучьев и ветвей: у молодых деревьев сучья расположены от оси ствола под острым углом вверх, с возрастом сучья принимают горизонтальное положение;

- по очищению ствола от сучьев: в молодом возрасте сучья опускаются низко по стволу, с увеличением возраста стволы очищаются от сучьев

- по виду хвои и листьев: в молодом возрасте хвоя или листва гуще и зеленее, с возрастом редеет и тускнеет;

- по строению и окраске коры: с увеличением возраста гладкая кора становится чешуйчатой, а позднее - бороздчатой.

Эти признаки имеют свои особенности по регионам и зависят от древесной породы, условий роста и др., поэтому их использование требует знаний местных лесорастительных условий и определенного опыта.

При перечислительных методах возраст древостоя определяется через возраст учетных или модельных деревьев, определяемый при помощи бурава или подсчетом годичных колец на пне. Возраст определяют у отдельных деревьев по ступеням толщины с точностью до одного года, а для ДЭЛ в целом по формуле

где А1, A2, A3 ,…, An - средние возрасты деревьев по ступеням толщины, лет;

g1, g2, g3, ..., gn - суммы площадей сечений деревьев по ступеням толщины, м2.

Средний возраст при  перечислительной таксации определяют с точностью до одного года. При  глазомерно-измерительной таксации он определяется с использованием возрастного  бурава и морфологических признаков возраста древостоя, которые были рассмотрены выше, с точностью обычно: для молодняков и средневозрастных древостоев - 5 лет, приспевающих и спелых - 10 лет, старше 160 лет - 20 лет. Средний возраст ДЭЛ при написании формулы состава округляют: для хвойных и твердолиственных пород до 10 лет, для мягколиственных - до 5 лет.

4. Тренировочные пробные площади.  Их назначение и порядок закладки

Для  коллективной  тренировки   подбираются    наиболее распространенные в объекте лесоустройства  насаждения,  достаточно представляющие их разнообразие  по  породному  составу,  строению, возрастной  и  товарной  структуре,   производительности,    типам лесорастительных условий, происхождению,  с  закладкой  в  них  не менее  15  тренировочных  пробных   площадей.    По    возможности используются    сохранившихся    пробные    площади    предыдущего лесоустройства. В  объектах  с  интенсивным  лесным  хозяйством  в число  тренировочных  пробных  площадей  в  обязательном   порядке должно входить 5 пробных площадей на рубки ухода.

Кроме  пробных  площадей,  для  коллективной  тренировки прокладывается таксационный ход протяженностью 3-7 км  с  расчетом охвата тренировкой  большего разнообразия  насаждений  и  категорий земель.

В объектах лесоустройства, где часть  лесного  фонда  или его отдельные  участки   предусмотрено    ротаксировать    методом камерального    измерительно-аналитического   дешифрирования, закладываются и подготавливаются       таксационно-дешифровочные пробные площади и выделы  в   соответствии    с    требованиями специальной    методики.    Общее     количество таксационно-дешифровочных пробных площадей    определяется    из расчета: 5 штук на каждую преобладающую породу.

Предварительно  объекты  для  коллективной   тренировки подбирают  по имеющимся материалам  предыдущего лесоустройства, материалами аэрофотосъемки, с последующим уточнением  в натуре.

Тренировочные  пробные  площади,  таксационный  ход    и    каждый протаксированный  на  нем  выдел  должны  быть  точно    опознаны, привязаны и нанесены на аэрофотоснимки, абрисы.

На всех тренировочных пробных  площадях и  в  выделах  по тренировочному таксационному ходу, кроме таксационных  показателей древостоев, определяемых измерительно-перечислительными  методами, дается характеристика подроста,  лесных  культур  и  естественного лесовозобновления, санитарного  состояния  древостоя,  недревесных ресурсов и других показателей, предусмотренных в макетах  основных и дополнительных сведений карточки таксации.

На объектах коллективной тренировки  должны  быть  подготовлены специальные  выверенные  круговые  реласкопические  и   перечетные площадки постоянного радиуса, точно обмеренные учетные  деревья  в количестве,  позволяющем  достоверно  определить  инструментальные погрешности измерений и индивидуальные ошибки  исполнительной  при работе с лесотаксационными приборами.

Объекты  для  коллективной  тренировки  подготавливают, руководствуясь  действующим  стандартом  по    закладке    пробных площадей, требованиями по таксации леса.

Натурные работы, обработка и оформление материалов должны  быть выполнены  образцово.  Материалы  по  объектам  для   коллективной тренировки передают на хранение  начальнику  экспедиции  и  выдают руководителю коллективной тренировки перед началом полевых работ.

5. Описать методику составления  массовых таблиц объемов и  сбега профессора В.К.Захарова

Исследования формы и полнодревесности стволов долгое время проводились с использованием коэффициентов Шиффеля и старого видового числа. Однако зависимость этих показателей от высоты, а следовательно и толщины деревьев, создавала определенные затруднения в получении объективной оценки  формы и полнодревесности стволов, а следовательно  целесообразности  составления общих или местных объемных таблиц. В этой связи профессором В.К.Захаровым предложена методика исследования формы и полнодревесности стволов с использованием чисел, индексов сбега по относительным высотам и нормальных видовых чисел (f_n). Исследовав, числа сбега и f_n ряда пород В.К.Захаров выдвинул гипотезу о некоторой средней форме  отдельных пород. Выводы В.К.Захарова подтверждены его школой. Но большинством исследователей доказано, что на форму и полнодревесность стволов оказывают полнота, густота, возраст и условия произрастания. Однако эти положения не были приняты  при пересмотре и составлении объемных таблиц как региональных, так и общих (1986-1990гг).

Техника составления объемных таблиц совершенствуется, хотя в ряде случаев  «новые методы» теоретически ошибочны. Это относится и к методике В.К.Захарова, когда диаметр на 0.1Н в зависимости от диаметра на 1.3м (d_1,3) находится для разных высот по единому линейному уравнению.

Кроме технических приемов (определение коэффициентов формы, видовых чисел, объемов стволов  и т.д.) с использованием современной  вычислительной техники важно  определиться в самой структуре объемных таблиц  по форме стволов: единые таблицы  для всех полнот или по группам полноты. При этом следует использовать не q₂ Шиффеля, а относительные числа сбега (или индексы) и нормальные видовые числа по В.К.Захарову. Следует уяснить, что при составлении единых объемных таблиц, которые будут применяться при  перечислительной таксации молодняков высокой полноты и модальных   древостоев спелого и перестойного  возраста форма и полнодревесность стволов будет меняться по ступеням толщины и разрядам высот. Известно, что в лесотаксационных справочниках ряд объемных таблиц приводится для средней формы стволов при разных классах q₂.

По таблицам («Союзлеспрома») объема и сбега сосны Д.И.Товстолеса для ступеней 12, 20, 40 и 60 см всех разпрядов высот были определены показатели  формы и полнодревесности стволов по  Шиффелю и В.К. Захарову (таблица). Как видно значения q₂  и  f уменьшаются с увеличением толщины и высоты деревьев.  

Таблица

Показатели формы и полнодревесности стволов сосны в коре по таблицам объема и сбега”Союзлеспрома” при среднем коэффициенте формы (q₂=0.65)

По индексам сбега  и fп стволы 12 и 20 см ступени 1_б разряда и 12 см 1 разряда высот характеризуются лучшей формой и высокой полнодревесностью. По другим ступеням всех  разрядов форма стволов практически однотипна. Отношение  q₂ : f увеличивается с повышением диаметра  даже  в ступенях  с единой формой стволов.

Использование  значений q₂ каждой ступени повышает точность, но в отдельных ступенях ошибки достигают 6-12%. По данным 1400 стволов сосны ленточных боров установлено: отношение q₂ : f в высших разрядах на 4-10% выше чем в низших ; q₂ : f для всех разрядов возрастает с увеличением ступени толщины.

При средней форме  древесных стволов объемные таблицы можно составлять на основе математического выражения образующей древесного ствола. Для математического выражения образующей древесных стволов  рекомендуются различные функции. 

Для подбора оптимальных  функций образующих древесных стволов  нами использованы полиномы разной степени, а также комбинации неполных полиномов с логарифмической кривой. Наиболее гибкими и достаточно точными оказались функции: неполные полиномы от второй до 4-ой и 5-ой степени в сочетании с логарифмической кривой (R=0.999-0.9999 и выше)

В отдельных случаях  достаточно использовать неполный  полином 3 и      4-ой  степени в сочетании с логарифмической кривой. Форма стволов разных размеров хорошо выражается математически если вводятся числа или индексы сбега на О.Н; ,025Н; 0,05Н; 0,075Н; 0,1Н ……0,9; 0,95Н. При этом 0.Н может быть заменен на величину равную 0,001- 0,003Н, т.е. на высоту небольшого пня. На 1.0Н вводится величина «О». Обычно полученному уравнению индекс сбега на  0.1Н получается больше или меньше 1.0. В этом случае целесообразно внести поправку в значение свободного члена. Используя такой прием по данным 9 ступеней (стволов) получено уравнение зависимости индексов сбега (i ) от относительной высоты (х )

i=0,929455-4,30489x²+11,4843х³–12,408х⁴+4,293х⁵-0,0448663*lnx       (1)

(R=0.9997). 

Далее задача сводится к  установлению относительной высоты ( i_1.3 ) базового диаметра (1,3м ) у деревьев разной высоты (h ):  x_1,3=1,3/h         (2)

По уравнениям 1 и 2 находим  относительный диаметр базового  диаметра на 1.3м, по которому находится диаметр на 0.1Н в абсолютном выражении:   d_0.1= d_1.3: i_1.3.  По сложным секционным  формулам полученной модели находим среднее f_n. Объем ствола определяется по формуле: V= pd²_0.1/4*h*f_n. Систематическая ошибка  в определении объема стволов сосны  таблиц «Союзлеспрома»  в ступенях толщины  12, 20, 40 и 60см всех разрядов составила всего  -0,2%. Большие расхождения 5-8%  соответствовали ступеням 12 и 20см   I_Б   разряда высот, где показатели формы  и полнодревесности превышали  данные других ступеней  и разрядов высот. Если для этих ступеней принять фактическое f_n =0,532 то различия составят –3 и +2% соответственно.  

Предложенный метод  отличается простотой расчета и  меньшими трудозатратами в составлении  объемных таблиц при средней форме  древесных стволов, когда влияние таксационных показателей на форму и полнодревесность стволов незначительное. Учитывая существенное влияние полноты на форму и полнодревесность стволов, составление объемных таблиц следует проводить по группам полноты древостоев.

 6. Как определить текущий прирост по объему у ствола без его рубки

Прирост - это величина изменения таксационных показателей дерева (D, H, G и V) с изменением возраста, обозначается буквой Z с добавлением индекса его вида и таксационного показателя. Различают два вида прироста - текущий и средний.

Текущий прирост Zтек  показывает величину, на которую изменяется какой-либо таксационный показатель (высота, диаметр, объем или др.) за какой-то определенный год или за некоторый промежуток времени (период 5 или 10 лет) или за всю жизнь дерева по настоящее время. Текущий прирост бывает годичный, периодический и общий.

Текущий годичный прирост - это изменение таксационного показателя за 1 год; для его определения следует измерить, насколько приросло дерево за 1 год, например, по высоте, диаметру или др. показателям.

Zтек.годич = Т – t;

где Zтек.годич - текущий годичный прирост;

Т - таксационный показатель (высота, диаметр, объем или др.) в настоящее время;

t - тот же таксационный показатель (высота, диаметр, объем или др.) год назад;

Текущий периодический  прирост - это изменение таксационного показателя за какой-либо период времени (обычно 10 лет). Для его определения следует измерить, насколько приросло по какому-либо таксационному показателю дерево за этот период - это определяется как разница этого показателя в настоящее время и период времени назад. Определяется, как разность величин таксационного показателя за этот промежуток времени (n).

Zтек.период = Т – tn;

где Zтек.период - текущий периодический прирост;

Т - таксационный показатель (высота, диаметр, объем или др.) в настоящее время;

tn - тот же таксационный показатель (высота, диаметр, объем или др.) n лет назад.

Текущий общий прирост - изменение какого-либо таксационного показателя за всю жизнь дерева, т.е. он показывает, насколько приросло дерево по какому-либо показателю за всю свою жизнь. Этот прирост равен самому таксационному показателю в настоящее время, т.е. - за всю жизнь дерево по высоте выросло на Н метров, по диаметру - на D см, по объему - на V м3 и т. д.

Zтек.общ = Т

7. Прирост ствола по диаметру  и высоте. Их виды. Использование  приростов в производственной  практике

Прирост в высоту и  по диаметру происходит за счет активности меристематических тканей, которые  составляют очень небольшую часть  общей массы дерева. Различные части дерева увеличиваются с неодинаковой скоростью, и нередко активный их рост происходит в разное время года. Например, древесные растения умеренной зоны переходят от состояния контролируемого эндогенно глубокого зимнего покоя тканей к меристематической активности в течение вегетационного периода. Однако и в безморозный период происходит торможение роста, за которым следует восстановление ростовых процессов. Считается, что тропические деревья растут непрерывно в течение года, но при более тщательных наблюдениях обнаружилось, что и у них скорость роста не остается постоянной, их рост также цикличен.

Средний прирост Zср - это расчетная величина, показывающая среднегодовое изменение таксационного показателя за какой-либо период (обычно 10 лет) или за всю жизнь дерева. Исходя из периода, за который рассчитывается среднегодовое изменение таксационного показателя, средний прирост может быть периодическим или общим.

где Zср.пер - средний прирост периодический;

Zср.общ - средний прирост общий (за всю жизнь дерева);

Т - таксационный показатель (высота, диаметр, объем или др.) в настоящее время;

n - число лет в периоде, за который рассчитывается средний прирост;

tn - таксационный показатель (высота, диаметр, объем или др.) n лет назад;

А - возраст дерева.

Прирост отдельного дерева по диаметру рассчитывается по величине радиального прироста (по керну) за определенный период времени. Прирост может быть выражен как в абсолютных (см, м, м3 и др.), так и в относительных величинах (%). Для сравнения деревьев по энергии роста вычисляют относительные (в процентах) приросты. У нормально развивающихся деревьев и древостоев существует закономерное соотношение между средней величиной текущего годичного и среднего приростов (рис. 1):

Рис. 1. Соотношение между текущим и средним приростами

1. Пока средний прирост  возрастает - среднее значение текущего годичного прироста всегда больше среднего.

2. Когда средний прирост  не изменяется, достигнув максимума,  он равен среднему значению текущего годичного прироста. Это возраст количественной спелости - максимума нарастания древесины.

3. Когда средний прирост  уменьшается - среднее значение текущего годичного прироста меньше среднего.

8. Расчетная часть

Список литературы

1. Ковязин В.Ф., Никонов М.В., Ярмишко В.Т. Основы лесного хозяйства: Учебное пособие. - СПб.: СПбЛТА, 2000.
2. Куликов Г.М. Основы лесного хозяйства: Учебное пособие. - Екатеринбург: УГЛТА 1998.
3. Мелехов И.С. Лесоведение. - М.: Лесн. пром-сть, 1999.
4. Минаев В.Н., Тетюхин С.В., Ковязин В.Ф. Основы лесного хозяйства. Таксация леса: Учебное пособие - СПб.: СПбГЛТА, 2004.
5. Моисеев В.С. Таксация леса: Учебное пособие. - Л.: ЛТА, 1970.
6. Тихонов А.С. Лесоводство: Учебное пособие для студентов. - Калуга: Издательский педагогический центр Гриф, 2005.
7. Яновский Л.Н., Мошкалев А.Г., Никифорчин И.В., Ветров Л.С., Минаев В.Н. Лесная таксация: Учебное пособие. - СПб.: СПбЛТА, 1998.