ИССЛЕДОВАНИЕ СБЕЖИСТОСТИ КОМЛЕВОЙ ЧАСТИ СТВОЛОВ ЕЛИ
Кишенков Ф.В., Соломников А.А., Касацкий А.А.
(БГИТА, г.Брянск, РФ)
Research of reduction of diameter of a part of trunks of fur-trees.
Исследования динамики таксационных показателей, их изменения и взаимосвязей основываются на показателе диаметра дерева на высоте груди (d1,3). Это вполне логично и объяснимо, поскольку этот показатель легко измеряется в натуре для отдельного дерева, дающий устойчивые закономерности с другими показателями – объемом (V), приростом (z), высотой (h) и др. Однако в ряде ситуаций измерение d1,3 невозможно по каким-либо причинам. Как правило, такие ситуации возникают, когда дерево уже срублено и требуется установить его объем. В этом случае единственным показателем, доступным для измерения становится диаметр дерева на высоте оставленного пня (dпня).
Существуют таблицы (1), позволяющие произвести перерасчет dпня в d1,3. Однако в этих таблицах не регламентируется, на какой высоте измеряется dпня. Вместе с тем хорошо известно, что форма ствола дерева значительно отличается от формы цилиндра, и особенно существенными эти различия становятся в комлевой части. То есть, чем ниже оставляемый пень, тем больше dпня, и тем выше погрешность пересчета dпня в d1,3. Причем погрешность увеличивается в большую сторону (происходит завышение d1,3) и, следовательно, завышение объема дерева и запаса насаждения. Особенно велика погрешность для пород с поверхностной корневой системой и развитой корневой лапой. В Европейской части России к таким породам относится ель обыкновенная.
С необходимостью определения запаса древесины на делянке столкнулись работники одного из лесных предприятий Брянской области. Расхождения в запасе, определенном методом перечета деревьев на пробной площади при отводе и запасом, определенным по пням после рубки, составило несколько десятков м3/га и неизбежно должно было повлечь санкции вышестоящей организации. Руководство лесхоза обратилось с письмом на кафедру лесоустройства БГИТА.
Исследования сбежистости стволов ели проведены в насаждении на оставленной части елового древостоя. Тип условий произрастания С3 способствовал в данном насаждении развитию корневой системы ели вблизи поверхности почвы, что вызвало формирование у деревьев широкой корневой лапы. Возраст насаждения около 100 лет, класс бонитета - II.
Целью исследований являлось установление запаса насаждения в оставшейся части древостоя, построение графиков зависимости d1.3 от dпня на разной высоте от поверхности почвы в комлевой части ствола дерева. Кроме этого, устанавливалось влияние hпня на точность определения d1,3 и объема дерева по этому показателю. Измерения произведены на безразмерной пробной площади.
Для установления разряда высот выполнен обмер диаметра и высоты у тридцати деревьев с равным представительством по ступеням толщины. На основе натурных измерений построен график высот, при помощи которого установлена средняя высота насаждения, соответствующая среднему диаметру древостоя. Сумма площадей сечения насаждения определена путем закладки двадцати реласкопических площадок при помощи полнотомера Биттерлиха. Средняя по площадкам сумма площадей сечения (абсолютная полнота) составила 19,5 м2/га. Относительная полнота установлена для породы ель по разряду высот и составила 0,5. Такая же полнота насаждения указана и в таксационном описании (лесоустройство 2002 года).
Диаметры деревьев измерялись по двум взаимно перпендикулярным направлениям с вычислением среднего значения, с точностью до 0,1 см. Были измерены диаметры на высоте 1,3 м (d1,3), а также на уровне почвы(d0), на высоте 5см(d5), 10см (d10), 15см (d15) и 20 см (d20). Такие показатели продиктованы необходимостью установления зависимостей dпня от d1,3 и создания уравнения обратного перехода. Всего на пробной площади учтено 194 дерева. Статистическая обработка полевых материалов подтверждает достоверность полученных показателей. Средний диаметр на высоте груди вычислен через среднюю площадь сечения, т.е. как среднеквадратическая величина.
Коэффициент изменчивости по диаметру и высоте составил соответственно 25,5 и 16,9%, а точность опыта 95,3 и 96,9%. Коэффициент изменчивости колебался от 28,5% для d1,3 до 33,0% для d5. Точность опыта при этом составила от 96,3% для d0 (по данным 64 измерений) до 98% по d1,3 (по данным 194 измерений). Полученные показатели подтверждают достоверность полевых наблюдений и дают право на их основе выявлять зависимости и закономерности изменения диаметров ствола на различных высотах.
Уравнения подбирались по принципу максимальности показателя сглаживания. Установлено, что в зависимости от формы кривой коэффициент сглаживания варьирует. Однако границы такой вариативности невелики. Так взаимосвязь d0 и d1,3 наилучшим образом описывает степенное уравнение: y = 1,727x0,7256 при R2=0,814. Однако даже линейное уравнение дает показатель сглаживания R2=0,763. При этом использование линейной зависимости значительно упрощает методику пересчета показателей. Для оценки и сравнения наилучших уравнений и линейных уравнений по степени сглаживания приводим табл. 1.
Таблица 1 – Уравнения взаимосвязи диаметров комлевой части ствола ели и диаметра на высоте груди (y - d1,3, x - dпня )
|
Высота |
Наилучшее уравнение |
R2 |
Линейное уравнение |
R2 |
|
0 см |
y = 1,727x0,7256 |
0,814 |
y = 0,4465x + 7,1252 |
0,763 |
|
5 см |
y = 1,4219x0,7952 |
0,8734 |
y = 0,5199x + 5,8046 |
0,846 |
|
10 см |
y = 1,4517x0,8043 |
0,8999 |
y = 0,5573x + 5,7831 |
0,87 |
|
15 см |
y = 1,4796x0,8114 |
0,9181 |
y = 0,5899x + 5,7756 |
0,891 |
|
20 см |
y = 1,4103x0,8346 |
0,9291 |
y = 0,6311x + 5,2795 |
0,90 |
Как видно, теснота взаимосвязи с d1,3 наименьшая для d0 и повышается с увеличением высоты пня. Во всех случаях взаимосвязь наилучшим образом описывает степенное уравнение, однако и линейное уравнение дает приемлемые для практики результаты.
На рис. приведена взаимосвязь между dпня и d1,3.
а) б)
в) г)
д)
Рисунок –Зависимость d1,3 от dпня на высоте: а) 0см; б) 5см; в) 10 см; г) 15см; д) 20см
Как видно (рис. 1) теснота взаимосвязи падает с увеличением dпня вследствие более широкой корневой лапы, но все равно остается в допустимых пределах. Это свидетельствует о том, что применение уравнений для перехода от dпня к d1,3 более оправдано при средних диаметрах древостоя до 40-50 см. Однако при большом количестве наблюдений эта методика дает хорошие результаты для любых значений диаметров.
Диаметр дерева - основной таксационный показатель, позволяющий вычислять его объем, который наиболее интересен лесопользователю. Но ошибка при определении d1,3 возрастает в геометрической прогрессии при определении объема. Этот факт требует максимальной точности при вычислении d1,3 косвенными методами, одним из которых является и метод его определения по dпня. Мы проанализировали расхождения в запасе насаждения, определенном по измеренным d1,3 и по d1,3, полученным при переходе от dпня. Расхождения по запасу на 1 га по всем уравнениям не превысили 1,5%, что свидетельствует о высокой степени достоверности и практической ценности полученных уравнений. Данные сопоставления ведомостей перечета и запасов по расчетным и фактическим диаметрам на высоте груди приведены в табл. 2 и 3.
Для сравнения приводим в той же таблице данные перевода dпня, полученные по нормативно-справочным материалам (1). Для получения перечета по d15 натурные измерения были распределены по ступеням толщины, по ним при помощи таблиц перевода установлены d1,3, которые, в свою очередь, использованы для определения объемов по ступеням и запаса насаждения в целом. Расхождения по запасу определены в абсолютном и относительном значении. За истинное значение принят запас, определенный по данным фактического перечета по d1,3.
Таблица 2 - Перечеты деревьев, полученные при фактическом обмере и путем пересчета по dпня
|
Ступень толщины |
Фактический перечет |
Расчет по диаметру на высоте 0,05м |
Расчет по диаметру на высоте 0,10м |
Расчет по диаметру на высоте 0,15м |
Расчет по диаметру на высоте 0,20м |
По данным таблиц перевода диаметра |
|
12 |
0 |
4 |
3 |
2 |
2 |
2 |
|
16 |
12 |
13 |
10 |
11 |
11 |
8 |
|
20 |
13 |
20 |
19 |
19 |
17 |
24 |
|
24 |
21 |
16 |
19 |
18 |
20 |
11 |
|
28 |
34 |
31 |
32 |
32 |
31 |
40 |
|
32 |
30 |
26 |
33 |
33 |
35 |
19 |
|
36 |
37 |
25 |
18 |
23 |
23 |
23 |
|
40 |
14 |
17 |
19 |
16 |
18 |
13 |
|
44 |
15 |
23 |
20 |
19 |
17 |
13 |
|
48 |
11 |
11 |
13 |
12 |
12 |
8 |
|
52 |
3 |
4 |
5 |
7 |
5 |
12 |
|
56 |
3 |
4 |
3 |
2 |
1 |
14 |
|
60 |
1 |
- |
- |
- |
2 |
5 |
|
64 |
0 |
- |
- |
- |
- |
1 |
|
68 |
0 |
- |
- |
- |
- |
1 |
|
Итого |
194 |
194 |
194 |
194 |
194 |
194,0 |
Таблица 3 - Расчет запасов по натурным обмерам и данным, полученным расчетным путем
|
Ступень толщины |
Запас по ступеням толщины, м3 |
|||||
|
фактический перечет |
расчет по диаметру на высоте 0,05м |
расчет по диаметру на высоте 0,10м |
расчет по диаметру на высоте 0,15м |
расчет по диаметру на высоте 0,20м |
по данным таблиц перевода диаметра |
|
|
12 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,16 |
|
16 |
2,1 |
2,3 |
1,8 |
2,0 |
2,0 |
1,424 |
|
20 |
4,2 |
6,4 |
6,1 |
6,1 |
5,4 |
7,68 |
|
24 |
10,6 |
8,0 |
9,6 |
9,1 |
10,1 |
5,533 |
|
28 |
25,2 |
23,0 |
23,7 |
23,7 |
23,0 |
29,64 |
|
32 |
30,7 |
26,6 |
33,8 |
33,8 |
35,8 |
19,437 |
|
36 |
50,1 |
33,8 |
24,4 |
31,1 |
31,1 |
31,119 |
|
40 |
24,1 |
29,3 |
32,7 |
27,6 |
31,0 |
22,399 |
|
44 |
32,1 |
49,2 |
42,8 |
40,7 |
36,4 |
27,82 |
|
48 |
28,6 |
28,6 |
33,8 |
31,2 |
31,2 |
20,824 |
|
52 |
9,3 |
12,4 |
15,5 |
21,7 |
15,5 |
37,116 |
|
56 |
10,9 |
14,6 |
10,9 |
7,3 |
3,6 |
50,932 |
|
60 |
4,2 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
8,4 |
21,105 |
|
64 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
4,483 |
|
68 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5,509 |
|
Запас на пробе, м3 |
232,1 |
234,2 |
235,0 |
234,1 |
233,5 |
285,2 |
|
Запас на 1 га, м3 |
262,1 |
264,6 |
265,4 |
264,4 |
263,8 |
322,1 |
|
Откл. абсолютное, м3 |
0 |
2,4 |
3,3 |
2,3 |
1,6 |
60,0 |
|
Откл. относит., % |
0 |
0,9 |
1,3 |
0,9 |
0,6 |
22,9 |
Как видно, наибольшее отклонение (22,9%) получено при использовании таблиц. Причем произошло завышение запаса. Такое расхождение недопустимо. Чтобы исключить влияние двукратного перехода от измеренного диаметра к ступеням (первый раз при установлении ступени для пня, второй раз – при установлении ступени для перерасчитанного d1,3), мы вычислили запас древостоя, используя таблицу объемов для каждого дерева. При таком способе расчета получили запас 332,4м3/га, что дает ошибку в 26,8%.
Это означает, что фактически применение существующих таблиц для перевода диаметра пня в диаметр на высоте груди и последующего вычисления запаса насаждения привело к завышению этого показателя более чем на 25% или в абсолютных величинах – более 60м3/га. Очевидно, пользоваться такими таблицами в практических целях возможно лишь при корректировке их на высоту пня.
Литература
1. Общесоюзные нормативы для таксации лесов /В.В. Загреев, В.И. Сухих, А.З. Швиденко, Н.Н. Гусев, А.Г. Мошкалёв.- М.: Колос, 1992. – 495 с.