Содержание к диссертации
Введение
Природно-климатическая характеристика Брянского лесного массива 8
Территориальное расположение и районирование Брянского лесного массива 8
Климат Брянского лесного массива 10
Объем рубок ухода Брянского лесного массива 12
Состояние вопроса и задачи исследований 15
Методы и способы определения выхода сортиментов... 15
Закономерности строения древостоя 22
Строение и разработка моделей товарной структуры выбираемой части древостоя 38
Программа и методика исследований 44
Методика полевых работ 44
Методика камеральных работ 49
Характеристика полевого материала 58
Закономерности строения выбираемой части сосновых древостоев 65
Изучение строения древостоя 65
Анализ видового числа, коэффициента формы в зависимости от диаметра и высоты ствола 77
1 Распределение видовых чисел ствола в коре 77
2 Распределение видовых чисел ствола без коры 89
3 Оценка видовых чисел стволов сосны выбираемой части древостоя 101
4 Распределение коэффициентов форм выбираемой части сосновых насаждений 109
Таблицы объемов древесного ствола 122
1 Составление объемных таблиц для выбираемой части древостоя 122
2 Сравнительная оценка объемных таблиц 129
Товарная структура выбираемой части древостоя 136
Объем и характеристика экспериментального материала 136
Пороки древесины 137
Анализ разработанных товарных таблиц для выбираемой части древостоя и их сравнительная оценка 143
Требования к товарным таблицам и порядок их применения 161
Основные результаты и выводы 167
Список использованной литературы
- Климат Брянского лесного массива
- Закономерности строения древостоя
- Методика камеральных работ
- Оценка видовых чисел стволов сосны выбираемой части древостоя
Введение к работе
Лесным кодексом Российской Федерации [1997], Концепцией устойчивого управления лесами Российской Федерации (утверждена постановлением коллегии Федеральной службы лесного хозяйства России от 31.07.1998 г. №6), Наставлением по отводу и таксации лесосек в лесах Российской Федерации (утверждены приказом Рослесхоза от 15.06.1993 г. № 155), Инструкцией по проведению лесоустройства в лесном фонде России (утверждена приказом Рослесхоза от 15.12.1994г. № 265) и другими директивными документами в области организации и ведения лесного хозяйства, непрерывного неистощительного лесопользования в условиях рыночной экономики отмечена существенная роль повышения достоверности информации о лесном фонде, уделяется большое внимание улучшению качества лесоучетных работ при отпуске леса на корню, отводе и таксации лесосек в процессе лесоустроительных работ, оценке лесосечного фонда в лесхозах и др. Практическая реализация этих требований во многом определяется качеством нормативно-справочных данных оценки товарной структуры древостоев.
Сортиментные и товарные таблицы равнинных лесов Центрального экономического района по породам были составлены проф. Н.П.Анучиным в 1981 г. как общесоюзные и утверждены Гослесхозом СССР в 1987 г. в качестве базовых для лесов центральных и южных районов Европейской части России. Однако в связи с введением в 1990 г. новых стандартов на круглую лесопродукцию (ГОСТ 9462-88 и ГОСТ 9463-88) возникла необходимость в пересмотре и корректировке этих таблиц по всем породам района. Решению одного из вопросов посвящена наша работа - разработка нормативов товарной структуры стволов сосны, выбираемых при рубках ухода.
Климат Брянского лесного массива
В климатическом отношении район исследований расположен на границе между западно-европейским и восточно-европейским районами Атлантико-континентальной климатической области, в юго-западной подобласти и характеризуется умеренно-континентальным климатом, переходным от более влажного климата Беларуси к более континентальному и сухому климату центральной лесостепи [Алисов, 1956].
Характерной особенностью климата является периодическое прохождение циклонов. Они наблюдаются во все времена года и проявляются в чередовании волн холода и волн тепла, заметных весной, а также в частых грозовых летних ливнях. Продолжительность времени с солнечной погодой составляет 40 % дневного времени, но число полностью ясных дней всего лишь 30-38 в году. Зима отличается большой облачностью, сравнительной мягкостью и небольшим количеством осадков (около 130-150 мм). Устойчивый снежный покров ложится в среднем в первой декаде декабря и исчезает в конце марта -начале апреля. Наибольшей мощности (30-40 см) он достигает в конце февраля, в начале марта.
Весна отличается частыми и резкими колебаниями температуры. Лето относительно тёплое. Осадки выпадают в количестве 200-225 мм, но весьма неравномерно во времени и по интенсивности.
Осень отличается относительной сухостью и повторяющимися почти ежегодно длительными возвратами тепла. Осадков в этот период выпадает около 100-120 мм.
Средняя годовая температура плюс 5 С, температура января минус 8,8 С, июля плюс 18,2 С. Абсолютный минимум достигает минус 38 С, а максимум плюс 35 С. Продолжительность безморозного периода составляет 130-150 дней, с колебаниями в отдельные годы от 105 до 190 дней. Прекращение заморозков по средним многолетним данным приходится на первую декаду мая. Иногда значительные похолодания, с понижением температуры ниже 0 С, наблюдаются даже в первой декаде июня.
Первые осенние заморозки наблюдаются в среднем в третьей декаде сентября, редко - в начале этого месяца. Бывают и такие годы, когда заморозки появляются только в третьей декаде октября [52]. Вегетационный период древесных растений равняется 147 дням (3/V -26/IX). В среднем за год выпадает 580 мм осадков, из них в период май - август 270 мм, и бывает около 170 дней с осадками более 0,1 мм. Гидротермический коэффициент составляет 1,3-1,4.
В пределах Брянского лесного массива влагообеспеченность уменьшается к югу (в год от 626 до 529 мм). Изолиния с 400 мм в тёплый период проходит от стыка Брянской, Калужской и Орловской областей на среднее течение реки Навли и далее по её течению к реке Десне. В районе исследований господствуют западные (июнь-сентябрь), юго-западные (октябрь-февраль), юго-восточные (март-май) ветры, силой 2-5 м/сек. Зимние ветры более сильные, чем летние, но именно летом через 2-5 лет проносятся бури, вызывающие локальные повреждения древостоев. Ежегодно бывают суховеи, причём в отдельные годы они продолжаются 7-15 дней при относительной влажности воздуха 20-40 %. Максимальное значение влажности воздуха (90-92 %) связано с западными ветрами, минимальное (49-52 %) - с юго-восточными.
Объем рубок ухода Брянского лесного массива
Площадь сосновых насаждений в лесном фонде Брянского лесного массива составляет 278521,5 га или 87% от площади хвойных пород и 62% от всей площади насаждений. Территориально сосновые насаждения размещаются на сухих песчаных почвах, но могут произрастать в смешении с елью, дубом, березой на супесчаных и суглинистых разностях [Воробьев, 1971].
В системе ведения лесного хозяйства рубки леса являются важнейшим звеном, определяющим производственную и экономическую составляющую лесной отрасли. Рыночные условия экономики обострили финансовые проблемы лесных предприятий и сделали приоритетными мероприятия, обеспечивающие доходность. Основным источником получения средств на нужды воспроизводства, охраны и защиты лесов стали рубки промежуточного пользования.
В лесхозах Брянской области доля древесины, получаемая от рубок промежуточного пользования, составляет от 25 до 45 % общего объема рубок (по данным Агентства лесного хозяйства Брянской области). С 1 га покрытой лесом площади ежегодно заготавливают около 24 м древесины. Лесной фон Брянской области поделен на 19 лесхозов. В каждом из них проводятся рубки промежуточного пользования. Ежегодный объем проводимых мероприятий по уходу за лесом представлен в табл. 1.
Закономерности строения древостоя
Закономерности в строении насаждений, выведенные Шиффелем для ели, характерны и для других пород. М.В. Данилов [1951] [33] получил средний ряд редукционных чисел по диаметру для буковых насаждений Закарпатской области, характер изменения которых в общем аналогичен найденному Шиффелем. Расхождение в цифрах для крайних размеров бука - следствие некоторой разновозрастное буковых древостоев. Исследования Вейзе, М. Продана, Фекете и Шиффеля [76] дали лишь некоторые теоретические обобщения по вопросу о строении насаждений. Российские ученые пришли к новым теоретическим обобщениям и разработали на основе закономерностей строения насаждений более совершенные методы учета выхода сортиментов.
А.В. Тюрин [115, 116] для выявления закономерностей в строении насаждений распределял деревья по ступеням толщины, выраженным в десятых долях среднего диаметра насаждений (). Такие ступени, являющиеся общими для всех насаждений и не зависящие от конкретных диаметров, он назвал естественными ступенями толщины. Замена ступеней, выраженных в сантиметрах, относительными значениями дала возможность сравнивать и выявлять общий характер перечетов деревьев в насаждениях различных средних диаметров. Он пришел к выводу, что распределение деревьев по естественным ступеням толщины не зависит ни от породы, ни от бонитета, ни от полноты насаждений. Это распределение лишь в некоторой степени зависит от возраста насаждений и в большей мере от характера рубок ухода.
Ян Гадай провел исследование в отношении 6 древесных пород: сосны, ели, пихты, дуба, бука, граба. При выравнивании кривых распределения им была использована функция А. Шарлье (функция обобщенного нормального распределения типа А). Он отмечает, что характер распределения деревьев зависит от способа ухода за насаждением. В связи с этим для низового и верхового способов ухода за насаждением он вывел разные ряды.
Полученное А.В.Тюриным [114, 115, 116] распределение деревьев по ступеням толщины является обобщенным вариационным рядом. Средние диаметры деревьев в различных насаждениях могут быть разными. Однако в их строении наблюдаются общие черты, выражающиеся в том, что в ступенях толщины, составляющих одинаковые доли от среднего диаметра, число деревьев (в процентах) оказывается близким.
Исследования показывают, что выход деловой древесины в процентах по отношению к общему объему ствола не зависит от его высоты, поэтому для учета общего выхода деловой древесины не нужен детальный учет высоты по каждой ступени. Распределение же деловой древесины по ее толщине и отдельным сортиментам всецело зависит от величины среднего диаметра древостоя, но не от его высоты.
Под строением древостоев в настоящее время понимается совокупное сочетание характера варьирования таксационных показателей, распределения деревьев по ним и соотношения этих показателей между собой на определенных возрастных этапах развития леса. Некоторые исследователи включают в указанное понятие также взаиморасположение деревьев в лесных фитоценозах.
Вопросы изменчивости и взаимосвязей таксационных показателей в сосновых лесах Сибири исследовались П.М.Верхуновым [11]. Исследования Вейзе, Вимменауэра, Гуттенберга и Герхардта, осуществленные в 1890 - 1901 гг. [Орлов, 1929; Анучину, 1971] по распределению деревьев в лесу по толщине, послужили основой теории строения древостоев. Было подмечено, что процент числа деревьев по ступеням толщины в чистых одновозрастных лесах близок к кривой нормального распределения вероятностей. Среднее по диаметру дерево в насаждении занимает постоянное место, составляющее от самого тонкого в среднем 57,5%. Это дерево среднее по всем таксационным показателям.
Работы Фекете, Шиффеля в 1902-1914 гг. [Анучин, 1971] определили новое направление в исследовании строения древостоев по редукционным числам таксационных показателей. Выявилось, что относительные диаметры, высоты, объемы стволов, видовые числа и видовые высоты деревьев, занимающих определенное место в древостое, практически одинаковы в нормальных насаждениях различных средних диаметров. Аналитически эта закономерность передается уравнением параболы третьей - четвертой степени: Rr = а0 + а, Р„ + а2 Р2„ + а3 Р\ +... + а4 Р\ где RT -редукционные числа остальных таксационных показателей; Рп -процентное место дерева в ранжированном ряду распределения.
Дальнейшее широкое обобщение материалов по строению древостоев, содержащихся в работах многих исследователей [Шустов, 1909, 1911; Веселовский, 1921; Тарашкевич, 1923, 1924; и др.], по естественным ступеням толщины осуществил А. В. Тюрин [1923, 1924, 1927, 1931, 1945, 1971]. Согласно его исследованиям, процентное распределение деревьев по указанным ступеням не зависит от породы, бонитета и полноты насаждений. На параметры кривой распределения влияют возраст древостоя и в значительно большей степени интенсивность рубок ухода. По однородности строения выделил насаждения тонкомерные, среднемерные, толстомерные и очень толстомерные. Отметил закономерность строения леса по соотношениям наименьших и наибольших высот деревьев в долях от средней высоты.
Методика камеральных работ
Главной целью исследования данной работы является составление товарных таблиц для выбираемой части древостоя в сосновых насаждениях. В основу методики решение этого вопроса была положена методика Н.П.Анучина (1982), основанная на использовании закономерностей строения древостоя. Для изучения закономерностей строения выбираемой части древостоя необходим большой фактический материал - данные перечетов деревьев выбираемой части древостоя.
По данным перечета для каждого участка определяли средний диаметр выбираемой части, средний диаметр деловой и дровяной части, средний процент деловых и дровяных стволов. Средний диаметр древостоя определялся как средневзвешенный через общее число деревьев на участке по каждой ступени толщины. Средний диаметр деловых и дровяных стволов определялся как средневзвешенный через число деловых и дровяных стволов на участке.
Участки, на которых велись рубки ухода, имеют разную площадь и, следовательно, на каждом участке в одинаковых ступенях толщины мы имеем разное число деревьев. Поэтому, в целях сопоставимости число деловых и дровяных стволов по каждой ступени выражаем в процентах от общего числа вырубленных на участке деревьев и принимали эти проценты за число стволов в ступенях.
Далее осуществлялась группировка по классам среднего диаметра. Интервал класса принимали равным 2 см. Признаком для группировки считался средний диаметр выбираемой части древостоя. По каждой ступени толщины определялся средний процент деревьев в ступени как среднее арифметическое, а также статистические показатели (относительное отклонение, коэффициент изменчивости, ошибка среднего).
Также, по каждому классу диаметра вычислялся средний диаметр деловой части и средний процент деловых деревьев (определялись как средние арифметические соответствующих величин). В товарных таблицах у хвойных пород деловая древесина по крупности распределялась на три класса, предусмотренные для денежной оценки леса на корню. крупную, диаметром в верхнем отрезе 25 см и более; среднюю, диаметром в верхнем отрезе 14-24 см; мелкую, диаметром в верхнем отрезе 6-13 см. Наиболее используемая в практике длина заготовляемых сортиментов по хвойных породам - 6,5 м, 6,0 м и 4,5 м. Объем деловой древесины учитывается без коры, а объем дров, наоборот дан в коре [5]. Отходы включали объем коры деловой древесины и вершину ствола тоньше 3 см у основания [5].
Отнесение деревьев к той или иной категории производилось в результате осмотра ствола по внешним признакам и главным образом по наличию гнили, сучковатости и кривизны. Длина деловой части дерева устанавливалась по данным обмера учетных деревьев.
Обработка материалов пробных площадей, карточек учетного дерева осуществлялась при помощи пакета прикладных программ «PROBA 2002», разработанный на кафедре лесной таксации и лесоустройства МарГТУ. Пакет прикладных программ (ППП) «PROBA 2002» предназначен для камеральной обработки результатов измерений на пробных площадях с рубкой и обмером учетных деревьев. Основная сфера использования этого пакета - научные исследования.
Деловой ствол разделялся на деловую, дровяную часть и вершину. Это определялось по диаметру и наличию пороков древесины. Применялась откомлевка в дрова при наличии напенной гнили. Минимальный диаметр: дров топливных в коре - 3.0 см; сырья для технологической переработки без коры-3.6 см; деловых сортиментов без коры: хвойных- 5.6см, лиственных- 6.0 см; допускаемые пороки не более указанных размеров в деловых сортиментах хвойных пород; сучья здоровые диаметром до 10 см для 2-го сорта; сучья табачные диаметром до 5 см для 3-го сорта; гниль до 1 /3 диаметра без коры в сортиментах толщиной до 3 8 см в верхнем отрезе; гниль до 1 /2 диаметра без коры в сортиментах толщиной до 40 см в верхнем отрезе; кривизна односторонняя до 2 %; кривизна разносторонняя до 1 %.
Допускаемые пороки не более указанных размеров в деловых сортиментах лиственничных пород: сучья здоровые диаметром до 7 см для 2-го сорта; сучья табачные диаметром до 7 см для 3-го сорта; гниль до 1 /3 диаметра без коры в сортиментах толщиной до 3 8 см в верхнем отрезе; гниль до 1 /2 диаметра без коры в сортиментах толщиной до 40 см в верхнем отрезе; кривизна односторонняя до 3 % при диаметре сортиментов до 24см; кривизна односторонняя до 5 % при диаметре сортиментов более 26см;
Оценка видовых чисел стволов сосны выбираемой части древостоя
Графическое изображение изменения видовых чисел в коре для всех пяти разрядов высот приведены в прилож. 10.
Установленные модели использованы для определения видовых чисел в коре по каждому из пяти разрядов высот, входящих в отдельную ступень, но имеющих разные высоты (табл.11 - 15).
При составлении таблиц видовых чисел в коре для всех пяти разрядов высот пределы по высоте по каждой ступени определяли в пределах ±3с от средней высоты в конкретной ступени. Например, предел для 10 ступени толщины для второго разряда высот по высоте составляет от 13 до 14 м, для ступени толщины 12 от 15 до 17 м, а для ступени толщины 44 предел средней высоты в конкретной ступени составит от 30 до 33.
По данным проф. Д.И.Товстолеса, видовые числа зависят от формы стволов и значительно изменяются для древостоя в целом незначительно снижается от диаметра 8 см до 40 см соответственно. Для I разряда высот средние значения видовых чисел стволов сосны в коре колеблются от 0,391 в ступени 46 см до 0,672 в ступени 8 см. Изменчивость видового числа по ступеням толщины в основном не превышает ±4,9%. При этом, наибольшее отклонение достигает ±5,1% в ступени толщины 36 см. Ошибка при определении видовых высот не превышает 2,0%. При одинаковых коэффициентах форм и высотах стволов по отдельным ступеням толщины видовые числа выбираемых при рубках ухода стволов от ступени 8 см до 30 см превышают всеобщие видовые числа (различия средних описаны в разделе 5.2.3). Со ступени 30 см и выше отклонения наших видовых чисел имеют знак минус.
Для II разряда высот средние значения видовых чисел стволов сосны в коре колеблются от 0,394 в ступени 40 см до 0,658 в ступени 8 см. Изменчивость видового числа по ступеням толщины в основном не превышает ±1,9%. При этом, наибольшие отклонения достигают ±3,9% в ступени толщины 10 см и ±2,1% в ступени 8 см. Ошибка при определении видовых высот не превышает 1,0% и только в ступени 10 см она достигает соответственно 1,6%. При одинаковых коэффициентах форм и высотах стволов по отдельным ступеням толщины видовые числа выбираемых при рубках ухода стволов от ступени 8 см до 26 см превышают всеобщие видовые числа (различия средних описаны в разделе 5.2.3). Со ступени 26 см и выше отклонения наших видовых чисел имеют знак минус.
Для III разряда высот средние значения видовых чисел стволов сосны в коре колеблются от 0,415 в ступени 32 см до 0,642 в ступени 8 см. Изменчивость видового числа по ступеням толщины в основном не превышает ±1,8%. При этом, наибольшие отклонения достигают ±2,7% в ступени толщины 8 см и ±3,3% в ступени 10 см. Ошибка при определении видовых высот не превышает 1,1% и только в ступени 10 см она достигает 1,4%. При одинаковых коэффициентах форм и высотах стволов по отдельным ступеням толщины видовые числа выбираемых при рубках ухода стволов от ступени 8 см до 16 см превышают всеобщие видовые числа (различия средних описаны в разделе 5.2.3). Со ступени 16 см и выше отклонения наших видовых чисел имеют знак минус.
Для IV разряда высот средние значения видовых чисел стволов сосны в коре колеблются от 0,456 в ступени 24 см до 0,624 в ступени 8 см. Изменчивость видового числа по ступеням толщины в основном не превышает ±2,3%. При этом, наибольшее отклонение достигает ±3,1%о в ступени толщины 10 см. Ошибка при определении видовых высот не превышает 1,2%. При одинаковых коэффициентах форм и высотах стволов по отдельным ступеням толщины видовые числа выбираемых при рубках ухода стволов от ступени 8 см до 18 см превышают всеобщие видовые числа (различия средних описаны в разделе 5.2.3). Со ступени 18 см и выше отклонения наших видовых чисел имеют знак минус.
Для V разряда высот средние значения видовых чисел стволов сосны в коре колеблются от 0,446 в ступени 24 см до 0,613 в ступени 8 см. Изменчивость видового числа по ступеням толщины в основном не превышает ±1,7%. При этом, наибольшие отклонения достигают ±2,3% в ступени толщины 8 см и ±3,0% в ступени 10 см. Ошибка при определении видовых высот не превышает 1,2%. При одинаковых коэффициентах форм и высотах стволов по отдельным ступеням толщины видовые числа выбираемых при рубках ухода стволов от ступени 8 см до 14 см превышают всеобщие видовые числа (различия средних описаны в разделе 5.2.3). Со ступени 14 см и выше отклонения наших видовых чисел имеют знак минус.
Для стволов, выбираемых при рубках ухода, видовые числа и коэффициенты формы уменьшаются с увеличением ступеней толщины и их средних высот. В пределах отдельных ступеней толщины f с увеличением высоты уменьшается. Это имеет значение для установления по ступеням толщины объема отдельных стволов, общего запаса и выхода сортиментов. Все статистические характеристики видовых чисел в коре представлены в прилож. 11. По результатам исследований и установленным видовым числам в коре получены таблицы объемов стволов в коре для каждого из пяти разрядов высот прилож. 12.
