Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние исследуемых вопросов 8
1.1. Анализ особенностей ведения рубок ухода за лесом 8
1.2. Анализ опытов ведения выборочной формы хозяйства 18
1.3. Методы и точность определения древесного прироста 30
Глава 2. Характеристика района исследования, программа, методика и объём выполненных работ 42
2.1. Выбор объекта исследования, природные и экономические условия Московской области ...42
2.2. Программа, методика и объём выполненных работ 61
2.2.1. Программа исследования 61
2.2.2. Методика исследования 61
Глава 3. Моделирование строения хвойных насаждений по диаметру и структура древесного отпада 68
3.1. Закономерности строения хвойных насаждений по диаметру 68
3.1.1. Закономерности строения еловых насаждений по диаметру 73
3.1.1.1. Распределение числа деревьев по диаметру 74
3.1.1.2. Распределение запаса деревьев по диаметру 78
3.1.2. Закономерности строения сосновых насаждений по диаметру 80
3.1.2.1. Распределение числа деревьев по диаметру 80
3.1.2.2. Распределение запаса деревьев по диаметру 83
3.2. Структура древесного отпада в хвойных насаждениях 86
3.2.1. Распределение деревьев отпада (в%) по ЕСТ в еловых насаждениях 93
3.2.2. Распределение деревьев отпада (в%) по ЕСТ в сосновых насаждениях 104
Глава 4. Моделирование структуры хвойных насаждений по приросту 116
4.1. Закономерности строения чистых еловых насаждений по величине радиального прироста 117
4.2. Закономерности строения изреженных еловых насаждений по величине радиального прироста 124
4.3. Закономерности строения чистых и изреженных сосновых насаждений по величине радиального прироста 129
Глава 5. Обоснование организационно-хозяйственных форм и эффективности выборочной формы хозяйства 136
5.1. Обоснование организационно-хозяйственных форм выборочного хозяйства и расчёта пользования 136
5.2. Отбор деревьев в рубку 154
5.3. Эффективность выборочной формы хозяйства 156
Выводы и предложения 162
Литература 164
- Методы и точность определения древесного прироста
- Программа, методика и объём выполненных работ
- Распределение деревьев отпада (в%) по ЕСТ в сосновых насаждениях
- Закономерности строения изреженных еловых насаждений по величине радиального прироста
Введение к работе
В настоящее время актуальными вопросами являются рациональное и комплексное использование лесных ресурсов, повышение их продуктивности и воспроизводства и средообразующих функций.
Для создания устойчивого влияния леса на окружающую среду целесообразно сохранение лесной среды, т.е. применение не сплошных рубок. Придавая большое значение полезным свойствам леса, было бы неправильным противопоставлять их разумной хозяйственной деятельности и считать, что лес сохраняет указанные свойства лишь в том случае, когда в нем не проводятся рубки. Рубка — это форма активного воздействия на лес. Она не только обеспечивает получение древесины, но и изменяет лесорастительную среду, оказывает влияние на возобновление и рост леса, преобразует природу. Развивая эту мысль, хотелось бы отметить, что в любых условиях утратившие свой жизненный потенциал и вступающие в стадию отмирания деревья должны быть изъяты и заменены следующей биологически сильной генерацией. Древесина деревьев, потерявших или теряющих жизненный потенциал, с экономической точки зрения представляет собой материальную и техническую ценность и должна быть своевременно и рационально использована. Нельзя ее оставлять в лесу, к какой бы защитной или особо защитной категории он не относился, так как это приводит к отрицательным экологическим последствиям. Таким образом, при ведении лесного хозяйства в соответствии с правилами лесной науки хозяйственная деятельность, включающая все виды рубок, не только не противоречит сохранению прочих полезных функций древостоя, а, наоборот, ведет к их усилению. Современное санитарно-экологическое состояние лесов Подмосковья говорит о необходимости проведения хозяйства в них. Указанные леса наряду с производством древесины должны выполнять социально-экологические функции. Поэтому в них следует проводить ту форму хозяйства, которая обеспечивает производство древесины, предупреждает потери древесины и одновременно позволяет лесу сохранять и улучшать свои социально-экологические функции. Исходя из этого, в лесах Московской области предлагается проведение выборочной формы хозяйства. Такой переход обеспечит формирование экологически устойчивых разновозрастных чистых хвойных насаждений или с примесью лиственных пород. По данным ВНИИЛМА, выборочные рубки обеспечивают экономию средств на лесовыращивание и заготовку древесины в сравнении со сплошно-лесосечными.
Анализ имеющегося опыта выборочных рубок показывает, что исследования и сама практика были направлены, главным образом, на изучение условий возобновления. Вместе с тем задача повышения производительности лесов требует обратить пристальное внимание и на возможности повышения производительности материнского насаждения в процессе рубок.
Актуальность темы исследований следует из того, что данные, описывающие структуру древостоев и позволяющие определить оптимальное лесопользование, являются основой лесоустроительного проектирования и основой лесохозяйственной деятельности. Исследование моделирования и оптимизации структуры хвойных насаждений при выборочной форме хозяйства предлагает целесообразную схему перехода на эту форму хозяйства в хвойных насаждениях.
Методы и точность определения древесного прироста
Для того чтобы судить об эффективности и целесообразности назначения и применения любого лесохозяйственного мероприятия, необходимо выяснить, как оно сказывается на росте деревьев и насаждений. В количественном выражении рост дерева и насаждения характеризуется величиной текущего прироста по объему. На рис. 1.3.1 показана классификация прироста древесины в древостое в соответствии с ОСТ 56-73-84/161/.
Определение прироста может производиться или за один год (годичный текущий прирост) или за определенный промежуток времени, обычно 5-10 лет - (периодический годичный прирост). Так как текущий прирост является показателем урожайности насаждения, на который влияют условия роста и лесохозяйственная практика, то необходимость повышения и контроля его являются центральными вопросами лесоводства.
Теоретически, наибольший интерес представляет годичный текущий прирост, но на практике определение его затруднено. Кроме того, на его величину сильно влияют изменчивые климатические факторы, которые нельзя недооценивать при получении правильных выводов о результатах проведенных лесохозяйственных мероприятий. Периодичность колебания ширины годичных слоев и большая точность определения делают периодический прирост наиболее удобным для практического определения и использования его.
Необходимо отметить, что в настоящее время, как в России, так и за рубежом, методика определения текущего прироста деревьев и насаждения считается в основном разработанной. Назрела необходимость более широкого применения этих методов при определении эффективности проводимых лесохозяйственных мероприятий. Проф. М.Л. Дворецкий, разбирая влияние различных способов на точность определения текущего прироста ствола, приходит к выводу, что при средней высоте древостоя 25 метров и более, постоянную длину отрезков необходимо принимать в 2 м; при высоте 15-24 м -1 м, а для более низких древостоев - 0,5 м. При определении величины текущего прироста ствола по трем отрезкам ошибки отдельных стволов не выйдут за пределы ± 15%. В 95% случаях они не выйдут за пределы ± 10%. Для сопоставления энергии прироста у растущих деревьев пользуются относительной величиной прироста (процентом прироста), которую определяют двумя способами /212/: отношением текущего прироста (Zv) к конечной величине объема ствола (Va): отношением текущего периодического прироста (Zv) к среднеарифметическому значению объема ствола в настоящее время и п лет назад по формуле проф. Пресслера: При определении процента текущего прироста срубленного ствола, как правило, производится определение процента прироста по диаметру и высоте, -32-а растущего ствола - процент прироста по высоте связывают с особенностями роста дерева, находящими выражение во внешних морфологических признаках, характеризующих энергию его роста определенным коэффициентом. К - эмпирический коэффициент Pv и Pd - проценты прироста по объему ( Pv) и диаметру (Pd). По данным проф. МЛ Дворецкого (1964), приближенные способы позволяют найти процент текущего объемного прироста срубленного ствола с погрешностью ± 20%, а растущего ствола ±30-40%. Прирост насаждений является процессом более сложным, чем прирост древесины на отдельных стволах. Наряду с увеличением объема живых деревьев происходит одновременно отмирание стволов, что вызывает уменьшение возможного запаса древостоя. Пока величина прироста больше величины отпада, наблюдается увеличение запаса насаждения. Для получения общего прироста (общей производительности) насаждения необходимо учитывать запас деревьев отпада. Очевидно, для повышения урожая необходимо способствовать интенсивному наращиванию древесины главной части насаждения и в то же время использовать древесину отпада. Изменение суммарного запаса растущих деревьев насаждения во времени отображается формулой: где: МА - запас насаждения в возрасте А лет. МА.П- запас насаждения в возрасте А-n лет. п — число лет в периоде. Прирост, вычисляемый по данной формуле разными авторами, именуется различно. Так, В. Антонайтис этот вид прироста предлагает называть чистым текущим приростом, И.Я. Гурвич — чистым приростом, А.И. Тарашкевич — таксационным приростом, М.Л. Дворецкий, И.М. Науменко, А.С. Матвеев-Мотин, Н.Н. Свалов, В.В.Загреев — текущим изменением запаса. В. Антонайтис рекомендует прирост, получаемый по вышеприведенной формуле за один конкретный год, называть "чистый годичный прирост". Прирост, получаемый делением наличного запаса на возраст - Д= МА/А В. Антонайтис называет неполным средним приростом, М.Л. Дворецкий и А.С. Матвеев-Мотин - средним накоплением запаса. В таблицах хода роста прирост, получаемый по формулам, соответственно именуется текущим и средним приростом главной или господствующей части насаждения. Сумму наличного запаса и отпада (промежуточного пользования) принято называть общей производительностью насаждения.
Программа, методика и объём выполненных работ
Согласно целевой направленности были рассмотрены следующие программные вопросы: Анализ опубликованных лесохозяйственньгх источников по особенностям ведения рубок ухода, опытам ведения выборочного хозяйства в хвойных насаждениях и по способам определения прироста деревьев и насаждений; 2. Изучение и моделирование особенностей строения чистых хвойных насаждений по диаметру и по величине радиального прироста под влиянием изреживания разной интенсивности. 3. Исследование и моделирование структуры чистых хвойных насаждений по диаметру и по величине радиального прироста и нахождение закономерностей строения хвойных насаждений по диаметру и по величине радиального прироста. 4. Изучение процесса естественного изреживания и составление таблицы отпада для хвойных насаждений. 5. Разработка методики расчёта лесопользования при выборочной форме хозяйства и обоснование эффективности их ведения в хвойных насаждениях Основным методом сбора экспериментальных материалов явился лесоводственно-таксационный, который заключался в биометрических измерениях и описаниях компонентов хвойных насаждений.
Детальное изучение особенностей структуры и строения хвойных насаждений, оценки влияния изреживания, и изучения процесса естественного изреживания выполнено на пробных площадях размером 0,15-0,25 га, -заложенных в хвойных насаждениях, произрастающих в условиях Московской области в 2002-2004 гг. В еловых насаждениях было заложено 14 временных пробных площадей, а также были использованы материалы 6 постоянных пробных площадей, заложенных коллегами кафедры лесоустройства и охраны леса. Были проведены биометрические измерения на 14 восстановленных постоянных пробных площадей, заложенных Н.М. Набатовом в сосновых насаждениях в квартале 83/66 Гребневского лесничества в 1972 г. Также были использованы материалы 7 постоянных пробных площадей, заложенных в лесной дачи Тимерязевской сельскохозяйственной академии. Закладка пробных площадей осуществлялась по принятым в лесной таксации стандартным методикам /5; 6/. Достоверное установление любого таксационного признака древостоя регламентируется представительством деревьев на пробной площади в определенном возрасте. В наших исследованиях в качестве опытного материала использовались пробные площади с числом стволов, отвечающим требованиям, установленным лесоустроительной инструкцией. Данные постоянных пробных площадей позволяют определить изменение количества живых деревьев с возрастом и общий отпад.
Распределение отпада по ступеням толщины затруднено, т.к. на 111111 нет надёжных данных по структуре отпада. Поэтому для нахождения параметров отпада использовали способы, поставленные в главе 3 диссертации. Для выравнивания эмпирических данных использованы следующие законы распределения: нормальный, логнормальный, экспоненциальный, равномерный, гамма, бета, Вейбулла. Соответствие теоретических распределений эмпирическим оценивалось по критерию хг- Пирсона на 5%-ом и 1%-ом уровнях значимости при соответствующей степеней свободы. В случае, если %2 (расчетный) х2 (кретический), то нулевая гипотеза подтверждается -теоретическая кривая описывает эмпирический ряд. Если же (расчетный) 2(кр1ггияеский), то нулевая гипотеза отвергается - теоретическая кривая не описывает эмпирический ряд. Функции нормального и бета-распределения и формулы для расчёта статистических параметров рядов распределения приведены диссертации. В связи с тем, что была установлена пригодность моделей нормального распределения (в не которых случаях) и бета-распределения для аппроксимации числа и запаса живых и мёртвых деревьев ниже приводится краткая характеристика этих моделей и алгоритм вычисления теоретических данных по ним (199), I. Нормальное распределение (этот термин был впервые использован Гальтоном в 1889 г.), также иногда называемое гауссовским представляет собой тип непрерывного распределения, открытого в 1733 г. Муавром, и имеет плотность распределения
Распределение деревьев отпада (в%) по ЕСТ в сосновых насаждениях
Как показывают эти данные распределению деревьев отпада по ЕСТ (в%) присуща положительная асимметрия. В сосновых насаждениях, как и в еловых показатель асимметрии имеет тенденцию к уменьшению. Оценка достоверности асимметрии по критерию t-Стьюдента показывает, что асимметрия в возрасте от 40 до 90 лет на уровне значимости 0,05 не достоверна, так как tA 1,96. Наличие положительной асимметрии указывает на участие деревьев, относящихся к крупным ступеням толщины в составе отпада. Однако статистическая недостоверность асимметрии и уменьшение этого показателя с возрастом говорит о том, что доля крупных деревьев в составе отпада не велика. Показатель эксцесса кривых распределения запаса деревьев по ЕСТ имеет отрицательное значение. Оценка достоверности эксцесса по критерию t-Стьюдента свидетельствует об отсутствии отклонения указанных кривых распределений от нормального по своему эксцессу в периодах 40-50 и 80-90 лет (tE l,96 ). Тенденция к уменьшению показателя эксцесса по мере увеличения возраста свидетельствует о том, что с возрастом размах распределения деревьев отпада по ЕСТ уменьшается. Итак, можно сказать, что в сосновых насаждениях с возрастом доля крупных деревьев в составе отпада уменьшается.
Результаты выравнивания эмпирических данных деревьев отпада в сосновых насаждениях свидетельствуют о пригодности бета-распределения для этой цели (табл. 3.2.2.3 и 3.2.2.4). В сосновых насаждениях в возрасте от 40 до 90 лет деревья ступени толщины ниже 1,0 составляют 63,6% от общего отпада по числу деревьев, а деревья выше 1,0 -36,4%. На рисунке 3.2.2.2 показаны примеры распределения деревьев отпада по ЕСТ (в%) в сосновых насаждениях. Как видно на рисунке с увеличением диаметра на высоте груди количество отмерших деревьев сначала увеличивается. Максимальное количество отмерших деревьев относится к естественным ступеням толщины 0,6-1,2 и в крупных ступенях толщины число отмерших деревьев резко уменьшается. Данные показывают, что хотя отпад формируется из естественных ступеней толщины как ниже, так и выше единицы, процесс естественного изреживания интенсивнее в ступенях толщины ниже 1,0. Следует отметить, что в сосновых насаждениях также по двум вышеописанным способам были составлены две таблицы деревьев отпада (%) по ЕСТ (табл. 3.2.2.3 и табл. 3.2.2.4). После составления таблицы древесного отпада в процентах было сделана попытка составить таблицу отпада по единицам количествах деревьев. Для этой цели общее количество живых деревьев и деревьев отпада определили, руководствуясь нашими теоретическими данными, а также данными таблиц хода роста Тюрина А.В, и Свалова Н.Н, (рис. 3.2.2.4). После определения общего количества деревьев вычислили общий периодический отпад в конкретных периодах. Затем с помощью составленных таблиц отпада по ЕСТ (в%) при известности общего количества деревьев отпада в указанных периодах было определено распределение деревьев отпада по ЕСТ в абсолютных величинах ( табл. 3.2.2.5-3.2.2.7).
Закономерности строения изреженных еловых насаждений по величине радиального прироста
Поскольку на прирост дерева, кроме его положения в насаждении, влияет ещё и их дифференциация внутри ступени толщины, то необходимо установить закономерности распределения деревьев по ступеням прироста в насаждениях, пройденных рубками. Эти закономерности в изреженных еловых насаждениях во многом зависят от характера выборки, т.е. от распределения деревьев по ступеням толщины после изреживания. При изменении распределения деревьев по ступеням толщины в процессе рубки естественно изменится и распределение деревьев по величине прироста как в пределах ступени толщины, так и в насаждении в целом. При изреживании в процессе добровольно-выборочной формы хозяйства в первую очередь происходит удаление деревьев по санитарному состоянию.
В. Антанайтис /212/ на основе полученных результатов влияние рубок ухода на характер прироста, отмечает, что рубки существенно нарушают свойство закономерности распределения деревьев по величине прироста. Но в течение 5-10 лет после рубок происходит восстановление первоначального распределение, т.е. закономерное распределение до рубки. Такое восстановление показывает, что природа стремится к такому распределению /2/. Поскольку выборка проведена равномерно из всех ступеней толщины, то можем дальнейший анализ проводить по естественным ступеням толщины.
Ниже приведена таблица эмпирического распределения деревьев (в%) по относительным ступеням прироста и статистические характеристики указанного распределения. Анализ данных показывает, что распределение деревьев (в%) по относительным ступеням прироста в пределах естественных ступеней толщины характеризуется положительной асимметрией. Оценка достоверности показателя асимметрии по критерию t-Стьюдента показывает, что существование асимметрии для ETC 0,4 и 0,8 достоверно (tA l,96). Для остальных естественных ступеней толщины существование асимметрии не достоверно и рассматриваемые распределения достаточно близки к симметричным.
Кривым распределения деревьев (в%) по величине прироста в пределах ЕСТ 0,4-1,8 присущ отрицательный эксцесс. Оценка достоверности эксцесса по критерию t-Стьюдента показывает, что существование эксцесса в пределах указанных ступеней не достоверно т.к. te 1,96. Выбор соответствующего теоретического ряда распределения для вычисления теоретических частот распределения деревьев по ступеням прироста проводился по вышеуказанным кривым распределения. Анализ достоверности теоретических распределений эмпирическим свидетельствует, что наилучшим образом выравнивание экспериментальных данных происходит по закону нормального распределения. Проведенный математический анализ распределения деревьев по величине прироста позволяет подойти к решению практической задачи по увеличению производительности насаждений.
Результаты показывают, что хотя в результате проведения рубки изменится характер распределения деревьев по величине прироста, но спустя 7-9 лет характер распределения стремится к нормальному, что характерно для чистых еловых насаждениях. Следовательно, важно изреживанием стремиться сохранить или создать нормальность распределения как в пределах ступеней толщины, так и в насаждении в целом.
С целью выяснения закономерности распределения деревьев по величине радиального прироста проанализированы экспериментальные материалы 14 постоянных пробных площадях, заложенных в Гребневском лесничестве. Насаждение представляло собой 60-летние культуры сосны, созданные на сплошной вырубке в бывшем типе леса сосняк-кисличник. На указанных пробных площадях взято 850 образцов древесины сосны приростным буравом и выполнены исследования по закономерности распределения деревьев по величине прироста. Наличие одной контрольной пробы среди данных пробных площадей позволило нам изучать закономерности распределения числа деревьев в изреженных сосновых насаждениях и насаждениях, не тронутых рубками. Из-за малого количества кернов на контрольной пробе изучение закономерности распределения числа деревьев по ступеням прироста в пределах ступеней толщины не проводилось. На рис.4.3.1 приведен характер распределения числа деревьев по ступеням прироста в мм для сосновых насаждений, не тронутых рубками в целом.
Графический анализ(рис.4.3.1) показывает, что для сосновых насаждений в целом асимметрия и эксцесс незначительны. Оценка достоверности показателя асимметрии по критерию t-Стьюдента показывает, что существование асимметрии не достоверно (тА 1,96) и рассматриваемое распределение достаточно близко к симметричному. Оценка достоверности эксцесса по критерию t-Стьюдента показывает, что существование эксцесса не достоверно т.к. 1Е 1,96. Анализ достоверности теоретических распределений эмпирическим свидетельствует, что наилучшим образом выравнивание экспериментальных данных происходит по закону нормального распределения ( =2,27 ,0, =15,09). В табл.4.3.1 приведено эмпирическое распределение числа деревьев (в%) по ступеням прироста (в%) в изреженных сосновых насаждениях.
