Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 10
2. Программа, методика исследований и характеристика экспериментального материала 24
2.1. Программа исследований 24
2.2. Методика исследований 25
2.3. Характеристика использованных в работе материалов дистанционного зондирования 31
2.4. Природные условия и лесной фонд объекта исследований 34
3. Исследования возможностей классификации земель лесного фонда по материалам космической съёмки 45
3.1. Достоверность классификации по космическим снимкам категорий земель лесного фонда и таксационных характеристик 47
3.1.1. Классификация по космическим изображениям не покрытых лесом земель и насаждений по группам пород 48
3.1.2. Исследование достоверности автоматизированной классификации типов лесораститсльных условий по космическим изображениям Landsat-7 (ЕТМ+) 60
3.1.3. Исследование возможности дешифрирования по космическим изображениям Landsat-7 (ЕТМ+) групп возраста 61
4. Исследования точности определения параметров сплошно лесосечных вырубок по материалам космических съёмок 65
4.1. Параметры вырубок в лесном фонде Республики Марий Эл 66
4.2. Исследование точности определения линейных параметров лесосек по аэро и космическим снимкам 69
4.2.1. Влияние пространственного разрешения материалов дистанционного зондирования на точность измерения линейных параметров вырубок 69
4.2.2. Влияние стадии лесовозобновления на точность измерения линейных параметров вырубок 73
4.3. Исследование точности определения площади лесосек по космическим снимкам 74
4.4. Точность определения параметров лесосек по космическим снимкам полученным с КАМонитор-Э 76
4.5. Влияние человеческого фактора на точность определения параметров лесосек по аэрокосмическим снимкам 80
4.6. Нарушения порядка лесопользования, выявление которых возможно по материалам аэрокосмических съёмок на территории Республики Марий Эл 81
5. Взаимосвязи между таксационно-дешифровочными показателями сосновых древостоев на территории республики марий эл 88
5.1 Особенности роста сосновых древостоев естественного и искусственного происхождения на территории Республики Марий Эл 88
5.2 Взаимосвязь диаметра ствола на высоте 1,3 м с другими таксационными показателями 94
5.2.1. Парные взаимосвязи между диаметрами деревьев на высоте 1,3 м, диаметром кроны и высотой ствола 94
5.2.2. Множественные корреляционные зависимости диаметра ствола на высоте 1,3 м от других таксационных показателей 98
5.3. Взаимосвязи длин крон и высот до наибольшего диаметра крон со средними высотами в сосновых насаждениях 103
5.4. Зависимости запаса сосновых насаждений от высоты деревьев, полноты и класса бонитета 105
5.5. Зависимость между средним возрастом и другими таксационными показателями
древостоев 107
5.6. Соотношение между полнотой и сомкнутостью полога сосновых древостоев 108
6. Рекомендации по организации и проведению мониторинга лесопользования 111
Выводы 118
Список литературы 120
Приложение 1 129
- Характеристика использованных в работе материалов дистанционного зондирования
- Исследование точности определения линейных параметров лесосек по аэро и космическим снимкам
- Взаимосвязь диаметра ствола на высоте 1,3 м с другими таксационными показателями
- Зависимости запаса сосновых насаждений от высоты деревьев, полноты и класса бонитета
Введение к работе
Актуальность темы. Леса России, площадь которых составляет 1179 млн. га (45,4%территории страны), имеют исключительно важное средозащитное и социально-экономическое значение. Однако в последнее время они испытывают возрастающее антропогенное воздействие, поэтому важнейшей задачей является переход к устойчивому управлению лесами, при котором обеспечивается многоцелевое лесопользование, охрана, защита и воспроизводство лесов. Наибольшее антропогенное воздействие испытывают леса Европейской части России; именно здесь в последнее время происходит рост объёма лесозаготовок, что связано с транспортной доступностью лесосырьевых ресурсов.
Для эффективного управления лесопользованием необходима объективная информация о состоянии, динамике лесных экосистем и хозяйственной деятельности человека. Аэрокосмические снимки являются источником наиболее объективной и актуальной информации, так как натурная инвентаризация лесов проводится с периодичностью в 10-15 лет.
В России в настоящее время поэтапно создается система космического мониторинга лесов, важным сегментом которой должен стать мониторинг лесопользования. С вступлением в силу нового Лесного кодекса, роль системы дистанционного мониторинга порядка лесопользования возрастает.
Однако современные средства и данные дистанционного зондирования (ДДЗ) значительно различаются по своим характеристикам: оперативности, пространственному и спектральному разрешению, стоимости съемочных материалов и др. Средства дистанционного зондирования постоянно развиваются, создаются и вводятся в эксплуатацию новые съемочные системы с более высоким пространственным разрешением. С увеличением количества систем дистанционного зондирования данные, получаемые ими, становятся более доступными, расширяются их возможности, в том числе их применение становится целесообразным не только в многолесных таежных районах, но и в зоне интенсивного лесного хозяйства, где лесной фонд преобразован и имеет дробную структуру. Таким районом, в частности, является Республика Марий Эл.
Республика Марий Эл расположена в центре Европейской части России, общая площадь её лесов, по данным Государственного учёта лесного фонда на 01.01.2003 года, составляет 1414, 6 тыс.га. Она относится к регионам с интенсивным лесопользованием, в результате которого ежегодно происходит обезле-сивание значительных площадей. Кроме сырьевых, леса Марий Эл выполняют множество социально-экологических функций, 42% лесов относятся к I группе, леса III группы отсутствуют, всё это накладывает заметный отпечаток на порядок лесопользования. В связи с этим проведение работ по оценке информативности данных дистанционного зондирования, получаемых с различных съёмочных средств, для мониторинга лесопользования на территории Республики Марий Эл является актуальной для лесного хозяйства задачей. Решение её соответствует разделу 4.5 «Научное и кадровое обеспечение развития лесного хозяйства» Концепции развития лесного хозяйства Российской Федерации на 2003-2010 годы.
Работа выполнялась в рамках программы «Развитие научного потенциала высшей школы», раздела «Развитие системы научно-исследовательской работы молодых преподавателей и научных сотрудников, аспирантов и студентов» № 27/НТП Министерства образования и науки Российской Федерации.
Цель и задачи исследования. Изучение информативности материалов дистанционных последнего поколения применительно к задачам мониторинга лесопользования и лесного картографирования в условиях Республики Марий Эл. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• оценить тематическую информативность данных дистанционного зондирования для картографирования лесного фонда и мониторинга порядка лесопользования;
• исследовать точность определения параметров вырубок по материалам космических съёмок;
б
• выявить взаимосвязи между таксационно-дешифровочными показателями древостоев сосны естественного и искусственного происхождения произрастающих на территории Республики;
• разработать рекомендации по организации системы космического мониторинга лесопользования на территории Республики Марий Эл.
Основные методы исследования. Метод пробных площадей, аппарат теории баз данных, методы математической статистики и дешифрирования данных дистанционного зондирования.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
1. Тематическая информативность данных дистанционного зондирования для картографирования лесного фонда и мониторинга порядка лесопользования.
2. Точность определения параметров вырубок по материалам космических съёмок нового поколения на примере Республики Марий Эл.
3. Математические модели для дешифрирования и актуализации таксационных показателей древостоев сосны искусственного и естественного происхождения по аэрокосмическим снимкам.
Достоверность и обоснованность полученных результатов доказана представительностью и репрезентативностью экспериментального материала, использованием современных методов обработки и анализа данных, проверкой результатов посредством использования различных источников информации.
Материалами для исследований являлись космические снимки, полученные отечественными и зарубежными спутниковыми системами (Landsat-7, IRS-1, Ikonos, Монитор-Э), спектрозональные аэрофотоснимки масштаба 1:10000, планы лесонасаждений, данные лесоустройства (таксационные описания 109480 выделов) и результаты наземных обследований. В ходе полевых работ были измерены 60 вырубок, заложены 40 таксационных и таксационно-дешифровочных пробных площадей, обследованы 30 типичных выделов. Наряду с этим использовались материалы пробных площадей кафедры лесной так сации и лесоустройства Марийского государственного технического университета.
Методологически проведённые исследования базируются на достижениях отечественной школы аэрокосмических исследований лесов, основанной Г.Г. Самойловичем и детально разработанной в работах его учеников и последователей СВ. Белова, И.Д. Дмитриева, B.C. Моисеева, Д.М. Киреева, В.И. Сухих, Е.П. Данюлиса, В.М. Жирина, Н.Г. Харина и других исследователей.
Научная новизна работы заключается в следующем.
1. Оценена тематическая информативность данных дистанционного зондирования нового поколения для картографирования лесного фонда районов интенсивного лесопользования с высокой дробностью покрытых лесом земель.
2. Выявлены взаимосвязи между дешифровочными и таксационными показателями сосновых древостоев Республики Марий Эл, позволяющие проводить актуализацию лесоустроительной информации по данным дистанционного зондирования.
3. Исследована возможность применения материалов космических съёмок для решения задач мониторинга лесопользования в условиях Республики Марий Эл: оценена достоверность определения параметров сплошнолесосечных вырубок по космическим снимкам, получаемым космическими системами нового поколения (IRS-1, Ikonos, Монитор-Э), оценено влияние опыта исполнителя измерений на точность определения параметров лесосек; разработана геоинформационная система контроля параметров и размещения сплошнолесосечных рубок, с учётом преобладающей породы, группы лесов и категории защитное™ лесов; разработаны предложения по особенностям проведения мониторинга на территории Республики Марий Эл.
Практическая значимость работы в разработке рекомендаций по организации и проведению мониторинга лесопользования на территории Республики Марий Эл. Результаты исследований внедрены в учебный курс по дисциплине «Аэрокосмические методы в лесном хозяйстве» в МарГТУ, а также вошли составной частью в отчёт по НИР (Федерального агентства лесного хозяйства) по теме «Разработка методических рекомендаций по инвентаризации лесов при повторном лесоустройстве (лесоинвентаризации) с учётом структуры лесов, интенсивности лесного хозяйства и лесопользования» (лот 1, М. - 2006).
Личный творческий вклад автора. Непосредственно автором и под его руководством осуществлён сбор полевого материала, его обработка, проведены эксперименты, проанализированы полученные результаты и сделаны научные выводы.
Апробация работы. Основные научные результаты диссертационного исследования представлены автором на международных и всероссийских конференциях: Международная научно-практическая конференция «Кадровое и научное сопровождение устойчивого управления лесами: состояние и перспективы» (Йошкар-Ола, 2005), III Международной научной конференции «Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий» (Оренбург, 2006), Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2006), 4 Всероссийская конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (Москва, 2006), Межвузовской заочной научно-практической конференции «Лесной комплекс: состояние и перспективы» (Сыктывкар, 2006), Конференции профессорско-преподавательского состава МарГТУ «Наука в условиях современно-сти» (Йошкар-Ола, 2006), IV Международная конференция «Аэрокосмические методы и геоинформационные технологии в лесоведении и лесном хозяйстве» (Москва, 2007).
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения. Работа содержит 136 страниц текста, 26 иллюстраций, 32 таблицы. Список литературы включает 158 источников. Диссертация имеет 4 приложения на 7 страницах, включая 2 иллюстрации.
Диссертация подготовлена в 2003-2007 гг. на кафедре лесной таксации и лесоустройства Марийского государственного технического университета.
Характеристика использованных в работе материалов дистанционного зондирования
В ходе выполнения исследований были использованы космические снимки, полученные с КА «Landsat 7», «IRS», «Ikonos», «Монитор-Э» и аэрофотоснимки на территорию Республики Марий Эл. К A «Landsat 7» был выведен на орбиту 15 апреля 1999 года. Спутник имеет солнечно-синхронную орбиту (98,2), высота спутника 705 км, период обращения вокруг Земли - 16 дней (233 орбиты). Датчик, который стоит на спутнике «Landsat 7», точно повторяет возможности инструментов, установленных ранее на КА «Landsat 1, 3 и 4». Кроме того, он включает в себя новые особенности, которые делают его более универсальным и эффективным инструментом для изучения глобальных изменений, наблюдения за поверхностью Земли, картирование больших площадей по сравнению с его предшественниками. Основные характеристики съёмочного оборудования, установленного на КА «Landsat 7», приводятся в табл. 2.1. Основные особенности «Landsat 7»: 1) панхроматический канал с пространственным разрешением 15 метров; 2) 5 % абсолютная радиометрическая калибровка; 3) тепловой инфракрасный канал с пространственным разрешением 60 метров (см. табл. 2.1). Размер сцены 185x170 км. Время съемки тестовых участков - 10 мая 2001 года. Все снимки имеют уровень обработки 1G, они переве дены в проекцию UTM на эллипсоиде WGS84 по данным орбитальной привязки. IRS (Indian Remote Sensing satellite system) - индийская система дистанционного зондирования, три сканера PAN, LISS-3 и WiFS обеспечивают съемку с разрешением 5.8 м, 23 м и 188 м соответственно. 5,8 м. Время съемки тестовых участков - 24 августа 2003 года. Ikonos - космический аппарат запущен 24 сентября 1999 года. Спутник выведен на низкую, высотой 680 км орбиту, обеспечивающую его прохождение над любым районом Земли через каждые 5 дней. Спутник Ikonos позволяет получать цифровые изображения земной поверхности с пространственным разрешением 1 метр в панхроматическом режиме и 4 м в мультиспектральном режиме. Спектральный диапазон панхроматического канала 445...900 нм, голубой 450...520 нм, зелёный 520...610 нм, красный 640...720 нм, ближний ИК 770...880 нм.
Размер сцены 11,3x11,3 км. Время съёмки тестовых участков 4 апреля 2004 года пространственное разрешение 2,5 м. Особое внимание следует уделить КА «Монитор-Э», так как он является одним из первых КА, создаваемой в России «Интегрированной спутниковой системы природно-ресурсного назначения», нового поколения. «Монитор-Э» малый, низкоорбитальный экспериментальный КА (индекс Э), у которого новыми являются универсальная космическая платформа (УКП) и камеры для съемки земной поверхности, позволяет вести трассовую (плановую), маршрутную (объектовую) съемку. Как составная часть «Интегрированной спутниковой системы природно-ресурсного назначения», КА предназначен для решения задач: составления кадастров земельных ресурсов; тематического картирования территорий; контроля чрезвычайных ситуаций; геологического картирования и поиска полезных ископаемых; контроля состояния лесов, сельскохозяйственных культур, прогноза урожайности; контроля мелиорации и орошения; экологического мониторинга. Основные характеристики: дата запуска - 26 августа 2005 г.; масса КА - 750 кг; высота - 550 км ; наклонение - 97,5 град (ССО); периодичность съемки на широте 60 град, сутки (ПСА/РДСА) - 6/4; панхроматическая съемка земной поверхности с пространственным разрешением 8 м в полосе не менее 90 км (аппаратура ПСА); многозональная съемка земной поверхности с пространственным разрешением 20...40 м в полосе не менее 160 км (аппаратура РДСА); срок активного существования - 5 лет; средства выведения - РН «Рокот» с РБ «Бриз-КМ» с космодрома «Плесецк»; Разработчик К А - ГКНПЦ им. М.В. Хруничева. Использовались так же цветные аэрофотоснимки масштаба 1:10000, пространственное разрешение около 1,5 м. Дата съемки 2 августа 1991 года и 21 июня 2003 года. Фотометрическое и фотограмметрическое качество материалов дистанционных съемок, использованных в исследованиях вполне удовлетворительное. Территория Республики Марий Эл расположена в восточной части Русской равнины и лежит в бассейне среднего течения Волги. На северо-востоке она граничит с Кировской областью, юго-востоке - с Республикой Татарстан, юге -с Чувашской Республикой, западе с Нижегородской областью.
Общая площадь Марий Эл - 23,4 тыс. км2. Основная часть территории республики, расположенная в Заволжье, резко разделяется на две части: северо-восточную, или область возвышенной холмистой равнины (46% общей площади республики), и юго-западную песчаную низменность. Общая площадь лесов республики, по данным Государственного учета лесного фонда на 01.01.2003 года, составляет 1414,6 тыс. га. В том числе покрытые лесной растительностью земли занимают площадь 1299,9 тыс. га. Доля покрытых лесом земель от общей площади составляет 91,5 %, начиная с 1961 года этот показатель растёт, происходит увеличение лесистости территории. Породный состав в лесах республики достаточно разнообразен (рис 2.1.). В целом преобладают две лесообразующие породы - сосна и берёза. Однако по лесхозам картина весьма многообразна. Сосновые насаждения преобладают в 6-ти лесхо зах (Алексеевском, Волжском, Звениговском, Кокшайском, Куженерском, Ку-ярском), расположенных преимущественно в южной части республики.
Исследование точности определения линейных параметров лесосек по аэро и космическим снимкам
Проведен цикл работ по оценке точности измерений по космическим изображениям высокого разрешения Landsat-7, IRS, Ikonos и аэрофотоснимкам масштаба 1:10000 длины и ширины вырубок и определения их площади. В качестве контроля служили данные наземных измерений на 60 вырубках в хвойных (сосновых) и мягколиственных (березовых) насаждениях. Измерения проводились мерной лентой, на территории Нолькинского лесничества Учебно-опытного лесхоза МарГТУ и Кокшайского лесничества Кокшайского лесхоза.На первом этапе была оценена точность, с которой возможно определение, по имеющимся материалам аэрокосмических съёмок ширины и длины вырубок. В табл. 4.2 представлены данные о систематических погрешностях (с) и стандартных отклонениях (а) измерений линейных параметров вырубок в зависимости от их протяжённости.
Проанализировав полученные результаты, можно сделать выводы, что при использовании всех типов исследованных космических снимков наблюдается систематическое занижение линейных параметров. Измерения по аэрофотоснимкам ширины (длины) вырубок при их величине до 200 м сопровождается некоторым завышением, а свыше 200 м - занижением. Однако величины систематических и среднеквадратических ошибок при измерении параметров вырубок, как по космическим снимкам, так и аэрофотоснимкам относительно невелики. Несколько большую величину погрешности имеют измерения по снимкам Landsat, что объясняется более низким пространственным разрешением [5].
Относительная погрешность измерений линейных параметров, как по космическим снимкам, так и по аэрофотоснимкам при увеличении длин линий снижается. Однако распределения погрешностей измерений линейных параметров вырубок по космическим снимкам и аэрофотоснимкам несколько различаются, что можно объяснить следующим фактором. У космических снимков и аэрофотоснимков различная площадь покрытия и если территорию лесничества покрывает один космический снимок, то количество аэрофотоснимков на эту территорию может быть от десятков до сотен, в зависимости от масштаба и размера кадра. Поэтому привязка космического снимка и его геометрическая коррекция осуществляются единожды и погрешность, обусловленная точностью привязки, будет одинакова для всех измерений. Аэрофотоснимки же имеют некоторую разномасштабность, даже если они сделаны при одном залёте. При использовании интерактивного метода измерений каждый снимок отдельно привязывается с определённой погрешностью, что добавляет новый фактор, влияющий на точность измерений параметров вырубок по различным снимкам.В табл. 4.3. представлены результаты исследований точности измерений линейных параметров по изучаемым материалам аэрокосмических съёмок в целом для совокупности всех вырубок независимо от их ширины и длины.
Средние систематические погрешности при измерении длин линий по АФС и космическим снимкам имеют небольшие значения и практически не отличаются друг от друга, однако величины стандартных отклонений существенно различаются. Применение снимков с КА Ikonos дает результаты сравнимые с результатами, полученными при использовании аэрофотоснимков масштаба 1:10000. При использовании космических снимков полученных с КА IRS, величина стандартного отклонения увеличивается в два раза по сравнению с Ikonos и аэрофотоснимками, а точность панхроматического канала Landsat в 4 раза ниже [5].Таким образом, пространственное разрешение материалов аэрокосмической съёмки - основной фактор, влияющий на точность измерения параметров лесосек. На втором этапе, на базе космического изображения с ИСЗ Ikonos путём группировки пикселей были получены изображения с пространственным разрешением от 2,5 до 30 м, с шагом в 2,5 м. Измерения линейных параметров вырубок, по полученным изображениям проводились на экране компьютера. Длины линий более 100,1 м были объединены в один диапазон, в результате чего было выделено три диапазона (35...50; 50,1...100 и 100,1...400 м), в каждом из которых проведено 20 измерений.
На рис. 4.2. графически отображено влияние пространственного разрешения аэрокосмического изображения на относительную погрешность определения длины (ширины) вырубки, в трёх выделенных диапазонах.
Полученные результаты подтверждают ранее сделанный вывод о том, что с увеличением длины линии величина относительной ошибки становиться меньше, а также происходит систематическое занижение длины (ширины) лесосеки при использовании материалов космической съёмки. Кроме этого, построенные логарифмические тренды позволяют нам подобрать разрешение материаловаэрокосмической съёмки для измерения линейных параметров определённой длинны, с заданной точностью.
Увеличение относительной погрешности с увеличением разрешения происходит с разной скоростью в разных диапазонах длин линий. С наибольшей скоростью погрешность увеличивается при длине (ширине) от 35 до 50 м. Как показали дальнейшие исследования (раздел 4.2.2) при пространственном разрешении снимков более 7,5 м линейные параметры в этом диапазоне, возможно измерять только у свежих вырубок, полностью лишённых растительного покрова при наличие чёткой границы. На возобновившихся вырубках пограничные пиксели, яркостно-спектральные характеристики, которых формируются как прилегающим лесным массивом, так и возобновившейся растительностью на вырубке затрудняют выделение границ. А ошибка при измерении длины в этом диапазоне на один пиксель (пространственное разрешение 7,5 м) даёт относительную погрешность в 15...20%. Следовательно, при длине (ширине) вырубки менее 50 м аэрокосмические снимки разрешением хуже 7,5 м использовать не целесообразно.
Взаимосвязь диаметра ствола на высоте 1,3 м с другими таксационными показателями
Парные взаимосвязи между диаметрами деревьев на высоте 1,3 м, диаметром кроны и высотой ствола Из рассматриваемых нами взаимосвязей наиболее исследована зависимость диаметра ствола на высоте 1,3 м от диаметра кроны и высоты древостоя. В.И. Сухих и В.И. Березин отмечают, что взаимосвязи между Д;3 и Д, Н очень тесные. Теснота связи этих показателей характеризуется коэффициентами корреляции 0,6...0,9 [96, 15]. Наши исследования этих парных взаимосвязей дали следующие результаты. При рассмотрении зависимости D\y=f{Dk) были построены уравнения (5.1, 5.2) для сосновых насаждений естественного происхождения (рис. 5.3) и для сосняков искусственного происхождения (5.3): R= 0,754; D = 0,569, 1 D 5,1
Выявленные взаимосвязи Z)13 от Dk для сосняков естественного происхождения характеризуются как значительные, для сосняков искусственного происхождения (5.3) отмечается более высокая корреляция. Уравнение 5.1 было сравнено с аналогичным уравнением, характеризующим взаимосвязь между Д и Dij в чистых сосновых насаждениях Горьковской области [15]. Для оценки степени сходства линий регрессий использовались значения среднеквадратиче-ских процентов отклонений сравниваемых рядов: где a,-, bi - значения сравниваемых показателей в рядах регрессии в градациях Dk от 0,5 до 8 м с шагом 0,5 м; п - число сравниваемых пар, шт. В результате Хср=13%, в то время как величина допустимых среднеквадра-тических ошибок определения в таксационных выделах диаметра на высоте 1,3 м, для подзоны интенсивного лесного хозяйства и лесопользования в лесах первой и второй групп, составляет 10%. Следовательно ряды имеют существенные различия и целесообразно использовать региональные взаимосвязи. Анализ рис. 5.3 демонстрирует очень большой разброс экспериментальных данных от модельных, что позволяет сделать вывод о влиянии других факторов на/\3:-высоты, полноты, коэффициента состава. Уравнения 5.6 (для древостоев естественного происхождения) и 5.7 (для искусственного происхождения) получены по модельным деревьям. Рис. 5.4.
Зависимость D\j от Я для сосняков естественного происхождения построенная по данным массовой таксации В нашем случае взаимосвязь между Д;з и Н более тесная, чем Д;з от /. Если первая парная зависимость характеризуется коэффициентами корреляции 0,812...0,949, то вторая - 0,680...0,754. Более тесные связи характерны для сосняков искусственного происхождения, что связано с меньшей изменчивостью в них изучаемых параметров. Средний коэффициент изменчивости Д;з на пробных площадях составил 27% и 21% соответственно для сосняков естест венного и искусственного происхождения. Коэффициент изменчивости Dk составил соответственно 38% и 27%, а Я- 11,3% и 11,0%. С включением полноты и коэффициента состава в модели, происходило увеличение коэффициентов корреляции и детерминации для естественных насаждений сосны. Коэффициент корреляции увеличился с 0,940 до 0,957, а коэффициент детерминации с 88,4% до 91,5%. Для сосняков искусственного про исхождения R увеличился с 0,880 до 0,969, а коэффициент детерминации с 77,5% до 93,9%. Анализ значимости показателей, входящих в уравнения (5.8 - 5.11), показал, что наибольшее значение при определении среднего диаметра на высоте груди имеет средняя высота насаждения. Влияние полноты составило 5 %, коэффициента состава 17%.
Оптимальными уравнениями следует признать функции Z\3 от Н, Р и К для сосняков естественного происхождения -модель 5.9 и искусственного - модель 5.11. Эти уравнения корректны и могут быть рекомендованы для применения при лесотаксационном дешифрировании аэрофотоснимков, уточнения данных глазомерной таксации при лесоустройстве и актуализации таксационных параметров древостоев при повторной лесоин-вентаризации. По материалам модельных деревьев были построены следующие уравнения: для сосняков естественного происхождения (5.12 - 5.16) - рис. 5.6 (5.15), для сосняков искусственного происхождения (5.17- 5.21)-рис. 5.7 (5.17). Определение достоверности полученных уравнений проведено следующим образом. По фактическим средним таксационным характеристикам пробных площадей, используя построенные уравнения, были найдены диаметры на высоте 1,3 м и сравнены с фактическими. Сравнение приведено в табл. 5.4. Из таблицы следует, что уравнение (5.16) построенное по материалам пробных площадей в целом позволяют определять D\2 с отклонением, не превы шающим 10%. Уравнение (5.8) полученное по материалам таксации имеет большие отклонения. Построенные по материалам модельных деревьев множественные корреляционные уравнения более корректны, чем парные. Наиболее адекватные модели и добавлением Р, В к Dk, Н (5.14, 5.16) для сосняков естественного происхождения и (5.19, 5.21) искусственного происхождения. Эти модели можно рекомендовать для практического применения.
Зависимости запаса сосновых насаждений от высоты деревьев, полноты и класса бонитета
Основная задача таксации леса - определение запасов насаждений. Запас находится через сумму площадей сечений и видовую высоту. Поэтому значение приобретает зависимость между запасом, сомкнутостью, полнотой и высотой. В ходе исследований были построены уравнения зависимости запаса от высоты, полноты, сомкнутости и класса бонитета для сосняков естественного (5.27, 5.28, 5.31, 5.32), и от высоты, полноты и сомкнутости для культур сосны (5.29, 5.30, 5.33, 5.34) рис. 5.9 по материалам лесоустроительной таксационной базы данных и пробных площадей. Выявленные взаимосвязи между запасом и Н, Р, Ps и В характеризуются, как очень тесные.
Предпочтение при актуализации таксационной информации следует отдать множественным зависимостям с включением Р и В (5.28, 5.30), при дешифрировании материалов аэрокосмических съёмок удобнее использовать уравнения M=f(H, Ps,) (5.31, 5.33). Уравнения, включающие Р, имеют более высокие коэффициенты корреляции и детерминации, это связано с меньшей изменчивостью Р по сравнению с Ps. Для сравнение запасов насаждений естественного и искусственного происхождения по материалам модельных деревьев были построены уравнения зависимости Я от А и В с учётом происхождения. По ним вычислены значения вы сот для второго класса бонитета. Используя полученные высоты, рассчитан запас при полноте 1,0. Запас насаждений сосны искусственного происхождения в молодняках больше на 20.. .30%, с возрастом разница уменьшается до 5... 10%. Возраст насаждений один из главных таксационных показателей. Непосредственно по снимку определить возраст не возможно, поэтому необходимо выявит множественные корреляционные зависимости между возрастом и другими таксационно-дешифровочными показателями. В уравнениях (5.35 - 5.37) отображена зависимость А от Н, Р, К и В для сосняков естественного происхождения, уравнения (5.38, 5.39) характеризуют эту множественную взаимосвязь для сосняков искусственного происхождения рис. 5.10 (5.38).
При добавлении новых факторов Ки В происходит увеличение коэффициентов детерминации. Наиболее точно возраст определяется по уравнениям 5.37 и 5.39, а 5.35 и 5.38 удобнее использовать при дешифрировании аэрофотоснимков. При исследование взаимосвязи между AIAD тесных связей выявлено не было. В горизонтальной проекции полога любого, даже самого густого и высоко-полнотного, насаждения, как правило, есть окна между кронами, которые могут быть различной величины и конфигурации. Если на каком-либо участке кроны соседних деревьев соприкасаются друг с другом и в пологе отсутствуют промежутки между ними, то степень сомкнутости полога 1,0, при 10 % просветов-0,9, при 20 % - 0,8, при 40 % - 0,6 и т. д. Сомкнутость полога и полнота тесно связаны друг с другом, но это два разных показателя. Сомкнутость полога обычно меньше полноты, особенно в спелых хвойных насаждениях. Определение этих показателей имеет важное хозяйственное значение, в частности при проектировании мер ухода за лесом и определении возраста рубок, особенно в лесах защитного значения. Поскольку между полнотой и сомкнутостью полога существует взаимосвязь, то по известному одному показателю можно определить другой. Эту взаимосвязь необходимо знать при таксационном описании лесов методом камерального дешифрования аэроснимков, так как непосредственно по аэроснимкам абсолютную полноту измерить нельзя [96]. Вопросы методики изучения полога насаждений и определения степени сомкнутости разработал Г.Г. Самойлович. Строго разграничивая полноту и сомкнутость полога насаждений, он указывает на наличие взаимосвязи между этими показателями. Изучением взаимосвязей между полнотой и сомкнутостью сосновых древо-стоев занимались Г.Г. Самойлович, А.П. Юновидов, И.В. Логвинов, В.И. Сухих. Все они отмечают, что сомкнутость полога меньше полноты, однако для разных регионов наблюдается разная зависимость между этими двумя показателями по данным В.И. Сухих для сосняков Горьковской области сомкнутость до 30 лет примерно равна полноте или не значительно меньше, с увеличением возраста сосновых древостоев сомкнутость становиться значительно меньше полноты на 0,35 - 0,40. Для сосняков территории Марий Эл были получены следующие зависимости, выраженные линейными уравнениями. Пределы действия уравнения по Ps от 0,15 до 0,8 Уравнение (5.40) для сосновых насаждений естественного происхождения, (5.41) искусственного происхождения. Следует отметить что взаимосвязи, выявленные в результате исследований между Р и Ps для сосняков Марий Эл в целом подтверждают исследования других авторов.
Превышение полноты над сомкнутостью в молодняках естественного происхождения составляет 0,15, искусственного происхождения 0,07 с возрастом разница между Р и Ps увеличивается. В сосняках искусственного происхождения скорость увеличения разницы между двумя показателями выше и к возрасту 80... 100 лет она достигает 0,10...0,15, в то время как в насаждениях естественного происхождения Р выше Ps на 0,18...0,20. Это объясняется более сильным изреживанием происходящим в сосняках искусственного проис хождения, с выпадением деревьев из древостоя увеличивается величина просветов. В заключение главы отметим, что между сосняками естественного и искусственного происхождения имеются значимые различия. При актуализации таксационных характеристик необходимо пользоваться моделями, учитывающими происхождение древостоев. Для получения точных уравнений необходимо использовать материалы натурных обследований. Материалы массовой таксации могут использоваться для изучения динамики процессов, модели, полученные по этим данным, при использовании завышают таксационные характеристики на 10...20%. В целом все рассмотренные взаимосвязи тесные и очень тесные, как парные, так и множественные. Во многих случаях в модели были включены таксационные характеристики, которые не могут быть непосредственно по снимку определены, например бонитет. Такие модели целесообразно использовать при актуализации, когда эти характеристики известны. Устойчивое многоцелевое лесопользование в условиях
Республики Марий Эл должно предусматривать обеспечение рациональное неистощительное пользование всеми видами лесных ресурсов без ущерба для их экологических свойств. Всё разнообразие видов лесопользования в Республике можно условно подразделить на следующие укрупнённые группы: 1. Пользование древесиной (древесинопользование) 2. Побочные пользования: а) техническое сырьё (подсочка леса, заготовка второстепенных лесных ре сурсов - пней, коры, пихтовой, еловой и сосновой лапы и т.п.); б) пищевые и лекарственные ресурсы; в) кормовые ресурсы. 3. Средозащитное лесопользование (водоохранное, почвозащитное, средо-образующее, сохранение биоразнообразия). 4. Рекреационное лесопользование. 5. Фауностическое. 6. Научно-культурное. В нашей работе рассматривается проблема, связанная с древесинопользова-нием, за которым в практике нашей страны закрепился термин «лесопользование». Этот термин и нами принят в качестве характеризующего древесинопользование. Однако, рассматривая проблему лесопользования (древесинопользования), нельзя не учитывать при мониторинге и другие виды лесопользования. Поэтому предлагается, прежде всего, в пределах лесничеств, административных районов и Республики в целом сформировать по материалам лесоустройства базы данных, характеризующие территориальное размещение лесов по их функциональному значению с выделением особо-охраняемых территорий и особо-защитных участков; рекреационных лесов; территорий эксплуатационного
