Исследование продуктивности сосняков таежной зоны на основе таксационно-дешифровочных признаков

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОДУКТИВНОСТИ СОСНЯКОВ ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ НА ОСНОВЕ ТАКСАЦИОННО-ДЕШИФРОВОЧНЫХ ПРИЗНАКОВ

А. А. ВАЙС, доц. каф. лесной таксации, лесоустройства и геодезии СибГТУ, канд. с.-х. наук

Строение полога зависит от лесорасти-тельных условий и состава насаждения. У деревьев кроны смыкаются примерно на одной высоте и создают горизонтальную сомкнутость. Различают горизонтальную и вертикальную сомкнутость крон. Их характеризуют форма и размеры проекций крон деревьев, расположение деревьев в пространстве, состав полога, среднее расстояние между деревьями и кронами, формы и размеры промежутков между кронами.

При изучении сомкнутости крон полога древостоев густоты Г.С. Разин сделал следующие выводы:

а) древостой любой начальной густоты в любых условиях достигает своей индивидуальной предельной сомкнутости крон (1,0-2,0) и предельной сомкнутости полога (0,9-1,0);

б) древостои, являющиеся наиболее сомкнутыми в старших классах возраста, не были такими же в молодом возрасте;

в) древостои становятся менее сомкнутыми тем раньше, чем раньше они достигают предельной сомкнутости. Чем больше начальная густота древостоя, тем скорее они смыкаются и размыкаются.

Известный исследователь в области дешифрирования аэрофотоснимков Г.Г. Са-мойлович отмечал ряд характерных особенностей строения полога древостоев. Он отмечал, что наибольшее значение для практики инвентаризации лесов будут иметь те, которые основаны не только на изучении структуры полога древостоев, но и на знаниях закономерностей и взаимосвязей между таксационными и морфологическими признаками древостоев. Становится важным измерение отдельных площадей крон, перекрытий между кронами, промежутков между

ними и средних расстояний между деревьями. Такие кроны являются основой для определения фактической степени сомкнутости полога, площадей питания деревьев, густоты древостоев для отбора деревьев в рубку, изучения влияния одних деревьев на рост, прирост и получения других параметров горизонтальной проекции полога.

Методика исследований

Целью данной работы является изучение сомкнутости крон и полога сосновых насаждений.

Сбор материала был произведен экспедицией кафедры лесной таксации Сибирского технологического института в 1975 году.

Исследования закономерностей в кроновом пространстве осуществлялись по принятым в лесоводственных и таксационных работах методикам на основе ОСТ 56-69-83 «Площади пробные лесоустроительные. Методы закладки» [1]. Древо-стои пробных площадей представлены разновозрастными (№» 1, 5) и одновозрастными (№ 2-4) сосновыми насаждениями НижнеЕнисейского лесхоза по классификации Э.Н. Фалалеева.

Исходными данными для обработки послужили пять координатных пробных площадей. Месторасположение деревьев и проекций крон наносят на план пробной площади М 1:100.

На выполненных планах проводили определение сомкнутости в трех вариантах:

а) устанавливали сомкнутость крон с помощью планиметра, которым измеряли площадь проекций крон или диаметр крон реальных деревьев переводили в площадь и суммировали;

б) линейный способ - по проведенным на плане двум диагоналям суммируют протяженность проекций всех крон, перекрывающих линию, и полученное число делят на общую длину двух диагоналей;

в) точечный способ - это способ определения сомкнутости полога отдельных деревьев на пробе (не менее 30 шт.).

Каждое дерево представило собой «точку», выбранную по номерам деревьев.

У растущего дерева замеряли диаметр на высоте груди, радиус кроны в четырех направлениях (С, Ю, З, В) с помощью пятиметрового шеста. Возраст деревьев определялся с помощью кернов. Сверление деревьев производилось возрастным буравом шведского производства. Для замера вертикальных положений (точек) ствола дерева использовали высотомер - эклиметр.

Характеристика природных условий

Территория Нижне-Енисейского лесхоза представлена одним массивом, разделенным р. Енисей на две части, которые существенно отличаются по своим природным условиям.

По устройству поверхности правобережная часть лесхоза расположена в пределах Енисейского кряжа, где преобладает среднегорный рельеф местности с высотами от 300 до 825 м над уровнем моря с глубоко врезанными в кряж долинами рек.

Левобережная часть лесхоза находится в Кеть-Сымской низменности (расположена в пределах Западно-Сибирской низменности) и представляет собой очень поло-гоувалистую заболоченную поверхность.

По схеме природного районирования восточной части Сибири Нижне-Енисейский лесхоз в его правобережной части и северовосточной части левобережья относится к средней тайге, в остальной части левобережья - к южной тайге.

По лесорастительному районированию, разработанному Институтом леса СО РАН им. В.Н. Сукачева, правобережье лесхоза относится к Кетскому горно-таежному округу пихтовых лесов приенисейской горной лесорастительной провинции Среднесибирской лесорастительной области. Левобережье - к Сымско-Елогуйскому среднетаеж-ному округу сосновых и еловых лесов прие-нисейской равниной лесорастительной провинции, Западно-Сибирской лесораститель-ной области.

В целом по лесхозу покрытые лесом земли составляют 75,6 % лесного фонда, из них площадь хвойных насаждений составляет 86,3 %, площадь лиственных - 13,7 %.

Насаждения Нижне-Енисейского лесхоза среднеполнотные: так, средняя полнота составляет 0,61 - невысокой производительности (средний бонитет - 1У,3) с преобладанием перестойных (средний возраст 163 года) древостоев. Средний запас на 1 га составляет 172 м , спелых и перестойных насаждений - 174 м .

Экспериментальные исследования

Обработка полевого материала производилась по данным, полученным с координатных пробных площадей.

Таксационная характеристика сосняков приведена в табл. 1.

Таблица 1

Номер пробы Площадь пробы, га Количество стволов, шт./га Возраст, лет Средний диаметр, см Средняя высота, м Диаметр кроны, м Сумма площадей сечений, м2/га Запас, м3/га Полнота Бо-ни- тет

1 0,20 1420 80 ед 240 14,2 12,0 4,2 19,28 117 0,66 V

2 0,20 285 90 21,8 14,0 3,1 10,60 71 0,35 V

3 0,20 180 100 19,5 11,7 2,6 5,36 36 0,19 Vа

4 0,20 335 100 21,1 14,2 2.8 11,73 79 0,38 V

5 0,20 290 80+210 24,4 17,3 3,0 13,57 118 0,41 Vа

Таксационная характеристика сосновых древостоев

Таксационная характеристика пробных площадей позволяет сделать вывод, что все насаждения имеют различия по одному из показателей (возрастной структуре, пространственной структуре, качеству условий местообитания), что указывает на разнородность собранного материала.

Сомкнутость полога - это показатель, характеризующий степень занятости территории кроновым пространством. С помощью его оценивают степень перекрытия крон в пологе насаждения.

По данным И.М. Данилина [2], полнота и сомкнутость крон довольно тесно коррелируют друг с другом (Я = 0,60 - 0,90). Однако взаимосвязь между этими признаками отличается существенной изменчивостью, что создает известные трудности при определении полноты по аэроснимкам. При одной и той же сомкнутости насаждения полнота может различаться на 0,2-0,4. Это обусловлено тем, что на характер взаимосвязи между полнотой и сомкнутостью крон существенное влияние оказывает горизонтальная структура насаждений. У деревьев с близкими диаметрами при одной полноте насаждений площади крон будут меньше при групповом распределении, а при случайном распределении будут одинаковыми,

в то же время сомкнутость крон при групповом размещении деревьев будет меньше.

Данные о сомкнутости крон и полноте древостоев приведены в табл. 2.

Анализ табл. 2 позволяет сделать вывод: во всех случаях полнота зависит от сомкнутости; во всех случаях сомкнутость крон меньше полноты.

Для пробы № 5 разница достигает 0,22 единиц.

При этом полнота достигает максимальных значений 0,66. Возрастная структура влияет как на сомкнутость крон (разновозрастные древостои имеют максимальную сомкнутость крон), так и на полноту.

Сомкнутость полога - это основной дешифровочный показатель, с помощью которого определяют относительную полноту и запас насаждений. Горизонтальная проекция полога слагается из суммы площадей деревьев, входящих в полог, за исключением суммы площадей перекрытых частей крон [3].

Результаты расчетов сомкнутости полога приведены в табл. 3.

В отличие от сомкнутости крон, сомкнутость полога во всех случаях больше полноты за исключением пробной площади № 4, где сомкнутость полога равна полноте.

Таблица 2

Средний возраст древостоя, лет

Показатели № 1 № 2 № 3 № 4 № 5

80 ед 240 90 100 100 80 + 210

Сомкнутость крон 0,44 0,25 0,11 0,24 0,29

Полнота 0,66 0,35 0,19 0,38 0,41

Разница - 0,22 - 0,10 - 0,08 - 0,14 - 0,12

Таблица 3

Сомкнутость полога древостоя и полноты сосняков на пробных площадях

Средний возраст древостоя, лет

Показатели № 1 № 2 № 3 № 4 № 5

80 ед 240 90 100 100 80 + 210

Сомкнутость полога 1,01 0,44 0,36 0,38 0,54

Полнота 0,66 0,35 0,19 0,38 0,41

Разница 0,39 0,09 0,17 - 0,13

Сомкнутость крон и полнота сосняков на пробных площадях

Для пробы № 1 разница достигает 0,39 единиц. При этом сомкнутость достигает максимального значения - 1,05. Минимальная разница наблюдается на пробе № 2 и составляет 0,09. Так же, как и в случаях с сомкнутостью крон, наблюдается связь с возрастной структурой.

В древостоях, имеющих сложную структуру, необходимо учитывать особенности строения с учетом возрастной, пространственной структуры и степени конкурентных взаимоотношений. В таких древостоях структуру необходимо изучать на уровне биогрупп, центром которых является условное дерево.

В табл. 4 приведены основные статистические показатели сомкнутости полога на уровне растущего дерева.

Сравнение данных о сомкнутости полога насаждения и сомкнутости полога на уровне растущего дерева приведено в табл. 5.

Соотношение сомкнутости полога насаждения и растущего дерева зависит от их размещения. Во всех случаях сомкнутость полога насаждения и растущего дерева зависит от размещения растений, что указы-

вает на низкую густоту деревьев в группах, т. е. слабую пространственную зависимость деревьев.

На основе данных о сомкнутости полога растущих деревьев, диаметров крон и диаметров дерева были рассчитаны парные и множественные регрессионные уравнения вида

¿1.3 = а + ЬСп,

где ¿13 - диаметр дерева на высоте груди, см;

Сп - сомкнутость полога на уровне растущего дерева; а, Ь - коэффициент линейного уравнения.

В табл. 6 приведены параметры регрессионного уравнения для связи диаметра дерева (¿13) с сомкнутостью полога на уровне растущего дерева.

Модели из табл. 6 недостоверны, так как коэффициент Фишера (Р) меньше 3. Для того чтобы повысить информативность, адекватность модели дополнительно в качестве входной переменной, использовали диаметр кроны. В табл. 7 приведены параметры регрессионного уравнения.

Таблица 4

Статистические показатели среднего расстояния на уровне растущего дерева

Номер пробы Среднее расстояние, м Основная ошибка, м Асимметрия Эксцесс Коэффиц иент, % Точность опыта, % Абсолютный максимум, м Абсолютный минимум, м

1 1,7 0,07 2,452 10,528 64,7 4,1 8,9 0,2

2 3,1 0,16 0,631 0,040 40,2 5,2 6,4 1,2

3 2,6 0,19 0,840 0,885 43,2 7,3 5,7 0,7

4 2,8 0,14 0,355 - 0,592 39,5 5,0 5,3 0,7

5 3,0 0,25 1,150 0,411 62,8 8,3 8,4 0,7

Таблица 5

Сомкнутость полога насаждения и средняя сомкнутость полога на уровне растущего дерева

Средний возраст древостоя, лет

Показатели № 1 № 2 № 3 № 4 № 5

80 ед 240 90 100 100 80 + 210

Сомкнутость полога насаждения 1,05 0,44 0,36 0,38 0,54

Сомкнутость полога на уровне

растущего дерева 0,44 0,25 0,11 0,24 0,29

Разница - 0,61 - 0,19 - 0,25 - 0,14 - 0,25

Таблица 6

Параметры регрессионного линейного уравнения вида = а + ЬСп

Номер пробы Возраст, лет Параметры уравнения

а Ь Я тх , см Ы, шт

1 80 ед 240 8,601 9,461 0,228 5,5 2,3 45

2 90 21,283 - 2,452 0,065 7,1 0,2 40

3 100 14,701 7,024 0,115 8,9 0,4 34

4 100 17,922 6,307 0,166 6,4 0,9 35

5 80 + 210 12,649 17,579 0,272 11,2 2,6 35

Таблица 7

Параметры линейной модели вида = а + ЬСп + сйкр

Номер пробы Возраст, лет Параметры уравнения

а Ь С Я т, см ^ Ы, шт

1 80 ед 240 3,990 2,708 3,969 0,782 3,6 33 45

2 90 6,279 - 3,591 5,139 0,882 3,3 65 40

3 100 - 0,331 - 1,535 7,088 0,915 3,6 80 34

4 100 5,806 6,553 3,711 0,543 5,7 7 35

5 80 + 210 6,751 1,959 3,997 0,653 8,5 12 35

Таблица 8

Модели связей и их параметры

Вид моделей Уравнения

М = а + ЬСп 2 О = а + ЬСп + сёк + ёЫ М = а + ЬСп + сёк + ёЫ М = 37,92 + 83,40Сп; Я2 = 0,690 2 О = - 17,522 + 0,928Сп + 9,818ёк - 0,04Ы, Я2 = 0,905 М = - 127,671 + 177,897Сп + 55,19ёк - 0,122Ы , Я2 = 0,798

Таблица 9

Сравнительный анализ эмпирических и выравненных значений сумм площадей

поперечных сечений

Номер пробы Сомкнутость полога Число стволов, шт. Диаметр кроны, м Сумма площадей поперечных сечений, м2/га Разница, %

^Офак. ^Овырав.

1 1,05 1420 1,6 19,28 19,38 + 0,5

2 0,44 285 3,1 10,60 12,48 +17,7

3 0,36 180 2,6 5,36 6,10 + 13,8

4 0,38 335 2,8 11,73 10,15 - 10,5

5 0,54 290 3,0 13,57 12,35 - 9,0

Разница в выравненных и фактических значениях составляет от 0,55 до 17,7 %.

Таблица 10

Сравнительный анализ эмпирических и выравненных значений запасов

Номер пробы Сомкнутость полога Число стволов, шт. Диаметр кроны, м Запас, м3 Разница, %

фактический выравненный

1 1,05 1420 1,6 117 119 + 1,7

2 0,44 285 3,1 71 92 + 12,0

3 0,36 180 2,6 36 44 + 18,2

4 0,38 335 2,8 79 62 - 21,5

5 0,54 290 3,0 118 105 - 11,0

Разница между эмпирическими и выравненными значениями составила от + 1,7 до - 21,5 %.

Коэффициенты выравнивания для определения диаметра стволов меняется от 0,543 (№ 4) до 0,915 (№ 3).

По средним таксационным характеристикам сосняков на пробных площадях были вычислены модели, в которых установлена связь запаса с сомкнутостью полога; суммы площадей поперечных сечений от густоты, сомкнутости полога и диаметра кроны; а также запаса от сомкнутости полога, диаметра кроны и густоты.

Модели связей и их параметры приведены в табл. 8.

Для прикладных целей могут быть использованы линейные регрессионные уравнения (табл. 8).

В дальнейшем эти уравнения были протабулированы и выполнен сравнительный анализ эмпирических и выравненных

значений сумм площадей поперечных сечений (табл. 9). Сравнительный анализ по запасу приведен в табл. 10.

Таким образом, определение таксационных показателей по аэрофотоснимкам должно производиться по совокупности как прямых, так и косвенных признаков, что позволяет дешифрировать снимки с высокой степенью адекватности.

Библиографический список

1. ОСТ 56-69-83. Площади пробные лесоустроительные. Методы закладки. - М., 1984. - 34 с.

2. Данилин И.М., Смольянов А.С. Взаимосвязь полнот и сомкнутости крон // Лесная таксация и лесоустройств. Межвуз. науч. сб. - Красноярск: СТИ, 1984. - С. 3-5

3. Дмитриев И.Д., Мурахтанов Е.С., Сухих В.И. Лесная аэрофотосъемка и авиация. - М.: Лесная пром-сть , 1981. - 334с.