Повышение эффективности выращивания сосновых насаждений оптимизацией рубок ухода

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

тво, не всегда отвечающее принципу непрерывности лесопользования.

Библиографический список

1. Лесной кодекс Российской Федерации. Комментарии: изд. 2-е, доп. / Под общ. ред. Н.В. Комаровой, В.П. Рощупкина. - М.: ВНИИЛМ, 2007. - 865 с.

2. Инструкция для устройства, ревизии лесоустройства и исследования казенных лесов. - Петроград, 1914. - 107 с.

3. Инструкция для устройства, ревизии устройства и лесоэкономического обследования общегосударственных лесов РСФСР - М., 1926. - 304 с.

4. Инструкция по устройству и обследованию лесов государственного значения СССР - М., 1952. - 407 с.

5. Инструкция для устройства казенных лесов ведомства Главного управления землеустройства и земледелия по Лесному департаменту - СПб, 1908. - 60 с.

6. Лесной кодекс Российской Федерации. Комментарии: изд. 2-е, доп. / Под общ. ред. Н.В. Комаровой, В.П. Рощупкина. - М.: ВНИИЛМ, 2007. - 865 с.

7. Гиряев, М.Д. Лесопользование в России / М.Д. Ги-ряев. - М.: ВНИИЛМ, 2003. - 240 с.

8. Петров, А.П. Государственное управление лесным хозяйством: Учебное пособие для средних профессиональных учебных заведений лесного хозяйства / А.П. Петров, Б.М. Мамаев, В.К. Тепляков и др. - М.: ВНИИЦлесресурс, 1997. - 304 с.

9. Основы лесного законодательства Российской Федерации - М., 1993. - 46 с.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫРАЩИВАНИЯ СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ Оптимизацией рУБОК УХОдА

Ю.В. МУРЗИНОВ, асп. каф. автоматизации производственных процессов ВГЛТА

Повышение выхода деловой древесины и улучшение качества состава лесов в настоящее время является одной из основных проблем лесного хозяйства РФ.

Рубки ухода за лесом были и остаются самым трудоемким, сложным и потому проблематичным лесохозяйственным мероприятием. Уход за лесом является распределенным во времени процессом на протяжении всего периода лесовыращивания и на каждом возрастном этапе имеет свои особенности, которые заключаются, прежде всего, в возрастной оптимизации площади питания каждого дерева. Для эффективного планирования проведения рубок ухода за лесом необходимо иметь достаточно точные математические модели, наиболее полно описывающие процессы выращивания древостоев.

Повышение эффективности выращивания сосновых насаждений возможно за счет оптимизации режимов и параметров рубок ухода, которая основывается на анализе текущего состояния древостоев, описываемых таблицами хода роста.

Таблицы находят применение в научных исследованиях при проектировании лесохозяйственных мероприятий, прогнозировании общей продуктивности лесов и

murzinov@box.vsi.ru

установлении эффективности деятельности лесохозяйственных предприятий. Статистическая информация о ходе роста деревьев, заключенная в таблицах хода роста, может использоваться для построения эмпирических зависимостей, связывающих параметры роста деревьев и таксационные показатели дре-востоев. Обработка статистических данных методом наименьших квадратов позволяет построить регрессионные модели, наиболее точно описывающие процессы роста и развития древостоев.

На кафедре автоматизации производственных процессов ВГЛТА разработаны двухпараметрические регрессионные модели хода роста сосновых древостоев, а также модели, описывающие реакции на проведение внутренних рубок ухода. Двухпараметрические регрессионные модели наиболее полно и точно отражают динамику развития древостоев.

Для построения системы автоматизации инженерных расчетов режимов и параметров рубок ухода за лесом получены следующие регрессионные модели.

1. Двухпараметрическая модель средней высоты дерева

H(T,D) = m0 + + m2T2 + m3D + m4D2 +

+ m5TD + m6TD2 + m1T2D + m8TD2,

86

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

где H - средняя высота дерева, м;

T - возраст древостоя, лет;

D - средний диаметр деревьев, м;

mQ...m8 - коэффициенты регрессионной модели, значения которых показаны в табл. 1.

2. Модель количества деревьев в древостое

N = кР + кР + к T4 + кР + к.Т + кТ + к,,

О 1 2 3 4 5 б7 ч/

где N - количество деревьев в древостоев в возрасте Т, шт;

к0-кб - коэффициенты регрессионной модели (табл. 2).

3. Двухпараметрическая модель общего текущего прироста

2общ(Т,Н) = x0 + x1T + x2T2 + x3H + x4H +

+ x5TH + x6TH + x7T2H + XgTH2,

где Z°64 - общий текущий прирост древостоя,

м3;

x0...x8 - коэффициенты регрессионной модели (табл. 3).

4. Двухпараметрическая модель прироста растущей части

^раст( T,H) = y0 + y1T + y2T + y3H + yH +

+y5TH + y6TH + y1T1H + у8№,

где Z^ - прирост растущей части древостоя, м3;

y0...y8 - коэффициенты регрессионной модели (табл. 4).

Полученные регрессионные модели (1-4) позволяют получить оптимальные показатели режимов и параметров рубок ухода. Для реализации оптимизации выращивания древостоев было получено уравнение, опре-

Т а б л и ц а 1

Коэффициенты регрессионной модели средней высоты сосны обыкновенной

Показатель продуктивности леса mo mi m2 m3 m 4 m5 mс б m7 m8

1б бонитет -2,908х10-2 3,957 4,837х10-2 -5,917 0,353 -0,299 5,363х10-4 -1,342х10-4 3,569х10-7

1а бонитет -1,381х10-2 2,149 3,115х10-2 -3,134 0,2 -0,17 -2,86х10-4 9,055х10-5 1,885х10-7

I бонитет -2,044х10-2 1,743 3,588х10-2 -2,771 0,347 -0,244 2,71810-5 8,036х10-5 -7,563х10-7

II бонитет -1,376х10-2 1,738 2,002х10-2 -3,546 0,246 -0,152 -4,002х10-4 8,801х10-5 4,601х10-7

III бонитет -3,174х10-2 1,828 1,838х10-2 -4,987 0,279 -9,713х10-2 -2,548х10-4 1,061х10-4 4,582х10-7

Т а б л и ц а 2

Коэффициенты регрессионной модели количества деревьев сосны обыкновенной

Показатель продуктивности леса ко к1 к2 к3 к4 к5 кб

I6 бонитет 0,478х10-7 -0,227х10-4 4,448х10-3 -0,459 26,876 -872,226 13347,379

I& бонитет 5,208х10-8 -2,469х10-5 4,792х10-3 -0,491 28,44 -915,227 14050,856

I бонитет 4,406х10-8 -2,134х10-5 4,249х10-3 -0,448 26,808 -895,167 14416,659

II бонитет О 3,724х10-8 1,993х10-4 -7,226х10-2 9,457 -553,277 13254,955

III бонитет О О 1,044х10-4 -4,308х10-2 6,623 -461,195 13235,765

Т а б л и ц а 3

Коэффициенты регрессионной модели общего текущего прироста сосны обыкновенной

Показатель продуктивности леса хо Х1 Х2 Х3 Х4 Х5 Хб Х1 Х8

I6 бонитет 2,246х10-2 -2,479 1,336х10-2 6,402 -0,199 5,592х10-2 6,36х10-4 -1,262х10-4 -7,224х10-6

Та бонитет 1,242х10-2 -1,696 3,578х10-3 5,361 -0,164 4,151х10-2 4,792х10-4 -6,644х10-5 -2,335х10-6

I бонитет 3,949х10-3 -1,054 -1,414х10-2 4,277 -5,946х10-2 2,058х10-2 -4,435х10-5 3,214х10-4 4,565х10-6

II бонитет 0,139х10-2 2,04 -8,06х10-3 -9,034 -1,297 1,045х10-2 -1,717х10-4 -1,861х10-4 8,658х10-6

III бонитет 1,381х10-3 -0,958 -3,418х10-3 4,569 -0,127 3,419х10-2 -7,669х10-5 2,335х10-7 5,934х10-7

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

81

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 4

Коэффициенты регрессионной модели прироста растущей части сосны обыкновенной

Показатель продуктивности леса Я. Ух У2 Уз У4 У5 У6 У 7 Ч; со

I6 бонитет 6,408х10-2 -1,831 2,004х10-2 4,912 -0,227 6,38х10-2 6,911х10-4 -2,273х10-4 -1,135х10-5

!а бонитет 2,382х10-2 -1,169 1,219х10-2 3,929 -0,229 6,63х10-2 5,218х10-4 -3,019х10-4 -6,386х10-6

I бонитет 5,772х10-2 -1,364 1,756х10-2 4,662 -0,263 4,756х10-2 1,198х10-3 -4,206х10-4 -8,971х10-6

II бонитет 3,986х10-2 -1,273 1,488х10-2 4,039 -0,234 7,006х10-2 9,526х10-4 -3,744х10-4 -7,16х10-6

III бонитет -4,452х103 -1,06 1,826х10-2 5,318 1,222х10-2 -0,13 3,922х10-3 -1,494х10-4 -1,355х10-5

деляющее запас разреживаемого древостоя в возрасте Т

ГТ=УТ+^ Zr+Zef'-V^-'ZAVj,

t=Ta t=T0 j=1

где VT - запас разреживаемого древостоя в возрасте Т, м3;

VT - запас древостоя до проведения промежуточных рубок в некотором начальном периоде T м3;

К0 = 0,1...0,2 % - среднегодовой процент отпада после проведения промежуточных рубок;

T - время проведения первой рубки, лет;

n - количество рубок ухода, проведенных за период от Т0 до Т;

А V - часть запаса, удаляемая приp-й промежуточной рубке и равная объему промежуточного пользования, м3

AV. = P .V,

где P - процент изреживания древостоя по запасу.

В настоящее время существуют методики оптимизации выращивания древостоев путем повышения эффективности проведения рубок ухода. Анализ восстановления полноты насаждений, проведенный С.Н. Сенновым [1], показывает, что прирост насаждения, пройденного правильными рубками ухода, исходя из природы снижения полноты можно считать неизменным. При этом отпад оставленных в покое деревьев заметно снижается и в идеальном случае практически равен нулю, что дает насаждению восстановиться до исходной полноты. С.Н. Сеннов утверждает, что при обоснованном проведении промежуточных рубок величина отпада составляет примерно 0,1 % в год от величины общего запаса. Поэтому каж-

дую последующую рубку назначают при восстановлении полноты насаждения до 1.

Процесс лесовыращивания развернут во времени, и временные интервалы между рубками ухода являются главным фактором, влияющим на объем получения деловой древесины. Время проведения рубки в значительной степени зависит от полноты насаждения и запаса древесины.

На основе двухпараметрических регрессионных моделей хода роста (1-4) и уравнения (5) была разработана компьютерная программа для ЭВМ [2]. Интерфейс работы программы, показан на рис. 2. В процессе работы программы варьируются проценты изреживания запаса древостоев P и возраст проведения первой рубки Тх, и, следовательно, возрасты проведения рубок ухода T. Оптимизация режимов и параметров рубок ухода будет проводиться по общему объему заготавливаемой древесины

V(T, P) ^ max,

T е T

P е P.

Разработанная система автоматизации инженерных расчетов режимов и параметров рубок ухода за лесом осуществляет имитационное моделирование хода роста сосновых насаждений (/б, 1а, I, II и III бонитетов) и позволяет отобразить динамику основных таксационных параметров насаждений. Преимуществами применения компьютерной оптимизации планирования рубок ухода является увеличение пользования древесиной, снижение возраста получения технически спелой древесины и улучшение качества древесных стволов.

Для сосновых насаждений Учебноопытного лесхоза ГОУ ВПО «Воронежская

88

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Система автоматизированного управления ускоренным выращиванием одновозрастных сосновых древостоев .

Таблица2. Объем/Стоимость заготавливаемых от рубок сортиментов

№ рубки 1 2| 3 4 5| По каждому виду сортимента

Крупный пиловочник 1 -го сорта 0/0 0/0 0/0 3.75/8.26 110.3/242.66 114.05/250.92

Крупный пиловочник 2-го сорта 0/0 0/0 о -Ч. о 0/0 321.78/595.2Э 321.78/ 595.29

Крупный пиловочник Зто сорта 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0

Средний пиловочник 1 -го сорта 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0

Средний пиловочник 2то сорта 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 о •Ч. о

Средний пиловочник Зто сорта 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0

Баланс 1-го сорта 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0

Баланс 2*го сорта 0/0 0/0 0/0 22.36/ 22.36 431.86/431.86 454.22/ 454.22

Баланс Зто сорта 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0

Рудничная стойка 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0

Жерди 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0 0/0

Итого 0/0 0/0 0/0 26.12/ 30.62 863.94/1269.82 890.06/1300.44

Рис. 1. Интерфейс системы автоматизации поиска оптимальных режимов и параметров рубок ухода

государственная лесотехническая академия» с помощью программы «Система автоматизации инженерных расчетов режимов и параметров рубок ухода за лесом» были проведены оптимизационные расчеты. На рис. 2 показана эффективность использования машинных методов расчета оптимальных режимов и параметров рубок ухода за лесом.

Для наглядной оценки эффективности системы автоматизации инженерных расчетов режимов и параметров рубок ухода за лесом используем целевую функцию Q, характеризующую отношение увеличения объема получаемой от проведения рубок ухода древесины к сроку выращивания.

Q = AV/T, м3/год,

где AV - увеличение объема запасаемой древесины после проведения рубок ухода по сравнению с контрольным объемом запасаемой древесины.

Целевая функция (8) показывает, насколько увеличится пользование древесины с одного гектара площади за один год лесовыращивания по сравнению с контрольным древостоем. Наиболее выгодным будут являться

1а 1 2 3

ИРежим-оптимальный ОРежим-обычный Бонитет

Рис. 2. Объем выхода деловой древесины при среднем возрасте главной рубки 82 года

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

89

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

22 24 26 28 30 32 34

D^ см

—•—Ia бонитет —— I бонитет —-II бонитет - -А- -Ш бонитет Рис. 3. Среднегодовое увеличение пользования древесины с 1 га

те режимы проведения рубок ухода, при которых Q ^ max.

По расчетам, проведенным для учебно-опытного лесхоза ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», пользование древесиной сосны увеличится в среднем на 3,2 м3/га в год (на 16,7 %), что показано на рис. 3.

Библиографический список

1. Сеннов, С.Н. Уход за лесом (экологические основы) / С.Н. Сеннов. - М.: Лесн. пром-ть, 1984. -128 с.

2. Патент 2010610420 РФ. Программа для расчета режимов оптимального ускоренного выращивания сосновых древостоев: программа для ЭВМ. - М.: Роспатент, 2010.

ОЦЕНКА ПОЧВЕННЫХ УСЛОВИЙ ПРОИЗРАСТАНИЯ

декоративных пород в парковых насаждениях южного берега крыша

Л.А. ДЮКОВА, асп. каф. лесных культур и селекции ВГЛТА

Учет почвенных условий произрастания экзотов при благоприятных климатических параметрах является решающим фактором в успехе интродукции и создании устойчивых насаждений, отвечающих эстетическим, лечебным и природоохранным требованиям. Для субтропических районов юга Украины именно эдафические факторы зачастую оказываются лимитирующими для использования в зеленом строительстве ценных декоративных деревьев и кустарников.

Среди методов, определяющих степень приспособленности растений к экологическим условиям места произрастания, наиболее широкое распространение имеют

guess211@mail.ru оценки их биоэкологических особенностей - морозо- и засухоустойчивости, вегетативного развития и регенеративной способности, устойчивости к вредителям и болезням. Разработаны различные методики для комплексной оценки успешности интродукции, включающие сразу несколько характеристик интродуцентов [1, 2]. Вместе с тем, работ, посвященных роли почвенных факторов, их влиянию на рост и состояние декоративных пород, в научной литературе сравнительно немного. Имеются лишь самые общие сведения об отношении даже весьма распространенных экзотов к почвенным условиям, практически отсутствуют показатели обеспе-

90

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013