Моделирование товарной структуры ели, выбираемой при рубках ухода

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТОВАРНОЙ СТРУКТУРЫ ЕЛИ, ВЫБИРАЕМОЙ ПРИ РУБКАХ УХОДА

М.М. УСТИНОВ, асп. каф. радиационной экологии и безопасности жизнедеятельности БрГИТА, М.В. УСТИНОВ, доц. каф. лесоустройства БрГИТА, канд. с.-х. наук

Сортиментные и товарные таблицы являются составной частью единой для страны системы общих и региональных нормативов таксации леса и служат для определения объемов стволов и запасов древостоев, выхода деловой древесины по крупности, сортам и сортиментам, сырья для технологической переработки, дровяной древесины и коры при оценке пробных площадей, лесосечного и лесного фондов и других расчетов лесопользования.

Объектом применения сортиментных таблиц является отдельный древостой элемента леса, единицей наблюдения - совокупность деревьев данной ступени толщины. Товарные таблицы предназначены для таксации лесосек. Единицей наблюдения здесь является отдельный древостой элемента (поколения) леса.

Точность учета лесного и лесосечного фонда, а также правильность решения многих практических задач лесного хозяйства во многом определяется качеством таксационной нормативной базы. До настоящего времени сортиментная и товарная структура древесины, получаемой от рубок ухода, оценивается по действующим всеобщим таблицам товарной структуры для центральных и южных районов европейской части России, разработанных Н.П. Анучиным, А.Ф. Гуровым, П.А. Соколовым и др., отражающим структуру всей растущей части древостоя. Специальные товарные и сортиментные таблицы для оценки древесины, получаемой от рубок ухода, практически отсутствуют, хотя существование таковых предусмотрено требованиями к сортиментным и товарным таблицам [1]. Кроме того, в связи с введением в 1990 г новых стандартов на круглую лесопродукцию (ГОСТ 9462-88 и ГОСТ 9463-88) возникла необходимость пересмотра и корректировки этих таблиц. При этом в современных рыночных условиях ощущается острая потребность в них.

В соответствии с «Правилами ухода за лесами» [8], действующими с 2007 г., при

max32br@rambler. ru

проведении рубок ухода в рубку назначаются деревья III - нежелательной категории, которые могут находиться во всех частях полога лесного насаждения, качественную оценку которых нельзя сравнивать с деревьями высших категорий, составляющими большую часть насаждений.

Изучению товарности древесины посвящено достаточно работ известных авторов: Н.П. Анучина (1931), К.Е. Никитина и А.З. Швиденко (1972), А.Г. Мошкалева [2], Н.В. Павлова (1975), Г.А. Порицкого (1975), Н.К. Теслюк (1977), П.В. Горского (1962), ученых МарГТУ: П.М. Верхунова (1976), И.А. Алексеева, В.Л. Черных, И.П. Курнен-ковой и др. При разработке товарных таблиц эти авторы использовали закономерности строения древостоев, изучением которых занимались А. Патацкас (1964), А.А Макаренко (1971), В.В. Антанайтис [3], А.В. Богачев, С.Н. Свалов [4]; Н.А. Моисеев 1970 [5]; К.Е. Никитин (1972). Кроме того, товарность древесины невозможно изучать без анализа формы стволов и их объемов [6]. Ученые достаточно полно рассмотрели товарную структуру и строение древостоев в целом, но практически нет исследований для выбираемой части древостоев, хотя многие указывают на необходимость таких исследований.

Изложенное выше дало основание для исследования закономерностей строения, теоретического обоснования и моделирования товарной структуры стволов ели, выбираемых при рубках ухода, в еловых древостоях для условий Брянской и смежных областей.

Наши исследования основываются на общеизвестных в таксации методах с некоторыми обоснованными модификациями и дополнениями, необходимыми в виду специфики темы, повышения точности, а также применения автоматизации обработки данных на основе разработанных нами для этих целей информационных технологий.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2009

43

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 1

Шкала разрядов высот ели, выбираемой при рубках ухода

Ступень толщины, см Разряд высот на высоте

9 8 7 6 5 4 3 2 1

4 3,3-3,4 3,5—4,1 4,2-4,6 4,7-5,2 5,3-5,8 5,9-6,6 6,7-7,4 7,5-8,3 8,4-9,3

6 4,4-4,9 5,0-5,5 5,6-6,2 6,3-7,0 7,1-7,8 7,9-8,8 8,9-9,9 10,0-11,1 11,2-12,5

8 5,4-6,0 6,1-6,8 6,9-7,6 7,7-8,6 8,7-9,6 9,7-10,8 10,9-12,1 12,2-13,6 13,7-15,3

10 6,3-7,1 7,2-7,9 8,0-8,9 9,0-10,0 10,1-11,3 11,4-12,6 12,7-14,2 14,3-16,0 16,1-17,9

12 7,1-8,0 8,1-9,0 9,1-10,1 10,2-11,4 11,5-12,8 12,9-14,3 14,4-16,1 16,2-18,1 18,2-20,3

14 7,9-8,9 9,0-10,0 10,1-11,2 11,3-12,6 12,7-14,2 14,3-15,9 16,0-17,9 18,0-20,1 21,2-22,6

16 8,7-9,7 9,8-10,9 11,0-12,3 12,4-13,8 13,9-15,5 15,6-17,4 17,5-19,6 19,7-22,0 22,1-24,7

18 9,4-10,5 10,6-11,8 11,9-13,3 13,4-14,9 15,0-16,8 16,9-18,9 19,0-21,2 21,3-23,8 23,9-26,7

20 10,0-11,3 11,4-12,7 12,8-14,2 14,3-16,0 16,1-18,0 18,1-20,2 20,3-22,7 22,8-25,5 25,6-28,7

22 10,7-12,0 12,1-13,5 13,6-15,2 15,3-17,0 17,1-19,1 19,2-21,5 21,6-24,2 24,3-27,1 27,2-30,5

24 11,3-12,7 12,8-14,3 14,4-16,0 16,1-18,0 18,1-20,2 20,3-22,7 22,8-25,6 25,7-28,7 28,8-32,3

26 11,9-13,4 13,5-15,0 15,1-16,9 17,0-19,0 19,1-21,3 21,4-23,9 23,9-26,9 27,0-30,2 30,3-34,0

28 12,5-14,0 14,1-15,8 15,9-17,7 17,8-19,9 20,0-22,3 22,4-25,1 25,2-28,2 28,3-31,7 31,8-35,6

Диаметр (D1.3), см

Рис. 1. Изменение высот деревьев выбираемой части еловых древостоев от диаметра

В данной работе учтены основные требования к сортиментным и товарным таблицам по таксации древостоев, утвержденные Гослесхозом СССР в 18.06.1980 г.

Обработка пробных площадей производилась по общепринятым в лесной таксации формулам и методам с применением разработанного нами специализированного комплекса программ, с помощью которого проводились анализ, разработка математических моделей и их оценка, составление нормативов.

Для исследований в древостоях ели основных типов леса с соблюдением требований ГОСТ 16128-70 и ОСТ 56-69-83 заложено 27 пробных площадей, в том числе 3 контрольных. Использовано 413 модельных деревьев, взятых на товарную структуру из числа отобранных в рубки ухода.

Выход деловой древесины по категориям крупности, сортам и сортиментам определялся на основе ГОСТ 9462-88. Содержание сырья для технологической переработки устанавливалось по ОСТ 13-234-87, ТУ 13-

44

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2009

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

0273685-404-89 (ОСТ 13-76-79) применительно к тарным лесоматериалам, к которым предъявляются более высокие требования по нормам допускаемых пороков. Выход топливных дров определялся по ГОСТ 3243-88. Описания сортообразующих пороков древесины на стволах велись на каждом метре в деловой зоне по ГОСТ 2140-81.

Строение древостоя выбираемой части ельников исследовалось методом приведения распределения числа деревьев по фактическим ступеням толщины к распределению их по естественным ступеням толщины, предложенным А.В. Тюриным [7]. Полученные распределения общей части древостоев ели и выбираемой при рубках ухода части по естественным ступеням толщины сравниваются между собой на предмет различия в строении.

Оценка согласованности распределений числа деревьев в процентах по естественным ступеням толщины с помощью критерия хи-квадрат К. Пирсона показывает, что по каждой из пробных площадей строение древостоя в целом отличается от строения выбираемой части, т.к. у2, > у2 на до-

стоверном уровне P = 95 % и выше. Это подтверждает необходимость детального изучения и разработки нормативной базы отдельно для таксации стволов выбираемой части еловых древостоев.

Высота является одним из основных показателей, характеризующих как отдельное дерево, так и насаждение в целом. Она имеет тесные корреляционные связи со многими таксационными показателями. В ней компилируются многие основные факторы роста. С использованием закономерности установлена математическая модель динамики высот и разработана шкала разрядов высот для выбираемой части еловых древостоев.

h = (----5566------+ 5,646 х

Ху](2,608 + 1,109-d) - 9,158)K(r-t), где K - коэффициент различия высот между разрядами высот (принят 0,89, т.е. различия между разрядами высот составят 11 %, что обеспечивает погрешность не более 5 %);

r - номер разряда высот (1...9); t - номер среднего (базового) разряда высот (t = 4); d - диаметр, см; h - высота, м;

Коэффициент детерминации модели R2 = 0,88.

Графически шкала разрядов высот представлена на рис. 1.

Важное значение при определении объемов стволов, а в последующем и их товарной оценке играет форма ствола. Исследуя формы стволов ели, выбираемых при рубках ухода, мы установили закономерности изменения коэффициентов формы (q2) от высоты и диаметра стволов

q2 = (-0,110^0,042-0,322 / h + 0,758R2 = 0,87, где q2 - коэффициент формы ствола дерева.

Коэффициенты формы (q2) стволов ели, выбираемых при рубках ухода, варьируют по отдельным ступеням по-разному: так, в ступени 8, 12 и 14 см - не превышает 3,1 %, а в ступени 6 варьирование равно 9,3 %. Высокое варьирование в ступенях 6 и 10 связано с тем, что в их число входят деревья не только низших классов Крафта, но и деревья типа «волк» с верхнего полога, которые и дают большую изменчивость.

Анализ показывает, что коэффициенты формы стволов, выбираемых при рубках ухода, с увеличением диаметра уменьшаются, то есть сохраняется закономерность изменения коэффициентов формы как и для стволов древостоя в целом.

Отдельно была построена модель видовых чисел тех же стволов ели с учетом корреляции их f) с диаметром, высотой и коэффициентом формы

f = -0,076 + 0,020 / d + 0,412 / h + 0,798-qR2 = 0,89, где f - видовое число ствола дерева.

Провести сравнительную оценку полученных видовых чисел стволов ели выбираемой части древостоя не представляется возможным из-за отсутствия подобных.

В результате обработки и анализа экспериментального материала, на основании изучения форм стволов деревьев были разработаны экспериментальные таблицы объемов стволов ели, выбираемых при рубках ухода.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2009

45

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 2

Объемы стволов ели, выбираемых при рубках ухода, по разрядам высот

Ступень толщины, см Объем ствола по разрядам высот, м3

9 8 7 6 5 4 3 2 1

4 0,0029 0,0032 0,0035 0,0039 0,0042 0,0047 0,0052 0,0057 0,0064

6 0,0083 0,0091 0,0101 0,0111 0,0123 0,0136 0,0151 0,0167 0,0186

8 0,0176 0,0193 0,0213 0,0236 0,0261 0,0289 0,0321 0,0356 0,0396

10 0,0313 0,0345 0,0380 0,0421 0,0466 0,0517 0,0574 0,0638 0,0710

12 0,0500 0,0551 0,0609 0,0674 0,0747 0,0828 0,0920 0,1023 0,1139

14 0,0742 0,0819 0,0904 0,1001 0,1109 0,1231 0,1367 0,1521 0,1693

16 0,1043 0,1150 0,1271 0,1406 0,1558 0,1730 0,1922 0,2138 0,2380

18 0,1405 0,1549 0,1712 0,1894 0,2099 0,2330 0,2589 0,2880 0,3207

20 0,1831 0,2019 0,2230 0,2468 0,2735 0,3035 0,3372 0,3751 0,4176

22 0,2323 0,2561 0,2829 0,3130 0,3468 0,3848 0,4275 0,4754 0,5293

24 0,2882 0,3177 0,3509 0,3881 0,4300 0,4770 0,5299 0,5893 0,6560

26 0,3510 0,3869 0,4272 0,4724 0,5232 0,5804 0,6446 0,7167 0,7977

28 0,4208 0,4636 0,5118 0,5658 0,6266 0,6948 0,7715 0,8577 0,9546

S

2

¥

2

8

Диаметр (D1.3), см

Рис. 2. Динамика объемов стволов ели, выбираемых при рубках ухода

Объемы стволов (v) в м3 по ступеням толщины и разрядам высот рассчитаны по формуле

V = g R2 = 0,93,

где g - площадь сечения ствола дерева.

При построении таблиц использованы варьирования высот в пределах 3-х сигм по каждой ступени толщины. Экспериментальный материал позволил разработать математические модели выхода сортиментов

Р

дел.

13,986^(1 - e~0,5U'd )|1,662 | 3,594-(1 - e-°’267'd)|0’063 7,229vh'21 325 - 8,311.

Коэффициент детерминации R2 = 0,64. Рогх = 0,078 - 0,148 / |h - 3,549|0637 + R2 = 0,73.

ОТхРдртех = - 17,618 / (0,818-|9,09/d|3,137-x Т(- 35,955h - 42,630) - 21,893).

Коэффициент детерминации R2 = 0,86 Рдр = (20/d)29 - R2 = 0,63.

Аналогично, расчет содержания категорий крупности и сортов лесоматериалов в ступенях толщины производился по моделям, построенным в процентах от объема деловой древесины стволов.

Ркр = 6,26Е - 10<d + 1)6 + 0,01R2 = 0,82,

Рср j = 8,55Е - 05/(10,994df3921 + 0,0001)R2 = 0,77,

46

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2009

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 3

Фрагмент товарных таблиц стволов ели, выбираемых при рубках ухода

Ступень толщины Средняя высота Объем одного ствола Крупная Средняя 1 Средняя 2 Мелкая Деловая Дрова технологические Дрова топливные 4 5 « S Отходы Дровяные

сорт 1 сорт 2 сорт 3 итого сорт 1 сорт 2 сорт 3 ОХ ОХИ сорт 1 сорт 2 сорт 3 OJOXH сорт 1 сорт 2 сорт 3 OJOXH

Разряд высот 3

4 6,9 0,0052 36,9 44,0 80,9 19,1 0,0052

6 9,3 0,0151 - - - - - - - - - - - - 19,8 - - 19,8 19,8 62,0 9,5 91,3 8,7 0,0151

8 11,5 0,0321 - - - - - - - - - - - - 67,1 - - 67,1 67,1 19,5 5,0 91,6 8,5 0,0321

10 13,4 0,0574 - - - - - - - - - - - - 82,5 - - 82,5 82,5 7,3 2,7 92,5 7,6 0,0574

12 15,2 0,0920 - - - - - - - - - - - - 87,4 - - 87,4 87,4 3,9 1,6 93,0 7,1 0,0920

14 16,9 0,1367 - - - - - - - - 16,7 - - 16,7 72,8 - - 72,8 89,5 2,6 1,1 93,2 6,8 0,1367

16 18,5 0,1922 - - - - - - - - 44,4 - - 44,4 46,2 - - 46,2 90,6 1,9 0,8 93,3 6,7 0,1922

18 20,0 0,2589 - - - - 24,9 - - 24,9 38,2 - - 38,2 28,2 - - 28,2 91,2 1,5 0,6 93,3 6,7 0,2589

20 21,4 0,3372 - - - - 34,4 - - 34,4 36,1 - - 36,1 21,2 - - 21,2 91,6 1,3 0,5 93,4 6,6 0,3372

22 22,8 0,4275 - - - - 45,9 - - 45,9 31,9 - - 31,9 14,1 - - 14,1 91,9 1,1 0,4 93,4 6,6 0,4275

24 24,1 0,5299 - - - - 59,4 - - 59,4 26,3 - - 26,3 6,5 - - 6,5 92,1 1,0 0,3 93,4 6,6 0,5299

26 25,4 0,6446 23,5 - - 23,5 54,5 - - 54,5 14,2 - - 14,2 - - - - 92,2 0,9 0,3 93,4 6,6 0,6446

28 26,6 0,7715 32,7 - - 32,7 52,9 - - 52,9 6,7 - - 6,7 - - - - 92,4 0,8 0,2 93,4 6,6 0,7715

Разряд высот 4

4 6,2 0,0047 38,1 42,7 80,7 19,3 0,0047

6 8,3 0,0136 - - - - - - - - - - - - 20,8 - - 20,7 20,7 61,3 9,3 91,3 8,8 0,0136

8 10,2 0,0289 - - - - - - - - - - - - 66,3 - - 66,3 66,3 20,5 4,9 91,7 8,3 0,0289

10 11,9 0,0517 - - - - - - - - - - - - 82,1 - - 82,1 82,1 7,9 2,6 92,6 7,4 0,0517

12 13,5 0,0828 - - - - - - - - - - - - 87,2 - - 87,2 87,2 4,3 1,6 93,1 6,9 0,0828

14 15,0 0,1231 - - - - - - - - 16,7 - - 16,7 72,7 - - 72,7 89,4 2,9 1,1 93,3 6,7 0,1231

16 16,4 0,1730 - - - - - - - - 44,4 - - 44,4 46,2 - - 46,2 90,5 2,1 0,8 93,4 6,6 0,1730

18 17,8 0,2330 - - - - 24,9 - - 24,9 38,1 - - 38,1 28,2 - - 28,2 91,2 1,7 0,6 93,5 6,5 0,2330

20 19,1 0,3035 - - - - 34,4 - - 34,4 36,1 - - 36,1 21,2 - - 21,2 91,6 1,4 0,5 93,5 6,5 0,3035

22 20,3 0,3848 - - - - 45,9 - - 45,9 31,9 - - 31,9 14,1 - - 14,1 91,9 1,2 0,4 93,5 6,5 0,3848

24 21,5 0,4770 - - - - 59,4 - - 59,4 26,3 - - 26,3 6,5 - - 6,5 92,1 1,1 0,3 93,5 6,5 0,4770

26 22,6 0,5804 23,5 - - 23,5 54,5 - - 54,5 14,2 - - 14,2 - - - - 92,3 1,0 0,3 93,5 6,5 0,5804

28 23,7 0,6948 32,7 - - 32,7 52,9 - - 52,9 6,7 - - 6,7 - - - - 92,4 0,9 0,2 93,5 6,5 0,6948

Разряд высот 5

4 5,5 0,0042 39,3 41,6 80,8 19,2 0,0042

6 7,4 0,0123 - - - - - - - - - - - - 21,7 - - 21,7 21,7 60,4 9,1 91,3 8,7 0,0123

8 9,1 0,0261 - - - - - - - - - - - - 65,7 - - 65,7 65,7 21,5 4,7 91,9 8,1 0,0261

10 10,6 0,0466 - - - - - - - - - - - - 81,7 - - 81,7 81,7 8,5 2,6 92,7 7,3 0,0466

12 12,0 0,0747 - - - - - - - - - - - - 86,9 - - 86,9 86,9 4,7 1,6 93,2 6,8 0,0747

14 13,4 0,1109 - - - - - - - - 16,7 - - 16,7 72,6 - - 72,6 89,2 3,2 1,1 93,4 6,6 0,1109

16 14,6 0,1558 - - - - - - - - 44,3 - - 44,3 46,1 - - 46,1 90,4 2,4 0,8 93,6 6,5 0,1558

18 15,8 0,2099 - - - - 24,9 - - 24,98 38,1 - - 38,1 28,2 - - 28,2 91,2 1,9 0,6 93,6 6,4 0,2099

20 17,0 0,2735 - - - - 34,4 - - 34,4 36,1 - - 36,1 21,2 - - 21,2 91,6 1,6 0,5 93,6 6,4 0,2735

22 18,0 0,3468 - - - - 45,9 - - 45,9 31,9 - - 31,9 14,1 - - 14,1 91,9 1,4 0,4 93,6 6,4 0,3468

24 19,1 0,4300 - - - - 59,4 - - 59,4 26,3 - - 26,3 6,5 - - 6,5 92,1 1,2 0,3 93,6 6,4 0,4300

26 20,1 0,5232 23,5 - - 23,5 54,5 - - 54,5 14,2 - - 14,2 - - - - 92,3 1,1 0,3 93,6 6,4 0,5232

28 21,1 0,6266 32,7 - - 32,7 52,9 - - 52,9 6,7 - - 6,7 - - - - 92,4 1,0 0,2 93,6 6,4 0,6266

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2/2009

47