Исследование ошибок при оценке годичной продукции фитомассы насаждений двумя расчетными методами

ИССЛЕДОВАНИЕ ОШИБОК ПРИ ОЦЕНКЕ ГОДИЧНОЙ ПРОДУКЦИИ ФИТОМАССЫ НАСАЖДЕНИЙ ДВУМЯ РАСЧЕТНЫМИ

МЕТОДАМИ

Усольцев В.А., Мехренцев А.В., Бараковских Е.В., Залесов С.В., Норицина Ю.В.

It is stated that the method based on estimating stand primary production of biomass components (foliage, stems, branches or roots) by means of the equation involving only stand age and volume as independent variables gives errors 2-10 times more than the second method with the equation involving biomass indices too.

Сравнение двух методов оценки годичного прироста фитомассы лишь по коэффициентам детерминации уравнений, используемых для совмещения данных прироста фитомассы с данными ГУЛФ, недостаточно для объяснения 3-4 кратного расхождения в оценках, показанного в предыдущей нашей статье данного сборника. Для более корректного сравнения необходим анализ ошибок расчетных данных годичного прироста по фракционному составу, полученных по уравнениям, по отношению к фактическим исходным значениям названного прироста.

Первый метод включает расчеты по уравнению

Z/ М = ао + а1

где Zi - годичный прирост массы i-й фракции (ZF, ZB, ZS, ZR и Zv - соответственно хвои, ветвей, стволов, корней и нижних ярусов) в абсолютно сухом со-

-5

стоянии, т/га; М- запас стволовой древесины, м /га; А- возраст древостоя, лет.

Второй метод основан на использовании уравнений: для прироста фракций надземной массы

lnZ s , lnZB, lnZF = ао+ а1 lnPF +а1 lnA + а2 lnM ;

для прироста массы корней

lnZR= а0 + а1lnРR + а2 lnM ;

для прироста массы нижних ярусов

lnZu= ао + а^пРи + а2 lnM .

где PR и Ри - соответственно масса корней и нижних ярусов, т/га. Уравнения (2)-(4) включают в качестве независимых переменных не только А и М, но и значения фитомассы PF, PR и Pv, полученные ранее с помощью соответствующих уравнений. Судя по коэффициентам R , зависимости (1) в среднем на 62% менее детерминированы по сравнению с (2)-(4).

Сопоставим названные методы по величине ошибки, полученной путем сопоставления расчетных значений годичного прироста фитомассы (использование уравнений) с фактическими (данные пробных площадей). В качестве основы, по которой выполняется сравнение, взята база данных по годичному приросту фитомассы (Усольцев, 2007, приложение 16) в количестве 1040 определений для основных 8 лесообразующих пород, в том числе: естественные сосняки - 370, культуры сосны - 210, ельники - 180, лиственничники - 60, березняки - 90, дубняки - 60, букняки - 50 и липняки - 20.

Расчетная процедура состояла из двух этапов. На первом из них рассчитывались уравнения (1) (первый метод) и уравнения (2)-(4) (второй метод) по фактическим данным годичного прироста фитомассы по полному фракционному составу для каждой породы, приведенным в названном приложении. На втором этапе уравнения табулировали по тем же значениям прироста, по которым рассчитывали эти уравнения, и затем сопоставляли расчетные значения с фактическими, принимая последние за истинные. Полученные значения среднеквадра-тической ошибки и ошибки для всех случаев (с учетом числа наблюдений) приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Ошибки определения годичного прироста фитомассы по двум ва-_риантам расчета, в процентах к фактическому значению_

1 метод 2 метод

Фракция фитомассы Для одного Для всех Для одного Для всех слу-

определения случаев определения чаев

Сосна

Стволы 464,9 25,5 60,0 3,3

Ветви 16638,1 914,5 1469,7 81,5

Хвоя 283,1 15,4 35,9 2,0

Корни 1534,6 108,5 169,1 12,0

Надземная древостоя 125,7 6,9 41,3 2,3

Общая древостоя 124,7 9,0 53,3 3,9

Общая насаждения 63,6 5,1 57,4 4,6

Сосна

Стволы 224,3 15,0 161,2 11,4

Ветви 706,5 47,6 148,6 10,6

Хвоя 984,3 68,2 505,4 37,2

Корни 195,9 23,6 215,4 26,5

Надземная древостоя 37,8 2,6 44,8 3,3

Общая древостоя 27,7 3,3 64,7 7,8

Общая насаждения 19,9 3,9 20,3 4,0

Ель

Стволы 897,3 73,3 50,1 4,1

Ветви 1920,9 156,8 215,8 17,6

Хвоя 765,1 62,5 348,7 28,5

Корни 919,5 84,3 71,9 6,6

Надземная древостоя 186,0 15,2 54,0 4,4

Общая древостоя 126,8 11,6 53,3 4,8

Общая насаждения 38,6 5,1 31,2 4,1

Лиственница

Стволы 1065,1 146,3 45,3 6,2

Ветви 3148,2 432,4 98,1 13,5

Хвоя 840,5 109,4 480,9 62,6

Корни 1194,8 172,4 174,5 25,2

Надземная древостоя 460,0 58,0 39,8 5,1

Общая древостоя 448,3 62,8 36,8 5,3

Общая насаждения 73,6 11,9 35,2 5,8

Бе реза

Стволы 993,6 107,8 43,0 4,7

Ветви 2231,8 243,5 388,1 43,1

Листва 669,5 72,2 230,0 24,8

Корни 866,7 133,7 53,0 8,2

Надземная древостоя 250,6 27,0 30,7 3,3

Общая древостоя 76,5 11,8 29,0 4,5

Общая насаждения 33,2 5,6 33,9 5,7

Д [уб

Стволы 158,9 25,4 48,8 7,8

Ветви 890,3 144,4 129,2 21,0

Листва 61,0 8,4 25,6 3,5

Корни 2366,0 411,9 110,9 19,3

Надземная древостоя 37,3 5,4 30,6 4,4

Общая древостоя 35,8 6,5 38,6 7,2

Общая насаждения 16,3 4,0 51,5 12,5

Бук

Стволы 78,8 12,0 49,6 7,6

Ветви 389,2 64,0 123,5 20,3

Листва 68,7 11,3 29,5 4,8

Корни 172,1 27,2 42,0 7,2

Надземная древостоя 21,9 3,4 41,1 6,7

Общая древостоя 15,9 2,7 37,9 6,8

Общая насаждения 16,0 4,4 14,6 4,0

Липа

Стволы 124,8 29,4 35,4 8,3

Ветви 539,3 127,1 112,6 26,5

Листва 142,3 31,8 75,2 16,8

Корни 176,7 102,0 4,1 2,4

Надземная древостоя 29,2 6,5 30,7 6,9

Общая древостоя 18,6 10,7 9,2 5,3

-----^

Общая фитомасса древостоя равна сумме масс надземной и подземной; общая фитомасса насаждения равна сумме масс общей древостоя и нижних ярусов.

Для сравнения двух методов по точности оценки годичного прироста фитомассы рассчитаны значения величины ошибки (для всех случаев), средние по восьми породам (табл. 2).

Таким образом, установлено, что при оценке годичного прироста общей фитомассы насаждения (включая нижние ярусы) методы 1 и 2 равноценны по точности. Но при оценке прироста фитомассы по отдельным фракциям ошибка определения по методу 1 существенно выше, чем по методу 2: для массы стволов, ветвей и корней - в 8-10 раз и для массы хвои (листвы) - в 2 раза. Снижение различий в точности методов при оценке прироста в последовательности: надземная фитомасса древостоя ^ общая фитомасса древостоя ^ общая фитомасса насаждения (соответственно 3,4; 2,6 и 1,0) происходит вследствие компенсации ошибок оценки отдельных фракций при суммировании последних.

Таблица 2 - Сравнение ошибок (для всех случаев) при оценке годичного прироста фитомассы насаждений, выполненной по двум методам_

Сравниваемые методы__Ошибка оценки годичного прироста фитомассы насаждений

Стволы Ветви Листва (хвоя) Корни Надземная древостоя Общая древостоя Общая насаждения

Метод 1 (уравнение 1) 54,3 266,3 47,4 132,9 15,6 14,8 5,8

Метод 2 (уравнения 2-4) 6,7 29,3 22,5 13,4 4,6 5,7 5,8

Отношение ошибок, полученных по двум методам (1:2) 8,1 9,1 2,1 9,9 3,4 2,6 1

Литература

Усольцев В.А. Биологическая продуктивность лесов Северной Евразии: методы, база данных и ее приложения. -Екатеринбург: УрО РАН, 2007. -636 с.

Работа выполнена при поддержке РФФИ, гранты №№ 07-07-96010, 09-05-00508 и Программой Президиума РАН «Биоразнообразие и генетика генофондов».