Методы составления таблиц хода роста

Метод повторных наблюдений на постоянных пробных площадях.

При этом методе в избранном для изучения молодом насаждении закладывается постоянная пробная площадь, на которой производятся все необходимые первоначальные измерения и устанавливается ее исходная таксационная характеристика (число деревьев, состав, средние высота и диаметр, запас и др.). Затем в течение длительного периода времени (в пре- деле, в течение всей жизни насаждения) на этой постоянной пробной площади ведутся периодически повторяющиеся (через каждые 5...10 лет) аналогичные наблюдения и измерения. В результате полученные данные позволяют проследить динамику всех таксационных показателей в различные возрастные периоды жизни насаждения и составить табличную модель его роста и развития.

Среди всех методов составления таблиц хода роста изложенный метод наиболее точен и надежен. Однако, учитывая то, что продолжительность жизни многих древесных пород исчисляется десятками и даже сотнями лет, организовать преемственность таких длительных наблюдений и обеспечить сохранность объектов исследований очень сложно. Поэтому составленных этим методом таблиц хода роста практически нет или они ограничиваются только определенным возрастным периодом жизни насаждения.

С целью сокращения периода наблюдений и составления таблиц хода роста в более короткие сроки (10...20 лет), можно рекомендовать следующее (Гейер, 1857). В нескольких насаждениях, различающихся по возрасту на 20...30 лет, но относящихся к одному естественному ряду роста и развития, одновременно закладываются постоянные пробные площади, на которых с интервалом в 5 лет проводятся повторные (3...4 -кратные) обмеры и вычисляются все необходимые для составления таблиц хода роста таксационные показатели. При этом под естественным рядом понимается совокупность разных по возрасту, но однородных по биологическим и экологическим признакам (классу бонитета и типу, леса) насаждений, характеризующихся одинаковым ходом роста и развития.

Полученные на всех пробных площадях данные отдельно по каждому таксационному показателю (например, средней высоте) наносят на один общий график, на котором по оси абсцисс откладывают возрасты, а по оси ординат - средние высоты (рис. 6.5). Если концы отрезков кривых, полученных по данным отдельных пробных площадей, близки между собой и являются как бы продолжением один другого и их можно заменить одной общей кривой хода роста в высоту, то можно быть уверенным, что объекты наблюдений выбраны правильно, так как пробные площади заложены в однородных насаждениях, характеризующих один естественный ряд роста и развития. Если же данные какой-либо пробной площади будут сильно отличаться от общей кривой, то она, исключается из дальнейшего анализа, как относящаяся к другому ряду роста.

С аналогичных графиков, построенных по остальным таксационным показателям, снимают их выравненные значения для всего возрастного диапазона и таким образом получают данные для составления таблиц хода роста.

Достоинством метода, помимо сокращения времени на составление таблиц хода роста, является то, что он позволяет выявить величину отпада и общую продуктивность насаждения. Но несмотря на это, метод применяется редко, так как для его реализации требуется все же достаточно продолжительный (10 ..20 лет) период времени.

В научно-исследовательских работах и производственных условиях при необходимости составления таблиц хода роста в еще более сжатые сроки (1...2 года) чаще применяют другие методы, основывающиеся на данных однократных обмеров разных по возрасту насаждений, в которых закладываются временные пробные площади. Основным условием, определяющим качество таблиц хода роста при этих методах их составления, является правильный выбор насаждений, относящихся к одному естественному ряду роста и развития. В зависимости от того, как решается эта задача, различают несколько методов: аналитический, или метод указательных насаждений, статистический, или метод полосок, ЦНИИЛХа, ВНИИЛМа, типологический и их различные комбинации.

Метод указательных насаждений. Разработан в середине прошлого века (Т. Гартиг, 1847; Р. Гартиг, 1865) и развит трудами многих зарубежных и отечественных ученых.

Характерной особенностью метода является то, что подбор различающихся по возрасту насаждений одного естественного ряда роста и развития для закладки в них пробных площадей, производится не только по сходству условий местопроизрастания (типа леса) и режима выращивания, но и данных анализов стволов модельных деревьев. Для этого в высокополнотном (нормальном) и наиболее старом, так называемом указательном насаждении, отнесенном к выбранному для исследования типу леса (если таблицы составляются по типам леса) или классу бонитета (если в основу таблиц положен класс бонитета), закладывается пробная площадь. На ней перечислительными и измерительными методами определяют все таксационные показатели: среднюю высоту, средний диаметр, число деревьев, сумму площадей сечений, запас и т. д. Затем из числа наиболее крупных (имеющих нормальный рост в течение всей жизни) деревьев срубают несколько (3...5) моделей и производят их полный анализ, который позволяет установить ход роста этих деревьев по высоте, диаметру и видовому числу. По этой причине метод иногда называют аналитическим.

Руководствуясь выявленными путем анализа линиями хода роста (прежде всего в высоту), подыскивают другие, более молодые по возрасту насаждения, следя за тем, чтобы они по своим таксационным признакам, условиям местопроизрастания (типу леса) и режиму выращивания соответствовали показателям указательного насаждения.

Чтобы убедиться, что подобранные насаждения относятся к одному естественному ряду роста и развития, еще до закладки пробных площадей в них аналогичным порядком отбирают (из числа наиболее крупных), срубают и анализируют по несколько модельных деревьев.

Данные анализов всех моделей наносят на один общий график, где по оси абсцисс откладывают возрасты, а по оси ординат - высоты (диаметры).

Близкое совпадение линий динамики этих показателей с данными указательного насаждения свидетельствует о том, что подобранные насаждения относятся к одному естественному ряду роста и развития -(составляют отдельные его звенья). На рис. 6.6 показана схема расположения древостоев, относящихся к одному естественному ряду.

В подобранных таким путем насаждениях закладывают временные пробные площади, на которых обычным порядком определяют все таксационные показатели. В результате получают последовательный ряд данных, характеризующих изменение с возрастом таксационных показателей одной линии развития, начиная с самого молодого и кончая указательным насаждением. После графического или аналитического выравнивания полученных данных производят их взаимную увязку и составляют таблицы хода роста.

Число пробных площадей n, необходимое. для составления таблицы хода роста одного ряда развития, рассчитывают, исходя из заданной точности р определения таксационных показателей (обычно запаса) и их изменчивости C по формуле n=(t*Vd/P)²

Так, для достижения точности ±10% в определении запаса (при его изменчивости ±17 % ) и первом пороговом уровне доверительной вероятности (Р=0,683) необходимо заложить 3 пробные площади на каждый класс возраста: п=17²/10²=2,9=3. На втором пороговом уровне при t=1,96 объем выборки должен быть почти в два раза больше (6 ПП).

Общее число пробных площадей для всего ряда развития равно произведению этой величины на число классов возраста. Так, при возрасте указательного насаждения 160 лет и 20-летних классах возраста оно равно: n=3(160:20) =24.

Размеры пробных площадей выбираются с таким расчетом, чтобы число деревьев на каждом из них было около 200 (в молодняках несколько больше, а спелых и перестойных насаждениях несколько меньше).

Достоинством изложенного метода является то, что он обеспечивает объективный подбор насаждений одного естественного ряда и позволяет за короткий срок собрать необходимый для составления таблиц хода роста полевой материал. Недостатком его следует считать отсутствие уверенности в правильном выборе самого указательного насаждения, что может от- разиться на точности подбора остальных более молодых звеньев этого ряда.

Метод ВНИИЛМа. Основывается на выявленных закономерностях в ходе роста насаждений. Главной отличительной особенностью метода является то, что для выявления динамики всех основных таксационных показателей (высоты, диаметра, суммы площадей сечений, видового числа и текущего прироста по запасу) насаждений используются предложенные выше системы типовых моделей роста (см. табл. 6). Это позволяет резко сократить необходимый объем экспериментального материала и составлять таблицы хода роста по данным пробных площадей, закладываемых лишь в трех опорных возрастах: начале, середине и конце исследуемых рядов роста. Восстановление линии роста во всех промежуточных возрастах осуществляется с помощью типовых моделей, подбираемых либо непосредственным сравнением табличных и опытных данных в опорных возрастах (такое сравнение можно делать и графически), либо путем вычисления и сравнения числовых показателей К характеризующих тип кривой хода роста:

где Т₁ Т₂ Т₃ - значения таксационного показателя в начале, середине и в конце ряда.

Пример. Допустим, что по данным пробных площадей, характеризующим рост сосновых насаждений одного ряда развития, получены следующие значения средних высот, м: в 50 лет 13,8, в 100 лет 21,3, 150 лет 24,2. Вычис- ленный по этим данным коэффициент К равен: К=(24,2 - 13,8):21,3=0,488.

А налогичные коэффициенты, полученные по данным таблицы типов роста в высоту (см. табл. 6), равны:

Сравнение К, полученного опытным путем с табличными показывает, что экспериментальный ряд может быть характеризован 8 (точнее 7,8) типом ро- ста.

Теперь, чтобы восстановить ход роста в высоту всего исследуемого ряда, достаточно умножить значение абсолютной высоты в 100 лет (21,3 м) на индексы высот таблицы типов роста для 8 (точнее 7,8) типа роста (табл. 7).

7 . Ход роста в высоту сосновых насаждений

Сравнение полученных таким путем данных с фактическими (взятыми из таблиц хода роста Миловановича и Оленичева для Среднего Урала) обнаруживает почти полное их совпадение, что служит подтверждением как приемлемости самого метода, так и правильности произведенных расчетов.

Если возрасты опорных точек окажутся не кратными значениям возрастного интервала таблиц типов роста, их промежуточные величины находятся линейной интерполяцией.

Описанным способом устанавливается ход роста по всем перечисленным выше основным таксационным показателям. Остальные находятся по известным функциональным связям.

Выбор положения опорных точек возрастного ряда определяется требованием соблюдения достаточной удаленности их друг от друга, возрастом указательного (самого старшего) насаждения и конструктивными особенностями системы типов роста. Для хвойных и твердолиственных пород в качестве придержки рекомендованы 50, 100 и 150 лет, для мягколиственных - 20, 50 и 80 лет.

Объем экспериментального материала, рассчитанный из необходимости получения 5 %-ной точности таксационной характеристики насаждений в опорных возрастах и выявления типичной для них линии роста, равен 10 пробным площадям: 4 в начале и по 3 в середине и конце ряда.

Из других принципиальных положений метода отметим следующие:

1. Метод позволяет составлять таблицы хода роста как по классам бонитета, так и типам леса. В первом случае класс бонитета для всего ряда развития устанавливается по возрасту и средней высоте только указательного насаждения.

2. Подбор пробных площадей одного естественного ряда развития осуществляется по методу указательных насаждений. Принадлежность самих указательных насаждений к исследуемому естественному ряду устанавливается путем уточненной оценки его основных таксационных показателей. Подбор пробных площадей в двух других опорных возрастах производится по сходству типов леса и значений верхней высоты и доминирующего диаметра с данными анализа трех наиболее крупных стволов указательного насаждения.

3. Пробные площади закладываются в сомкнутых, одновозрастных и чистых по составу насаждениях с отсутствием признаков нарушения нормального хода развития. В качестве дополнительных критериев для оценки степени нормальности выбранных насаждений используются эталонные значения сумм площадей сечений и соотношения средних диаметров и высот нормальных насаждений (берутся из таксационных справочников).

4. Перечет деревьев на пробных площадях производится с делением на растущие и отпад (вместо прежнего субъективного деления насаждения на главную и подчиненную части).

5. Общая продуктивность всего насаждения определяется через показатели текущего прироста по запасу.

По оценке ряда исследователей, осуществивших проверку метода, он прост и доступен по технике исполнения, обеспечивает объективность подбора естественного ряда, надежность и точность получаемых результатов при экономии трудовых и денежных затрат в 2...3 раза по сравнению с другими известными методами.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХОДА РОСТА ДРЕВОСТОЕВ

При анализе, контроле качества имеющихся и составлении новых таблиц хода роста следует иметь в виду следующие наиболее общие закономерности роста насаждений:

1. Общей тенденцией географического (зонального) различия роста насаждений является понижение с ухудшением природных (климатических) условий лесорастительного эффекта, который выражается в падении среднего класса бонитета, а в пределах одного и того же бонитета в постепенном переходе от типа ускоренного смолоду роста к замедленному.

2. Ухудшение природных условий в направлении от лучших в климатическом отношении районов к худшим действует на ход роста так же, как действует понижение класса бонитета в пределах одного и того же района. И в том и другом случае оно выражается в замедлении темпов роста в молодом возрасте.

3. Среди всех таксационных показателей, рассматриваемых в динамике, наиболее тесную связь с географическими районами обнаруживает ход роста в высоту, тогда как по другим таксационным, показателям она не обнаруживается. Следовательно, класс бонитета и тип роста в высоту являются хорошими количественными индикаторами совокупного влияния всего комплекса природных факторов на рост леса.

4. В разных географических районах при определенном соотношении между компонентами природного комплекса могут быть созданы условия, дающие одинаковый лесорастительный эффект. Следовательно, ход роста насаждений, произрастающих в самых различных. районах, характеризуемых иногда резко различной природной обстановкой, может быть сходным и отражаться одной типовой линией роста. Однако в пределах одного географического района между классами бонитета и типами роста есть тесная связь, согласно которой каждому классу бонитета соответствует своя наиболее вероятная линия хода роста. Это позволяет на ограниченном по объему опытном материале, используя типовые модели,. составлять местные таблицы хода роста, а для районов, где они имеются, установить их место в общей системе таблиц.

5. В нормальных древостоях динамика всех основных таксационных показателей тесно связана с ходом роста в высоту. Вследствие этого нормальные насаждения, имеющие одинаковый ход роста в высоту, имеют и близкие линии динамики остальных таксационных показателей независимо от их географической принадлежности и условий местопроизрастания.

6. Любые древостои, достигающие в равные возрасты максимальных и равных значений текущего прироста; имеют близ- кие естественные линии динамики анализируемого показателя. Поэтому для выявления хода роста этого показателя (подбора типового ряда) или сравнительной оценки их сходства и различия достаточно знать координаты точки кульминации текущего прироста. Чем выше абсолютное значение максимума текущего прироста и чем раньше он кульминирует, тем большей энергией роста в молодом возрасте характеризуется древостой.

7. Для составления полных таблиц хода роста требуется выявить по экспериментальным данным лишь ход роста по высоте, диаметру, сумме площадей сечений, видовому числу и текущему приросту по запасу. Динамику остальных таксационных показателей, таких, как число деревьев, запас растущей части, отпад, общая производительность и др., можно установить расчетным путем по известным в лесной таксации функциональным зависимостям.

8. Связь рядов динамики таксационных показателей с ходом роста в высоту теснее, чем с возрастом, и она характеризуется более простыми функциями. Например, связь видовой высоты HF с высотой Н с высокой точностью отображается линейным уравнением вида HF = а+ bH. Использование этой связи для выравнивания таксационных показателей дает лучшие результаты, чем связь с возрастом.

9. Из других более простых закономерностей при анализе динамики таксационных показателей следует иметь в виду следующие:

• число деревьев растущей части древостоя с увеличением возраста непрерывно уменьшается по гиперболической кривой;

• в нормальном древостое до возраста естественной спелости (возраста, в котором величина текущего прироста по запасу становится равной запасу отпада) его средние высота и диаметр, сумма площадей сечений, запас и общая производительность непрерывно повышаются.

Динамика этих показателей с возрастом, как правило, отображается S-образной кривой;

• в древостоях одной породы и одинакового возраста с ухудшением условий местопроизрастания (снижением класса бонитета) число стволов на единице площади увеличивается, а в древостоях, имеющих одинаковые высоты, уменьшается;

• в древостоях одной породы и одинакового возраста с ухудшением условий местопроизрастания значения средних высот и диаметров, сумм площадей сечений, запасов растущей части, прироста и общей производительности уменьшаются, а значения видовых чисел увеличиваются;

• сумма площадей сечений и запас нормальных насаждений есть функция средней высоты и класса бонитета — при одинаковых Н_ср с ухудшением условий местопроизрастания (снижением класса бонитета) значения ZG и М несколько уменьшаются;

• с увеличением высоты видовое число f и коэффициент формы q₂ уменьшаются; видовое число приближенно равно квадрату коэффициента формы f=q₂²,

• в древостоях одной породы, имеющих одинаковые средние высоты, с ухудшением условий местопроизрастания полнодревесность стволов несколько повышается;

• при равных высотах, диаметрах и коэффициентах формы стволы всех древесных пород имеют близко равные видовые числа и объемы;

• в нормальных насаждениях между средними диаметрами D и высотами Н есть тесная зависимость (коэффициент корреляции 0,900), причем с увеличением возраста и ухудшением условий местопроизрастания соотношение D/Н имеет тенденцию к повышению;

• точка пересечения линий динамики среднего и текущего при- ростов (среднего и текущего изменения запасов) с ухудшением условий местопроизрастания сдвигается по оси абсцисс вправо (возраст количественной спелости повышается);

• среднее по высоте и диаметру дерево является близким к среднему по видовому числу и объему, но не всякое такое дерево является средним по типу роста и приросту.

Хорошим техническим инструментом проверки качества полных таблиц хода роста являются показатели отпада, динамика которых подчиняется следующим закономерностям и связям:

• число деревьев отпада и процент отпада по запасу с увели- чением возраста непрерывно снижаются по гиперболическим кривым;

• величина отпада по запасу до определенного возраста увеличивается, достигая своего максимума в возрасте кульминации текущего прироста, а затем медленно снижается; при этом возраст кульминации запаса отпада с ухудшением условий местопроизрастания сдвигается по оси абсцисс вправо (возрастает);

• в древостоях одной породы и возраста запас отпада в абсолютных величинах (в кубометрах) с улучшением условий местопроизрастания повышается, а в процентах снижается;

• удельный вес суммарного отпада в общей производительности, а также по отношению к запасу растущей части насаждения повышается с увеличением возраста и ухудшением условий местопроизрастания;

• высота, диаметр и объем среднего дерева отпада до возраста естественной спелости меньше аналогичных показателей среднего дерева растущей части, но с увеличением возраста их значения постепенно сближаются.