Строение по высоте

В любом однородном насаждении деревья бывают разной высоты. В то же время здесь наблюдаются определённые закономерности в распределении высот. Исследование строения по высоте показало, что закономерности, установленные для рядов по диаметру, подтверждается и здесь: ряды одновершинные, близки к нормальной кривой.

Исследование строения по высоте проводили А.В.Тюрин, Н.В.Третьяков, А.Г.Мошкалёв, Ф.П.Моисеенко. Ими найдены параметры кривых распределения по высоте, а также изучено распределение деревьев по высоте внутри ступеней толщины. Показано, что в пределах ступени толщины высоты распределяются по нормальному закону. В древостоях, пройденных рубками ухода, асимметрия и эксцесс рядов по высоте отличаются от нуля.

Высота деревьев связана с положением дерева в насаждении. Связь эта характеризуется редукционными числами по высоте Rh, полученными путем деления высот деревьев на среднюю высоту насаждения h. В таблице 10.4. приведены редукционные числа, найденные А. Шиффелем и М.В. Давидовым для деревьев, занимающих в насаждении разное положение.

Изменчивость высоты деревьев в насаждении по данным А.В.Тюрина, А.Шиффеля, Н.В.Третьякова и других учёных, работавших до середины XX века, характеризуется коэффициентами вариации, изменяющимися от 6 до 10%. Высота деревьев в пределах ступени толщины изменяется меньше, чем в древостоях в целом.

Ф.П.Моисеенко, К.Е.Никитин,А.Г. Мошкалев, В.С.Моисеев провели в 50-х,70-х годах прошлого века детальное изучение изменчивости высот в древостое. Установлено, она характеризуется коэффициентами вариации, которые составляют 10 – 17%. При этом без учёта подчинённой части изменчивость высот не выходит за пределы 10%, в среднем 8 – 9%. Коэффициенты варьирования высоты зависят от возраста древостоя: чем старше, тем варьирование меньше.

Распределение высот по ступеням толщины показана в таблице 10.6.

Средняя высота, вычисленная для отдельных ступеней толщины, постепенно увеличивается от низшей ступени толщины к высшей. Эта связь высоты с диаметрами определяется, как мы уже говорили, кривой высот.По данным Н.П. Анучина, для описания кривой высот лучше других подходит уравнение параболы второго порядка:

,

где h — искомая высота; d — диаметр деревца;

а, b, с — некоторые постоянные коэффициенты.

Более поздние исследования Ф.П. Моисеенко, К.Е. Никитина, А.Г. Мошкалева, О.А. Атрощенко, В.Ф. Багинского показали, что парабола 2-го порядка непригодна для описания кривых высот. Последние имеют обычно 2-3 точки перегиба. Как показал М. Продан, полиномы 2-й степени завышают показатели в начале кривой и занижают их в конце. Для описания кривой высот нужны более сложные уравнения. Наиболее простым из них, но удовлетворяющим требованиям задачи, является парабола 3-го порядка.

20.

Древесный ствол как тело вращения и тело равного сопротивления. Форма древесного ствола. Образующая древесного ствола.

Методы определения объемов стволов

При учете лесных богатств страны главное внимание уделяется определению запаса древесины. Запас древесины выражается в основном в объемных величинах – кубометрах. Общая кубатура древостоя складывается из объема отдельных деревьев. Поэтому первичная задача при таксации лесов - нахождение объемов отдельных деревьев или их частей.

Для начала рассмотрим методы нахождения объема срубленных стволов, т.к. в этом случае мы можем провести любые измерения, многие из которых сделать на растущем дереве затруднительно. На срубленном дереве достаточно просто измерить его длину (высоту) и диаметр в любом месте дерева. Из курса математики мы знаем, что есть много формул для определения объема различных тел вращения: шара, цилиндра, параболоидов разных степеней, конуса, нейлоида. Поэтому, казалось бы, что найти объем дерева не сложно.

На самом деле это не так. В отношении древесного ствола дело осложняется тем, что дерево не является каким-то одним определенным телом вращения, т.е. точное нахождение его объема с помощью элементарных формул невозможно. К тому же следует учитывать, что определение объема ствола не должно отнимать много труда и средств, т.е. быть рациональным и экономически обоснованным. Для определения объемов и массы любых тел есть надежные физические методы измерения – весовой и ксилометрический.

Ксилометрический способ основан на известном законе физики: тело, погруженное в жидкость, вытесняет ее в объеме, равном своему объему. Весовой способ основан на другом законе физики: тело, погружаемое в жидкость, теряет в весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость. Для взвешивания разных предметов существует много разновидностей весов – от очень точных, учитывающих доли грамма, до таких, где взвешивают машины и вагоны.

Прибор для измерения объема древесной массы первым способом называется ксилометром (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 Ксилометры

Ксилометр представляет собой металлический цилиндр или ёмкость иной формы. Ксилометр с переменным уровнем воды имеет сбоку цилиндра кран, в который выставлена стеклянная трубка. Позади трубки установлена шкала. Шкала может быть подвижной и неподвижной. Есть и другие конструкции этого прибора, имеющего меньший или больший объем.

Ксилометр наполняют водой до уровня, совпадающего с нулевым делением шкалы. Если шкала подвижная, совмещение уровня воды с нулевым делением достигается путем передвижения шкалы. совместив нуль шкалы с уровнем воды в трубке. Затем погружают в воду кусок древесины и, чтобы он не всплывал, давят на него металлическим сетчатым кругом. Круг снабжен стержнем, закрепленным вверху ксилометра.

При погружении куска древесины уровень воды повысится. Число делений на шкале, соответствующее этому уровню, и составляет объем куска в принятых для ксилометра объемных единицах. Отсчет нужно проводить возможно быстрее, чтобы часть воды не успела впитаться в погруженную древесину.

Ксилометр с постоянным уровнем на определенной высоте также имеет кран. При пользовании таким ксилометром его наполняют водой до уровня крана и погружают в цилиндр кусок древесины. По количеству воды, которое при этом выльется через края, определяют объем погруженного куска.

В США проф. Г. Янгом сконструирован горизонтальный ксилометр размерами 70х70х610 см. Он изготовлен из древесины, пропитанной креозотом. Между древесиной, погружаемой в воду, и жидкостью предусмотрена прокладка из полиэтиленовой пленки для предохранения испытываемой древесины от смачивания. Ксилометр имеет счетное устройство с варньером. Точность отсчета – 0,0001 куб. фут.

Ксилометрический способ точен, но трудоемок и дорог. Его применяют при научных исследованиях, когда нужно определить объем относительно небольшого количества древесины. В Беларуси объем вырубаемой древесины достигает 14 – 15 млн. м³, в России – 250 – 300 млн. м³, а во всем мире он исчисляет в 4 – 5 млрд. м³. Понятно, что медленный и дорогой ксилометрический способ для исчисления таких объемов древесины не годится.

Сравнительно прост и дешев весовой способ измерения массы тел. Он успешно применяется для учета многих миллионов тонн зерна, металла, удобрений и других материалов. По весу нетрудно замерить и древесину. Осложняющим обстоятельством, затрудняющим применение этого метода, является различие в весе древесины в зависимости от ее влажности. При потере влаги древесина становится легче, причем эта потеря может происходить с неодинаковой скоростью. Наряду с потерей древесина способна и впитывать влагу. Чтобы привести вес древесины к «общему знаменателю» нужно проводить трудоемкие анализы. Поэтому по весу учитывают лишь небольшое количество наиболее ценной древесины, например, березу карельскую. Ее древесина ценится в 20 – 30 раз дороже, чем у обычной березы повислой. В силу описанных обстоятельств учет древесины во всем мире выполняют в основном в объемных единицах.

Для учета объемов деревьев необходимо знать форму древесных стволов – поперечную и продольную. Учитывая недостатки описанных методов, в практике лесной таксации объёмы древесных стволов определяют с помощью различных математических формул. При этом проводят замеры диаметров дерева на различной высоте и измеряют высоту дерева. Эти замеры позволяют сделать математическое описание поперечной и продольной формы стволов.