Таксация древесного прироста Определение прироста деревьев

Понятие о приросте. Камбиальный слой ствола и ветвей ежегодно в течение вегетационного периода откладывает новый слой древесины, а меристематические клетки верхушечной почки увеличивают высоту дерева и длину ветвей. В результате ствол и ветви растут, т. е. увеличиваются в размерах. Это естественное увеличение размеров дерева называется приростом. Особое значение имеет прирост ствола. Он зависит от древесной породы, от условий местопроизрастания, от возраста деревьев и хозяйственных мероприятий.

С наступлением весны на деревьях начинает откладываться так называемая весенняя часть годичного слоя. Летом деревья наращивают вторую часть годичного слоя, состоящую из более уплотненных элементов древесины. Различная плотность строения весенней и летней частей годичного слоя хорошо заметна на срезах стволов, благодаря чему по числу годичных слоев можно определить возраст дерева.

Ствол дерева можно рассматривать как множество конусообразных тел, нанизанных одно на другое. По числу годичных слоев в сечениях, расположенных выше основания ствола, можно найти число лет, которое потребовалось дереву для наращивания части ствола, расположенной над данным сечением. Наличие годичных слоев позволяет определить высоту дерева в любой период его жизни.

Самой старой является древесина, находящаяся внутри комлевой части ствола. Поэтому для точного определения возраста дерева нужно установить число слоев в сечении, взятом у основания ствола или у шейки корня.

При ориентировочном определении возраста дерева подсчитывают слои на пне срубленного дерева, затем срезают у шейки корня одно из деревцев окружающего подроста. Подсчитав число слоев у основания деревца, отрезают от него часть ствола, равную высоте пня большого дерева. На срезе подсчитывают число годичных слоев и вычитают их из числа слоев, найденных у основания деревца. Сложив разность с числом слоев, оказавшихся на пне крупного дерева, получают возраст дерева.

У хвойных деревьев и твердолиственных пород годичные слои чаще всего можно хорошо видны. Лучше их видно на хорошо отполированном срезе.

В результате объедания листвы или хвои насекомыми или побивания морозами у деревьев образуется двойное годичное кольцо. Двойные кольца не всегда формируют полную окружность. Это позволяет отличать их от настоящих. Иногда после осенних холодов наступает теплая погода и дерево формирует вторичные (ивановы) мутовки с отложением вторичного кольца древесины. Это кольцо бывает более узкое и его можно легко распознать.

Бывают и обратные случаи, когда у деревьев, растущих на бедных почвах, не хватает питательных веществ на ежегодное отложение древесины, и в нижней части ствола отдельные годичные кольца могут выпадать.

При установлении возраста срубленного дерева счет ведут в направлении от периферии ствола к центру, отмечая слои по десяткам. Для проверки результата подсчет ведет по двум перпендикулярным радиусам.

У некоторых лиственных пород, например березы, осины, клена, липы, ивы, довольно часто на поперечных сечениях годичные слои плохо заметны и подсчитать их довольно трудно. В таких случаях рекомендуется отпилить от торца дерева пластинку толщиной до 0,5 см, равную половине торца, и по диаметру полученного круга сделать косой срез. Если рассматривать заостренный край полукруга на свет, все годичные кольца будут отлично видны. У молодых сосновых деревьев возраст можно определить по мутовкам. Угнетенный подрост имеет очень тонкие годичные слои, которые можно увидеть только с помощью достаточно мощных луп.

Средний и текущий приросты. В лесной таксации различают два вида прироста: средний и текущий.

Средним приростом считают величину, на которую в среднем в единицу времени (чаще всего год) на протяжении всей жизни дерева или насаждения изменяется абсолютная величина одного из перечисленных выше таксационных показателей. Средний прирост определяется путем деления абсолютной величины таксационного показателя на возраст дерева.

Текущий прирост представляет собой величину, на которую изменяется данный таксационный показатель в определенное время жизни дерева, например за последний год. Он представляется как разность в величине того или иного таксационного показателя в данный момент и год назад.

Величину изменения таксационных показателей дерева за год точно измерить трудно, так как она весьма незначительна, а таксационные измерения имеют незначительную точность. Поэтому чаще всего текущий годичный прирост определяют по разности таксационных показателей не за один год, а за 5, 10, 15 и другое количество лет. Например, текущий годичный прирост по объему рассчитывают из периода в 10 лет.

При таком определении получают, строго говоря, не текущий прирост, а средний периодический прирост, то есть средний прирост за исследуемый период.

Текущий прирост дерева обозначается буквой Z, средний - . При определении прироста какого-нибудь таксационного признака добавляют буквы, принятые для его обозначения (по высоте h, по диаметру d, по площади сечения g, по объему V, по видовому числу f, по запасу M).

В изменении приростов по объему у дерева, или насаждения, наблюдаются два периода. В первый период средний прирост хотя и возрастает, но текущий прирост неизменно оказывается выше среднего; во второй период оба вида прироста уменьшаются, причем текущий прирост оказывается меньше среднего. В момент равенства приростов средний прирост достигает максимума, а затем начинается уменьшаться. В силу каких то отклонений в погодных условиях, особенностях меняющихся условий роста дерева иногда соотношения между средним и текущим приростами могут не совпадают с изложенными выше.

Несмотря на неизбежные отклонения в соотношении приростов от рассмотренной схемы, она может служить в известной мере нормативом, который поможет вскрыть особенности развития и роста отдельных деревьев и насаждений.

Определение абсолютного объемного прироста срубленных деревьев. Для нахождения абсолютного объемного прироста на срубленном дереве рекомендуется следующий простейший способ. У срубленного дерева срезают вершину. Затем на середине длины ствола измеряют диаметр без коры. В этом месте приростным буравом определяют прирост по диаметру на n лет. Из величины диаметра без коры вычитают прирост по диаметру и находят диаметр n лет назад. Зная длину обезвершиненного ствола и диаметр его в настоящее время и n лет назад, можно по простой формуле срединного сечения найти объемы. Разность этих объемов, сложенная с объемом срезанной вершины и разделенная на n лет, дает текущий прирост по объему за год:

L₁ - ₁L₁ + V_в ( - ₁)L₁ + V_в

Z_v = ^{-------------------------------} = ^{------------------------------},

n n

где  - площадь сечения без коры на середине обезвершиненного ствола;

₁ - площадь сечения ствола на середине длины n лет назад;

L₁ - длина обезвершиненного ствола;

V_в - объем вершины, которая определяет прирост по высоте за n лет.

Объем вершины определяется по формуле объема конуса. Будучи при определении прироста за год уменьшен в 10 раз, этот объем составит ничтожно малую величину, которой можно пренебречь. Объем текущего прироста в этом случае находят по формуле:

( - ₁)L₁

Z_v = ^{------------------------------},

n

Для более точного определения текущего прироста объем обезвер- шиненного ствола можно вычислить по сложной формуле срединных сечений, разметив ствол на определенное число отрезков.

Проф. А. В. Тюрин разработал метод определения текущего прироста по боковой поверхности древесного ствола без коры и ширине годичных слоев. Если площадь боковой поверхности ствола обозначить через S_c, а среднюю ширину годичного слоя через t, прирост по объему будет равен

Z_v = S_сt

Для определения площади боковой поверхности ствола его делят на n равных частей. Получаемые короткие отрезки можно рассматривать как цилиндры. Боковая поверхность каждого из этих цилиндров равна:

S_ц = l,

где  - диаметр на середине отрезков;

l - длина этих отрезков

Боковая поверхность всего древесного ствола будет равна

S_c = (₁ + ₂ + ₃ + ... + _n)l + S_вер.

где S_вер. - боковая поверхность вершинки.

Площадь боковой поверхности вершины ничтожна мала, поэтом ею можно пренебречь и формула в этом случае примет следующий вид:

S_c = (₁ + ₂ + ₃ + ... + _n)l

Отсюда формуле определения прироста по объему можно придать вид:

Z_v = 3,14 (₁ + ₂ + ₃ + ... + _n)lt

где t - средняя ширина годичного слоя, которую можно найти путем измерения ширины годичного слоя в разных сечениях ствола.

При определении средней ширины годичного слоя надо измерять ширину нескольких слоев (5-10) и из полученных результатов измерения вывести среднюю величину.

Формула Тюрина несколько преувеличивает величину прироста. Это объясняется тем, что последний слой у дерева наращивается на боковую поверхность, которую оно имело год назад. Поэтому диметры ствола в разных сечениях, являющихся основанием для вычисления его боковой поверхности, должны быть уменьшены на ширину годичного слоя.

У крупных стволов поправка, уточняющая боковую поверхность, получается весьма незначительной и не имеет практического значения. У тонких же молодых деревьев оно оказывает заметное влияние на величину текущего прироста, и в этих случаях ее следует вводить в расчеты.

Большая доля прироста по объему откладывается в нижней части ствола. Поэтому при вычислении прироста по формуле проф. Тюрина среднюю ширину годичного слоя следует выводить из результатов измерений ширины годичных слоев в нижней части ствола. Уподобляя древесный ствол цилиндру, имеющему такую же высоту, как и ствол, а основание, равное его срединному сечению, боковую поверхность ствола можно вычислить по следующей простой формуле:

S_c = dL,

где d - диаметр на середине ствола;

L - длина ствола;

Умножив площадь боковой поверхности на среднюю ширину годичного слоя, находят прирост по объему

Z_v = dLt.

Если необходимо точно определить прирост отдельного дерева, надо применять один из способов, основывающиеся на измерениях каждого отрезка, на которые размечается древесный ствол. При учете прироста множества деревьев можно исходить из средних данных. Для получения их надо определить прирост у каждого дерева путем измерения на одном из сечений.

Возможен промежуточный способ определения прироста, при котором ствол делят на три или четыре части и для каждой из них находят боковую поверхность и ширину годичного слоя по измерениям, производимым на середине этих частей.

Профессор Б. А. Шустов для определения текущего прироста срубленного ствола предлжил простую формулу для его определения:

∆v = К(D_1.3D_1/2H – d_1.3d_1.2h), где

D_1.3, D_1.2 – диаметры дерева без коры на 1,3 м и на 1/2Н в настоящее время,

d_1.3, d_1/2 – то же n лет тому назад,

Н, h – высоты деревьев сейчас и n лет назад

Значение коэффициента К в зависимости от q₂ следующие:

q₂ 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80

К 0,53 0,54 0,55 0,56 0,57

Для точных исследований необходимо применять сложную (секционную) формулу срединного диаметра. Для целей практики допустимо и целесообразно проводить учет прироста по 10 секциям.

В этом случае на срубленном стволе сначала измеряют величину прироста по высоте за n лет (∆_n), после чего длина обезвершиненного ствола (Н_n) размечается на 10 равных секций, по середине которых измеряются диаметры без коры и вычисляются площади сечений (g) сейчас и n лет назад (γ). Объемный прирост за n лет в м³ вычисляется по формуле

Δv = 0,1Н_n(Σ_g – Σ_γ) + объем вершинки,

где Σ_g – сумма площадей сечений по диаметрам сейчас

Σ_γ – то же n лет назад

По исследованиям М. Л. Дворецкого при определении текущего прироста по 10 секциям среднеквадратические ошибки составляют ±1,85%, наибольшая ошибка – + 3,5 и наименьшая – – 4,0.

Определение процента текущего прироста к растущего дерева. Абсолютная величина текущих приростов не позволяет судить об энергии роста деревьев, так как величина годичного прироста зависит от размеров дерева. Поэтому, чтобы легче было сопоставить данные, относящиеся к отдельным деревьям и насаждениям, и для сравнения силы роста отдельных деревьев рекомендуется определять процент текущего прироста. Для растущего дерева процент прироста можно определить только приближенно. Процент текущего прироста по объему можно определить способом Шнейдера.

К

Р_V^T = ^------,

dn

где К - коэффициент, изменяющийся от 400 до 800 в зависимости от энергии роста и протяженности кроны по стволу (табл. 32);

d - диаметр на высоте груди без коры;

n - число слоев в последнем сантиметре радиуса.

Ошибка при определении процента прироста этим способом может быть значительной, так как сказывается влияние субъективного фактора при глазомерной оценке энергии роста дерева. Однако сравнивать приросты отдельных деревьев этим способом можно.

Таблица 32. Определение коэффициента К

Высота прикрепления кроны по отношению к	Величина коэффициента К при росте дерева в высоту
Высоте дерева	прекратившемся	слабом	умеренном	хорошем	очень хорошем	превосходном
Ниже 1/2 высоты	400	470	530	600	670	730
Между 1/2 и 3/4	400	500	570	630	700	770
Выше 3/4	400	530	600	670	730	800

Более точно определить процент прироста можно у срубленных деревьев.

Определение процента текущего прироста срубленных деревьев.

Величина годичного прироста зависит от размеров самого дерева, поскольку объем ежегодно откладываемого слоя древесины обусловлен массой, накопленной деревом за предшествующие годы. Поэтому для определения текущего прироста деревьев можно применить правило сложных процентов, основанное на формуле

V = V_n  (1,0p)ⁿ,

где V - объем дерева в данный момент;

V_n - объем дерева n лет назад;

p - процент ежегодного прироста;

n - число лет, за которое вычислен прирост.

П роцент текущего прироста соответственно будет определяться по следующей формуле:

n V

p = 100 ^_______  1

V_n

Так как текущий прирост в разные периоды неодинаков, его процент будут изменяться. Между тем принцип сложных процентов предполагает неизменность процента хотя бы в течение некоторого промежутка времени. В связи с этим следует признать, что формула сложных процентов характеризует динамику роста деревьев довольно схематично. Вычисленный по ней процент текущего прироста может служить лишь ориентировочной мерой роста деревьев.

В широкой таксационной практике для определения текущего прироста чаще пользуются формулой простых процентов.

Текущий прирост деревьев по высоте в линейных мерах определяется по формуле

h_а  h_a-n

Z_h = ^{-----------------}

n

Такая величина прироста наблюдается в период, когда возраст дерева изменяется от a  n и a.

Поэтому, по предложению проф. Пресслера, текущий прирост по высоте и других таксационным показателям выражают в процентах от их среднеарифметических значений, равных h_a + h_a-n

2

В этом случае процент прироста по высоте будет равен:

(h_а h_a-n) 100

Z_h 100 n h_а h_a-n 200

p_h = ^{------------------------} = ^{----------------------} = ^{-----------------  -----------}

h_a + h_{a  n} (h_а h_a-n) h_a + h_a-n n

^{--------------------} 2

2

Прирост по диаметру ствола чаще всего определяют на основе обмеров на высоте груди.

Линейная величина текущего прироста по диаметру может быть выражена в процентах по отношению к среднеарифметическому за изучаемый период диаметру:

d_a - d_a-n 200

p_d = ^{---------------}  ^----------

d_a + d_a-n n

Аналогично определяется текущий прирост по площади сечения.

Формула Пресслера для любого таксационного показателя будет иметь вид :

Т_a - Т_a-n 200

p_Т = ^{---------------}  ^----------

Т_a + Т_a-n n

где Т - любой таксационный признак (высота, диаметр, площадь сечений, объем).

Обычно годичный прирост вычисляют по десятилетиям за весь период жизни дерева. В практике лесного хозяйства может возникнуть необходимость установить прирост за более короткий промежуток времени. В этом случае техника расчетов прироста остается той же, но вычисления ограничиваются заданным периодом времени.

При таксационных расчетах может возникнуть необходимость знать в процентах не только текущий, но и средний прирост.

Если средний прирост в возрасте а обозначить через , а объем таксируемого ствола через V, получим следующую формулу для определения процента среднего прироста:



p_v = ^----  100

V

Средний прирост равен абсолютной величине таксационного показателя, деленного на возраст дерева, т. е. в данном случае V/a. Тогда

V 100 100

p_v = ^{---------------} = ^---------

aV a

Из этой формулы следует, что процент среднего прироста для любого таксационного признака (объема, высоты, площади сечения и др.) зависит только от возраста. например, процент среднего прироста всех 50-летних деревьев как по объему, так и по высоте и любому таксационному показателю равен 100 : 50 = 2.

Анализ древесного ствола. Анализом ствола называются специальные исследования, ставящие своей задачей изучить динамику оста дерева или изменение с возрастом его размеров.

Выбор дерева для анализа ствола зависит от цели исследования: в одних случаях выбирают самое толстое и самое высокое, в других - среднее для данного насаждения дерево. Исследователь, задавшийся целью произвести анализ ствола, должен выбирать не случайное дерево, а типичное, удовлетворяющее поставленной задаче.

Выбранное для анализа дерево прежде всего нужно описать на корню. В описании следует указывать, к какому классу развития оно относится, какая у него форма кроны, размеры ее проекции, на каком расстоянии находятся соседние деревья, как они расположены по отношению к анализируемому дереву, их породу, диаметр на высоте груди и высоту. Необходимо также подробно описать природную обстановку, в которой возникло и росло дерево (местоположение, почву, характер окружающего насаждения, подрост, подлесок, напочвенный покров), указать степень очищенности ствола от сучьев и прочие сведения. Все эти данные заносят в особый бланк.

У анализируемого дерева отмечают северную и южную стороны и устанавливают местоположение шейки корня. От правильности его установления зависит точность определения возраста.

Прежде чем спилить дерево, необходимо подготовить вокруг него место, чтобы было удобно работать пилой и топором, тщательно очистить шейку корня от мха и наслоений подстилки, а если она углублена несколько в землю - также от земли.

Затем выбирают направление валки с таким расчетом, чтобы оно не зависло на окружающих деревьях. В том месте, где дерево должно упасть, кладут поперечные подкладки, чтобы его удобнее было разделывать.

При валке дерева нужно принять все меры, чтобы не испортить нижний срез дерева и чтобы при падении дерева сохранились все части ствола вплоть до самой вершины.

У срубленного дерева прежде всего измеряют расстояние от основания ствола до первого мертвого и первого живого сука, затем до начала кроны. Ствол очищают от сучьев, обязательно сохраняя его вершину, и размечают на отдельные отрезы (рис. ).

0 1,3 3,6 5,6 7,6 9,6 11,6 13,6

1 П Ш 1У У У1 УП

Рис. Схема разметки ствола при анализе

Длина всех отрезов может быть одинакова или первый отрез делают равным удвоенному расстоянию от шейки корня до высоты груди, т. е. 2,6 м. Остальные отрезы намечают длиной по 2 м. В первом случае удобнее проводить камеральные расчеты, во втором сокращается раскряжевка на один рез. Может быть принята и другая длина отрезов, в зависимости от цели анализа ствола и требуемой точности исследования.

При делении ствола на отрезы отмечают их середины, т. е. места, где должны быть вырезаны кружки для анализа. Последний кружок выпиливают у основания вершины. В местах, намеченных для выпиливания кружков, обозначают северную и южную стороны, руководствуясь пометками стран света, сделанными на высоте груди и у шейки корня на стоящем дереве.

Выпиливать кружки начинают от основания к вершине, причем первый рез делают на месте отметки, а второй - отступя от него к вершине на толщину кружка. Если отметка придется на основании сучьев, ее переносят несколько ниже их.

Толщина кружков должна быть от 1 до 4 см в зависимости от диаметров сечений. Кружки необходимо выпиливать перпендикулярно оси ствола.

Каждому отпиленному кружку дают определенный номер. При этом соблюдается следующий порядок нумерации. Если дерево для анализа взято на пробной площади, то на кружке в числителе пишется номер пробы и модели, а в знаменателе номер кружка. Если дерево не связано с пробой, то указывается номер дерева и номер кружка. Если дерево взято только одно, то пишется только номер кружка. Надписи делают на верхней части кружка, обращенной к вершине, а нижнюю часть используют для измерений и подсчета годичных колец.

Вырезанием кружков заканчивается работа по анализу ствола в лесу. Дальнейшие исследования производят камеральным путем. Обработку кружков надо начинать немедленно, так как при длительном хранении они растрескиваются, коробятся и усыхают.

У обрабатываемого кружка следует сначала сгладить поверхность, на которой должен производиться отсчет годичных колец, чтобы их лучше увидеть. Иногда срезы для этого шлифуют, или на срезах острой стамеской вырезают желобки в направлении диаметров с севера на юг и с востока на запад.

Затем на кружках подсчитывают годичные слои. Считают их обычно десятками или по пять штук. На нулевом срезе подсчет ведут от центра (сердцевины) к периферии. Каждые десять или пять слоев отделяют, обводя карандашом по годичному слою.

На остальных кружках , начиная с первого, счет годичных слоев ведут от периферии к сердцевине. Сначала от периферии откладывают неполный десяток или пяток годичных колец, который получился при подсчете на нулевом кружке, а далее ведут счет по десяткам или пятеркам. Такой порядок разметки годичных слоев важен потому, что дает возможность определять размеры анализируемого ствола в разные периоды его жизни.

Допустим, что анализируемый ствол имеет возраст 73 года. Если на всех выпиленных кружках отсчитать в направлении от периферии к центру с обоих концов диаметра сначала три слоя, а затем десять слоев и измерить ширину, занимаемую этими кольцами, то можно определить диаметр ствола в 70 и 60 лет. Для более точного определения ствола измерения производят по взаимно перпендикулярным диаметрам и вычисляют среднее значение диаметра. Таким способом можно найти диаметры дерева в 10, 20, 30 и т. д. лет. Диаметры измеряют с точностью до 0,25 мм.

Диаметры кружков, относящиеся к разным периодам заносят в соответствующие графы ведомости анализа ствола и в результате получают для каждого периода диаметры на разной высоте.

По диаметрам на середине отрезков можно установить их объемы как объемы цилиндров. Сложив все отрезки и объем вершины находят объем ствола.

При анализе ствола в первую очередь необходимо установить ход роста в высоту. Для этого сравнивают число годичных слоев на вырезах, взятых на разной высоте от шейки корня.

Например, у шейки корня 65 слоев, а на высоте груди (1,3 м) 60 слоев. Вычтя из числа слоев нулевого сечения число слоев на высоте 1,3 м, находим, что дерево достигло высоты 1,3 м в 65 - 60 = 5 лет. На высоте, взятом на высоте 3,6 м, число слоев равно 56. Эту цифру вычитаем из 65. Полученная разность, равная 9 годам, определяет возраст , в котором дерево достигло высоты 3,6 м. Подобным образом можно найти возраст для всех последующих сечений, расположенных на разной высоте.

Установив высоту ствола в 5, 9, 13, 16 лет и т. д. можно построить график, отложив по оси абсцисс эти возрасты, а по оси ординат - соответствующие им высоты. Полученный ряд точек соединяют плавной линией, которая является кривой хода роста анализируемого ствола в высоту. При помощи этого графика находят высоту, которую ствол имел в 10, 20, 30, 40, 50, 60 лет. Полученные данные заносят в ведомость анализа ствола.

По этим данным можно построить и продольное сечение ствола, а также определить объем ствола в указанные периоды.