Исследований

При подготовке к изданию настоящего раздела использованы методические разработки проф. В.М. Соловьева (Чернов, Соловьев, Нагимов, 2012).

Общие требования к закладке пробных площадей и работе на них. Насаждения искусственного происхождения имеют ту же общую компонентную структуру, что и естественные. Однако деревья в культурах обычно абсолютно одновозрастные. И это позволяет выявлять особенности роста, дифференциации деревьев и самоизреживания древостоев без учета различий в возрасте деревьев. Такие деревья в древостоях с естественной примесью культивируемой и других древесных пород необходимо распознавать, учитывать и описывать отдельно, то есть рассматривать в качестве особого элемента сложного древостоя; деревья лесных культур нужно отделять от естественной части сложного древостоя, которая должна быть разделена для описания на элементы, так как современная таксация выполняется по элементам леса (элементам сложных древостоев).

Пробные площади, закладываемые для изучения лесных культур, должны быть достаточными по размерам для выявления всех особенностей строения и состояния группировок древесных растений. Размер пробных площадей определяют по необходимому числу изучаемых деревьев, обеспечивающему определение их среднего диаметра с точностью не ниже 3%.

В лесотаксационной практике принято считать, что наличие на пробной площади 200 деревьев преобладающей породы обеспечивает достаточную точность определения таксационных показателей. Но такое число деревьев позволяет определять средний диаметр древостоя основного элемента леса с высокой точностью лишь в древостоях старшего возраста, где наблюдается минимальная изменчивость диаметров деревьев. В каждом конкретном изучаемом древостое необходимое число деревьев на пробной площади следует определять по формуле:

где: N – необходимое число деревьев изучаемой древесной породы, которое следуют отграничить на пробной площади;

t – критерий Стъюдента (показатель достоверности вывода, равный 2).

υ – коэффициент изменчивости (вариации) диаметра ствола деревьев (берётся из литературы или рассчитывается непосредственно по результатам измерений диаметра деревьев на пробной площади с использованием малой выборки);

p – заданная точность определения среднего диаметра (обычно 3%).

После определения необходимого числа деревьев устанавливают размер пробной площади. Для этого в древостое закладывают летучую пробною площадь размером 10 х 10 м и на ней учитывают число деревьев исследуемой породы.

Пример: Необходимое число деревьев (N) на пробной площади равно 500, а число деревьев на площадке размером 100 (10 х 10 м) равно 15. Отсюда размер пробной площади

Определяют величины сторон прямоугольника (квадрата и др.), чтобы его площадь была близка к расчетной. В данном примере пробная площадь может быть отграничена в виде прямоугольника со сторонами 50 х 60м (0,30га).

Учет деревьев на пробной площади сопровождают измерением диаметра на высоте груди ( ). Эти измерения могут проводиться с использованием соответствующей шкалы мерной вилки с точностью до 0,1 см или с меньшей точностью по нанесенным на другой стороне измерительной линейки ступеням толщины. Выбор способа и точности измерений зависит от выбора решаемых задач. При этом для правильного учета деревьев определяют размер и количество ступеней толщины. Наиболее полно закономерности распределения деревьев по любому признаку проявляются при величине ступени (класса), равной половине основного (стандартного) отклонения .

При нормальном распределении все значения признака не выходят за пределы 3 . Всего имеется 6 основных отклонений (от –3 до +3 ) или 12 половин. Отсюда число ступеней (классов) должно быть близкими к 12. Целесообразно устанавливать от 10 до 14 ступеней (классов). Для любого древостоя величину ступени толщины определяют до начала перечета, разделив разницу диаметров самых толстых (32 см) и тонких (6 см) деревьев элемента леса на число ступеней.

Пример:

В молодняках размер ступени устанавливают равным 1 см; 0,5 см и менее. Соответствующие ступени должны быть нанесены на измерительную линейку мерной вилки. Если диаметры каждого дерева измеряли по обычной шкале с точностью до 1 мм, то сводку данных в ряды распределения выполняют в камеральных условиях по правилам вариационной статистики – производят установление величины и числа классов (ступеней) и сведение в них измеренных значений диаметра и оформление ряда распределения. Более точные измерения применяют при решении задач выявления незначительных по величине, но существенных по биологической и хозяйственной значимости, различий. При этом для обеспечения возможности сравнительной оценки особенностей распределения деревьев устанавливают одинаковое число ступеней (разрядов) для изучения различных по росту и размерам деревьев и древостоев. В этих случаях для расчетов удобно использовать 10 ступеней.

Для выявления незначительных по величине различий в росте и дифференциации деревьев их учет проводят не по ступеням значений признаков, а с измерением их у каждого дерева с максимальной возможной точностью, а затем в камеральных условиях выполняют сведение полученных данных по ступеням с образованием рядов распределения деревьев.

В зависимости от решаемых задач и размеров деревьев измерения диаметров ствола при проведении перечета проводят на различных высотах: у шейки корня, на высоте 10 – 20 см, на половине высоты ствола и др. Древостой на пробной площади можно делить на более мелкие части по тем или иным признакам с отдельным перечетом деревьев в каждой из частей. Перечет деревьев, например, в рядовых культурах выполняют отдельно в междурядьях и рядах, выделяя в последних деревья искусственного и естественного происхождения; для тех и других составляют отдельные таксационные характеристики. Учет данных ведут отдельно по породам, элементам сложного древостоя с разделением деревьев на растущие и сухостойные (мертвые). Возможно также разделение деревьев по их технической годности, классам и категориям роста.

Специальные методы изучения роста и дифференциации деревьев, строения и формирования древостоев и насаждений. Расчет показателей, отбор, рубка и тщательный обмер модельных деревьев необходимы не только для составления полной таксационной характеристики сложного древостоя и насаждения в целом, но прежде всего для выявления закономерностей роста, дифференциации и самоизреживания деревьев, строения и формирования древостоев, отличающихся условиями произрастания, составом, происхождением, методами создания лесных культур, способами обработки почвы и т.д.

Широко используемое в лесокультурном производстве понятие «тип лесных культур» тесно увязывается с представлением о типе формирования древостоя, с которым органично связаны особенности его структуры и возрастной динамики, возможности их оптимизации и повышения продуктивности насаждения. С этих позиций использование количественных таксационных методов изучения древостоев искусственного происхождения с применением новых подходов к выявлению и оценке особенностей роста, дифференциации деревьев и состояния лесных культур на разных этапах их развития имеет большое научное и практическое значение.

Существуют два основных метода выражения и оценки строения элементарных древостоев – рядов распределения и редукционных чисел, которые можно применять одновременно при использовании одних и тех же исходных материалов, полученных в результате перечета деревьев на пробных площадях и обмера растущих и срубленных моделей. Для этого по данным перечета деревьев элементарного древостоя на миллиметровой бумаге строят кривую накопленных процентов числа деревьев по ступеням толщины (огиву – параболу третьего порядка), представленную на рис. 8.

Рис. 8. Кривая накопленных процентов числа деревьев по ступеням толщины

Для построения огивы производят преобразование исходного ряда распределения числа деревьев по диаметру (табл. 1).

Таблица 1

Преобразование ряда распределения деревьев по ступеням толщины

Для построения огивы ось абсцисс делят на равные между собой отрезки величиной в 1 или 2 см. Число их соответствует числу ступеней толщины в перечете деревьев. Против середин каждого отрезка проставляют значения ступеней толщины 12, 16…36 см, являющихся полусуммами крайних значений ступеней (14, 18, 22 … 34 см). Ось ординат делят на 10 отрезков, у верхних границ которых в возрастающем порядке проставляют десятки накопленных процентов числа деревьев (ранги деревьев, показателям которых соответствуют десятки накопленных процентов их числа). Для высших границ ступеней толщины – 14, 18, 22…38 см по вертикали точками отмечают накопленные проценты числа деревьев, и через них проводят выравнивающую плавную кривую с двумя перегибами (вверху и внизу), по которой в дальнейшем получают исходные данные для выражения строения древостоя разными методами: рядами распределения деревьев по естественным и условным ступеням, рядами редукционных чисел по рангам и частями древостоев.

Следует отметить, что ранжированный метод отбора модельных или учетных деревьев позволяет выявлять сходство или различие в любых свойствах и признаках разных деревьев и древостоев; он применим в любых областях лесных знаний.

Выбор метода естественных или условных ступеней зависит от цели исследований. При необходимости выявления различия рядов распределения по их форме с использованием мер косости и крутости для определения этих показателей необходимо иметь одинаковое число ступеней в сравниваемых вариантах древостоев, так как при разном числе естественных ступеней эти показатели в полной мере несопоставимы. Обычно используют 10 условных ступеней.

Для оценки дифференциации деревьев при одинаковом числе условных ступеней целесообразно использовать коэффициент дифференциации, который зависит от формы распределения деревьев. Если необходимо выявить действительную изменчивость значений признака, рассчитывают коэффициент его изменчивости, который зависит от размаха варьирования значений, в том числе и естественных ступеней.

Для получения ряда распределения деревьев по естественным ступеням толщины, величина каждой из которых постоянна и составляет 0,1 среднего диаметра, находят минимальное и максимальное значения диаметра. В нашем примере минимальное значение (низшее значение первой ступени толщины 12), составляет 10 см, а максимальное (высшее значение последней ступени 36) 38см. При среднем диаметре d_ср = 24см минимальная естественная ступень составляет 0,42 (10 / 24), а максимальная 1,58 (38 / 24), с округлением соответственно 0,4 и 1,6. Общее число естественных ступеней размером в 0,1 составит 13 (16 – 4 + 1).

Чтобы получить по огиве (рис. 8) накопленные проценты по естественным ступеням толщины, ось абсцисс, ограниченную началом первой ступени и концом последней ступени толщины, делят на 13 равных между собой отрезков ступеней. Из высших границ каждой ступени, начиная с первой, восстанавливают перпендикуляры до пересечения с кривой, а из точек пересечения проводят параллельно оси абсцисс линии до пересечения их с осью ординат, у пересечения их с осью ординат снимают накопленные проценты числа деревьев и записывают против соответствующих обозначений ступеней в ряду распределения (табл. 2). По разнице смежных накопленных процентов определяют обычные проценты числа деревьев в ступенях. Эти проценты в итоге составляют 100%. Зная общее количество деревьев, по процентам рассчитывают абсолютное число деревьев в естественных ступенях (табл. 2).

Таблица 2

Распределение деревьев по естественным ступеням толщины

Аналогично составляют ряды процентного распределения по 10 условным ступеням толщины, абсолютная величина которых в сравниваемых древостоях неодинакова. Для сравнительной оценки характера распределения деревьев эти ступени в их серединах заменяют порядковыми номерами. В таких рядах с постоянными условными значениями признаков дифференциация зависит только от формы распределения деревьев и поэтому ее лучше характеризует коэффициент дифференциации, а не коэффициент изменчивости.

В табл. 2 представлено распределение деревьев по 13 естественным ступеням, а на рис. 8 изображены многоугольники распределения деревьев по 13 естественным и 10 условным ступеням толщины. Из-за разного числа тех и других ступеней нарушается соответствие в характере распределения 100% числа деревьев.

Число естественных ступеней меняется. Между тем выявление различий в форме распределения деревьев возможно лишь при одинаковом количестве разрядов. Поэтому для этой цели используют равное число условных ступеней (рис. 8).

Рис. 8. Процентное распределение деревьев по условным и естественным ступеням толщины

Для всесторонней оценки особенностей распределения, роста и дифференциации деревьев рассматриваемые варианты метода рядов распределения следует применять в сочетании и подкреплять анализ таких рядов статистическими характеристиками их распределений.

Для проведения комплексной оценки роста и дифференциации деревьев, строения и формирования древостоя по разным морфометрическим признакам используют метод редукционных чисел по рангам. Этим методом сначала выражают строение древостоя по диаметру. Для этого с огивы (рис. 7) снимают значения диаметров для десятков накопленных процентов числа деревьев с точностью до 0,1 см, которые затем выражают в долях от среднего диаметра древостоя, равного 24 см (табл. 3).

При графическом изображении ряда строения древостоя по диаметру ствола на горизонтальной оси отмечают показатели рангов деревьев по диаметру, а по вертикальной – относительные значения диаметров – редукционные числа (рис. 9).

Таблица 3

Абсолютные и относительные значения диаметров

деревьев по рангам

Представляя на таком рисунке кривые строения по диаметру деревьев для разных древостоев, можно дать сравнительную оценку их структуры. Диаметр деревьев, характеризующий их толщину, наиболее доступен для измерения признаков при учете множества деревьев, поэ-

Рис. 9. Относительные значения диаметров деревьев по рангам

тому и строение древостоев в первую очередь выражают по этому показателю. Но в пределах одной системы координат можно одновременно представить строение и по всем другим морфометрическим признакам (рис. 10). Существенные различия в строении подтверждают необходимость отдельного его изучения по каждому из этих признаков кроме случаев, когда при наличии тесной корреляционной связи между ними по значениям одного легко измеряемого показателя можно определить значения другого.

Проблемные вопросы прогнозирования и