Введение
В настоящее время активно развивается новое направление в обеспечении лесохозяйственного производства и лесоустройства нормативно-справочными материалами - актуализация лесотаксационных нормативов [5, 7], разрабатываются и внедряются в практику методики актуализации повыдельной информации о лесном фонде.
Имеющиеся автоматизированные таксационные базы в формате СОЛИ-2 в большинстве случаев не могут быть использованы для планирования и ведения хозяйственной деятельности в лесу [6], они требуют актуализации с учетом изменений в лесном законодательстве и лесном фонде [2].
Актуализация лесотаксационных нормативов является очень важным для планирования и ведения лесохозяйственной деятельности. Однако многие аспекты данного направления остаются слабоизученными.
Согласно лесоустроительной инструкции [4], в целях актуализации таксационных описаний предыдущего лесоустройства составляются экстраполяционно-прогнозные модели (модели, которые можно использовать как для актуализации, так и для прогнозирования).
Целью исследования являлась разработка нормативов актуализации, позволяющих проводить корректировку лесоустроительной информации с учетом роста древостоев на базе местных данных с использованием всех имеющихся таксационных характеристик выделов.
Методика исследования
Основной методической предпосылкой в работе явилась разработка экстраполяционно-прогнозных моделей актуализации на основе таксационной характеристики всех выделов предыдущего лесоустройства с преобладанием сосны в границах исследуемого объекта. Модели актуализации составлялись для трех основных таксационных показателей древостоев: средней высоты, среднего диаметра и запаса древесины на 1 га.
Актуализация баз лесотаксационных данных - трудоемкий процесс, требующий постоянного анализа данных. Задача автоматизации функций по вводу новой информации и поддержки баз данных в актуальном состоянии является очень важной. Поэтому был разработан алгоритм автоматизированной актуализации лесотаксационных данных (с использованием ГИС).
Важным этапом при подобных работах является группировка исходного материала с учетом целевой установки исследований. В первую очередь нами таксационные выделы группировались по хозяйственным группам типам леса, а затем по классам бонитета и полнотам.
Для исследований динамики распределения запаса в зависимости от возраста древостоя были отобраны насаждения с преобладанием сосны в составе.
На основе анализа литературных [1, 3 и др.] и исходных данных для описания зависимостей средней высоты и среднего диаметра древостоев от их возраста было выбрано уравнение Корсуня:
Y = X2/(a0 + a1X + a2X2 ), (1)
где Y - значение таксационного показателя (диаметра в см. и высоты в м.);
Х - средний возраст древостоя, лет;
а0, а1, а2 - коэффициенты уравнения.
При описании зависимостей запасов древостоев от их возраста лучшие результаты показал логарифмический полином второго порядка или уравнение Корсуня - Бакмана:
lnY = а0 + а1 ln Х + а2ln2Х , (2)
где Y - запас древостоя, м3;
Х - возраст древостоя, лет;
а0, а1, а2 - коэффициенты уравнения.
Полученные на основе уравнений (1, 2) данные были сведены в таблицы (эскизы ТХР), с использованием которых рассчитывался шаг изменения таксационных показателей за 1 год в процентах (3).
Z(Х)=(ХА-ХА-n)/ХА-n·(100/n), (3)
где Z(Х) - шаг изменения показателя за 1 год в %;
Х А - модельное значение показателя в заданном возрасте, в см;
Х А-n - модельное значение показателя n -лет назад, в см;
А - возраст древостоя, лет;
n - продолжительность ступени возраста, лет.
На основе полученных данных были сформированы таблицы приростов по высоте, диаметру, запасу.
На основе анализа полученных данных и литературных источников функции изменения приростов древостоев по исследуемым таксационным характеристикам были разделены на 2 возрастных периода - в возрасте до 60 лет и старше. Для возрастного интервала от 60 до 180 лет разработано уравнение множественной регрессии связи прироста с классом бонитета, возрастом и полнотой насаждений.
Для определения показателей прироста (%) в возрасте до 60 лет использовались разработанные эскизы ТХР.
Результаты исследования
Статистические показатели уравнений зависимости высоты древостоев от их возраста сведены в табл. 1.
Таблица 1. Характеристика уравнений вида Н=А2/(a*А2 + b*А + c) по классам бонитета
|
Класс бонитета |
Значения коэффициентов (числитель) и критерия Стьюдента (знаменатель) |
R² |
SE, м |
Количество выделов |
№ модели |
||
|
a |
b |
c |
|||||
|
1 |
0,0236 / 45,5 |
1,2047 / 22,0 |
15,8675 / 12,1 |
0,959 |
0,89 |
2020 |
3 |
|
2 |
0,0271 / 143,6 |
1,0956 / 45,4 |
28,9387 / 39,4 |
0,984 |
0,70 |
3132 |
4 |
|
3 |
0,0322 / 74,6 |
7,8808 / 8,0 |
53,1272 / 23,5 |
0,956 |
0,67 |
2045 |
5 |
|
4 |
0,0355 / 12,8 |
0,9723 / 2,4 |
76,5343 / 8,9 |
0,996 |
0,50 |
52 |
6 |
Сравнение полученных после табулирования уравнений (3-6) данных с соответствующими данными бонитетной шкалы позволяют отметить, что в исследуемых сосняках наблюдаются известные закономерности возрастной динамики высот, а уравнения корректно передают их характер.
Уравнения зависимости диаметра древостоев от их возраста разработаны отдельно по классам бонитета, а в пределах их - по группам полнот. Ниже в табл.2 в качестве примера приведены уравнения по 2 классу бонитета.
Таблица 2. Характеристика уравнений вида D = А2/(a*А2 + b*А + c) по классам бонитета и группам полнот
|
Класс бонитета |
Группа полнот |
Значение коэффициентов |
R² |
SE, см |
Количество выделов |
№ модели |
||
|
a |
b |
с |
||||||
|
2 |
0,8-1,0 |
0,0084 |
2,2922 |
6,1413 |
0,929 |
0,3 |
692 |
7 |
|
0,6-0,7 |
0,0074 |
2,0779 |
7,0016 |
0,943 |
0,2 |
1890 |
8 |
|
|
0,3-0,5 |
0,0066 |
1,8955 |
6,7670 |
0,952 |
1,2 |
550 |
9 |
|
Как видно из данных табл.2, уравнения характеризуются высокими коэффициентами детерминации (от 0,929 до 0,952) и сравнительно низкими ошибками (от 0,2 до 1,2 см). В целом они вполне адекватны и корректны экспериментальным материалам.
Статистические показатели разработанных уравнений возрастной динамики запасов представлены в таблице, фрагмент которой присутствует ниже (табл. 3).
Таблица 3. Характеристика уравнений вида М = a*ln2А + b*lnА + c по классам бонитета и полнотам
|
Класс бонитета |
Полнота |
Значение коэффициентов |
SE, м3 |
Количество выделов |
№ модели |
||
|
a |
b |
с |
|||||
|
2 |
0,4 |
-0,236 |
2,8295 |
-2,738 |
11,1 |
151 |
10 |
|
0,5 |
-0,236 |
2,8295 |
-2,5148 |
11,8 |
357 |
11 |
|
|
0,6 |
-0,236 |
2,8295 |
-2,3325 |
3,6 |
844 |
12 |
|
|
0,7 |
-0,236 |
2,8295 |
-2,1783 |
3,3 |
1046 |
13 |
|
|
0,8 |
-0,236 |
2,8295 |
-2,0448 |
4,3 |
553 |
14 |
|
|
0,9 |
-0,236 |
2,8295 |
-1,927 |
6,6 |
126 |
15 |
|
В целом статистические показатели разработанных уравнений (10-17) свидетельствуют, что они вполне корректно передают характер исследуемой зависимости (запасов древостоев от их возраста).
На основе полученных уравнений составлены таблицы экстраполяционных коэффициентов для актуализации повыдельной лесоустроительной информации: высот, диаметров и запаса древостоев. Фрагмент указанной таблицы приведен ниже (табл. 4).
Полученные модели роста древостоев для актуализации средней высоты, среднего диаметра и запаса древостоев представлены в виде таблицы с экстраполяционными коэффициентами, фрагмент которой присутствует ниже (табл. 4).
Таблица 4. Справочная таблица для актуализации лесотаксационных материалов
|
Порода |
Возраст, лет |
Границы возраста, лет |
Класс бонитета |
Полнота |
Прирост по высоте, % |
Прирост по диаметру, % |
Прирост по запасу, % |
|
|
минимальный |
максимальный |
|||||||
|
сосна |
10 |
1 |
14 |
1 |
0,3 |
13,70 |
9,08 |
13,51 |
|
сосна |
20 |
15 |
24 |
1 |
0,3 |
4,75 |
4,30 |
5,15 |
|
сосна |
30 |
25 |
34 |
1 |
0,3 |
2,55 |
2,74 |
2,97 |
|
сосна |
40 |
35 |
44 |
1 |
0,3 |
1,63 |
1,98 |
2,00 |
|
сосна |
50 |
45 |
54 |
1 |
0,3 |
1,14 |
1,52 |
1,47 |
|
сосна |
60 |
55 |
64 |
1 |
0,3 |
0,85 |
1,23 |
1,13 |
С использованием данных этой таблицы была проведена актуализация таксационных данных (высоты, диаметра и запаса) выделов с преобладанием сосны.
Для оценки точности актуализации лесоустроительной информации актуализированные данные сравнивались с материалами натурной глазомерно-измерительной таксации. Выявлено (табл. 5), что результаты актуализации характеризуются высокой точностью - систематические ошибки по всем показателям находятся в пределах 4%, значения среднеквадратических ошибок также ниже ±4%, а общие не превышают ±1%.
Таблица 5. Ошибки актуализации таксационных показателей.
|
Таксационный показатель |
Ошибки, % |
||
|
Систематическая |
Среднеквадратическая |
Общая |
|
|
Высота, м |
0,85 |
±2,46 |
±0,55 |
|
Диаметр, см |
3,46 |
±3,66 |
±0,82 |
|
Запас, м3 |
1,03 |
±3,48 |
±0,87 |
Данные табл. 7 свидетельствуют, что разработанные модели дают небольшие систематические отклонения, ошибки отдельных наблюдений наиболее высоки при актуализации средних диаметров. В целом приведенные материалы позволяют считать разработанные модели адекватными и корректными.
Обсуждение результатов
По результатам проведенного исследования получены нормативно-справочные материалы для актуализации таксационных материалов объекта исследования. Группировка материала в виде таблицы с экстраполяционными коэффициентами позволила использовать результаты исследований для актуализации в автоматическом режиме (с использованием ГИС). На основе разработанных нормативов получены актуальные таксационные характеристики объекта исследования. Данные разработанных моделей возрастной динамики были сведены в таблицу хода роста для объекта исследования. Проведенное сравнение данных актуализации с данными натурной таксации доказало адекватность разработанных нормативов.
Выводы
В целом результаты проведенных исследований свидетельствуют о возможности актуализации данных предыдущего лесоустройства на нормативы по тем или иным таксационным показателям, полученным по материалам массовой таксации.
Рецензенты:
Кожевников А.П., д.с.-х.н., ведущий научный сотрудник Ботанического сада УРО РАН, г.Екатеринбург.
Луганский Н.А., д.с.-х.н., профессор кафедры лесоводства ГОУ ВПО Уральского государственного лесотехнического университета, г.Екатеринбург.