Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

АКТУАЛИЗАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ ЛЕСОУСТРОЙСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НОРМАТИВОВ, ПОЛУЧЕННЫХ НА ОСНОВЕ ПОВЫДЕЛЬНЫХ БАЗ ДАННЫХ ГИС

Зубова С.С. 1 Нагимов З.Я. 1 Годовалов Г.А. 1
1 ГОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»
Проведен анализ литературных данных по вопросу актуализации лесотаксационных материалов, изучена возрастная динамика основных таксационных показателей древостоев (средней высоты, среднего диаметра, запаса на 1 гектаре) и разработаны эскизы таблиц хода роста (ТХР). Рассмотрены закономерности изменения с возрастом приростов сосновых насаждений. Функции изменения приростов древостоев разделены на возрастные периоды. Проведена актуализация устаревших данных лесоустройства. Проведено сравнение полученных актуализированных данных с данными натурной таксации. Исследованиями охвачены сосновые насаждениям липняково-разнотравной группы типов леса, охватывающие дренированные участки с устойчивым водным режимом. На основании проведенных исследований разработаны нормативы для проведения экспертной и автоматизированной (с применение ГИС) актуализации данных предыдущего лесоустройства.
моделирование хода роста
ГИС
таблицы хода роста (ТХР)
актуализация лесотаксационных данных
1. Анучин Н.П. Лесная таксация. – М.: Лесн. пром-сть, 1982. – 552 с.
2. Ворожнина С.С. Моделирование роста древостоев в целях актуализации лесоустроительных материалов / С.С. Ворожнина, Г.А. Годовалов, З.Я. Нагимов // Экологические системы и приборы. – М., 2011. – Вып. 9. – С. 14-16.
3. Колтунова А.И. Моделирование роста и продуктивности древостоев (на примере некоторых лесообразующих пород Северной Евразии): Автореф. дис. д-ра с.-х. наук. — Екатеринбург, 2004. — 40 с.
4. Лесоустроительная инструкция. Приказ Рослесхоза №516 от 12.12.2011.
5. Мальков Д.П. Рост и продуктивность ельников средней части Горного Урала: Автореф. дис. канд. с.-х. наук. — Йошкар-Ола, 2007. —25 с.
6. Скудин В.М. Проектирование лесных участков и разработка проектов освоения лесов: проблемы и их решение / В.М. Скудин, К.И. Распопин, Д.А. Свищев, С.К. Распопин, Р.С. Ахмедзянов // Хвойные бореальной зоны. – 2009. - № 2. – С. 224-228.
7. Черных В.Л. Автоматизированная актуализация лесотаксационных нормативов (на примере лесов Урала): Автореф. дис. д-ра с.-х. наук. — Йошкар-Ола, 2002. — 47 с.

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)=(ХАА-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)

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

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.


Библиографическая ссылка

Зубова С.С., Нагимов З.Я., Годовалов Г.А. АКТУАЛИЗАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ ЛЕСОУСТРОЙСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НОРМАТИВОВ, ПОЛУЧЕННЫХ НА ОСНОВЕ ПОВЫДЕЛЬНЫХ БАЗ ДАННЫХ ГИС // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=11070 (дата обращения: 03.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074