Особливості таксаційної будови штучних соснових лісостанів Західного та Центрального Полісся України

Збір дослідного матеріалу проводився за методикою, яка передбачає наступну його обробку на персональному комп'ютері за розробленою на кафедрі лісової таксації та лісовпорядкування НАУ програмою ПЕРТА (Швиденко А.З., Юдицький Я.А.). Основою первинної дослідної інформації є результати перелікової таксації деревостанів на тимчасових пробних площах із рубкою облікових і модельних дерев, які було закладено у модальних штучних соснових лісостанах Західного та Центрального Полісся України. Крім того, використано результати перелікової таксації на тимчасових пробних площах без рубки модельних дерев і лісосіках головного користування.

Пробні площі закладалися згідно із загальноприйнятими в лісовій таксації методиками, зокрема, ОСТ 56-69-83 “Площади пробные лесоустроительные. Метод закладки”.

Таблиця 2

Розподіл кількості пробних площ за класами віку і бонітету

Розподіл кількості пробних площ, на яких було зрубано 816 модельних та облікових дерев, за віком та продуктивністю наведено в табл. 2. З неї видно, що дослідний матеріал представлений всіма віковими групами, за винятком перестійних лісостанів, які практично відсутні у реґіоні дослідження. Більшість пробних площ було закладено у чистих одновікових високо- та середньоповнотних лісостанах Ia-ІІ класів бонітету, в умовах свіжих і вологих борів і суборів.

Розділ 3. Нормативи об'єму стовбурів. Наведено результати вивчення показників форми та повнодеревності стовбурів у дослідних лісостанах. Встановлено особливості геометрії поздовжнього перерізу деревного стовбура у штучних за походженням насадженнях порівняно із природними. Розроблено нові таблиці об'єму залежно від висоти та діаметра стовбурів на висоті грудей.

Порівняння розроблених нормативів об'єму стовбурів із об'ємними таблицями, складеними для природних соснових деревостанів, засвідчило, що об'єми стовбурів завтовшки до 40 см у насадженнях штучного походження систематично на 3-6 % більші, ніж у природного.

Розділ 4. Математичні моделі сортиментної структури штучних соснових лісостанів. Наведено класифікацію та методи розробки сортиментних таблиць. Встановлено особливості співвідношення між діаметрами та висотами стовбурів дерев у штучних лісостанах, подано параметри відповідних математичних моделей та побудовано розрядну шкалу висот. Відзначено особливості та наведено параметри математичних моделей розмірно-якісної структури стовбурів у дослідних лісостанах. Здійснено оцінку точності чинних нормативів під час таксації запасу і сортиментної структури штучних соснових лісостанів. Розроблено нові сортиментні таблиці.

Значний внесок у вивчення сортиментної структури деревостанів різних деревних порід та опрацювання методів розробки відповідних нормативів зробили Анучин М.П. (1970, 1978, 1981) Третьяков М.В. (1934, 1940), Горський П.В. (1934, 1962), Логутов Д.П., Мойсеєнко Ф.П. (1959), Товстоліс Д.І. (1931), Захаров В.К. (1931, 1956), Мошкальов О.Г. (1974, 1982), Нікітін К.Є. (1966, 1972, 1984, 1987), Швиденко А.З. (1972, 1981, 1984), Верхунов П.М. (1984), Багінський В.Ф. (1973, 1985), Богачов А.В. (1978), Гусєв І.І. (1978), Тябера А.П. (1980), Строчинський А.А. (1975, 1984, 1987, 1993, 2004), Кашпор С.М. (1984, 1987, 1993, 2004), Гірс О.А. (1987, 1993, 2004), Цурик Є.І. (1991) та інші.

Традиційними входами до чинних сортиментних таблиць є деревна порода, розряд висот і діаметр. Одним із найбільш важливих і принципових у методичному відношенні питань є встановлення співвідношення між діаметрами та висотами стовбурів, оскільки точність сортиментних таблиць значною мірою залежить від побудованої на основі зазначеного співвідношення розрядної шкали висот.

Співвідношення діаметрів і висот дерев у штучних соснових лісостанах вивчалося за методикою, розробленою кафедрою лісової таксації та лісовпорядкування НАУ (1972) і реалізованою у чинних нормативах (1984, 1993).

Згідно з прийнятою методикою побудови розрядної шкали, фактичне співвідношення діаметрів і висот стовбурів аналізувалося у відносних величинах, оскільки це дозволяє узагальнювати дослідні дані широкого вікового діапазону, з різних лісорослинних умов і суттєво спрощує процес пошуку адекватної математичної моделі відносних висот:

,

де - відносне значення висоти i-го ступеня товщини k-ї пробної

площі;

- абсолютна висота і-го ступеня товщини k-ї пробної площі, м;

- висота базового ступеня товщини, м.

З метою уніфікації нормативів із чинними сортиментними таблицями для молодняків і середньовікових насаджень за базовий ступінь товщини було прийнято 16 см, пристигаючих і стиглих - 24 см.

Статистичний аналіз відносних висот засвідчив їхню однорідність у межах кожного ступеня товщини (табл. 5), що дозволило отримати єдину математичну модель відносної висоти у межах вищезазначених вікових груп деревостанів. В аналітичному вигляді вона характеризується наступним співвідношенням:

молодняки і середньовікові лісостани

пристигаючі та стиглі лісостани

Таблиця 5 - Середні значення та мінливість відносних висот дерев у штучних соснових лісостанах

Порівняння фактичних даних із вирівняними за формулами (3) і (4) засвідчило майже повну їхню відповідність. Різниця, як правило, не перевищує для молодняків і середньовікових лісостанів ±2 %, пристигаючих і стиглих - ±1 %.

З метою уніфікації нормативів матеріальної оцінки лісосік висоти базових ступенів товщини, нумерація розрядів та інтервал між ними узгоджено із чинними сортиментними таблицями.

Порівняння розробленої шкали висот для пристигаючих і стиглих лісостанів із відповідною шкалою чинних нормативів засвідчило суттєву різницю між ними. Для окремих ступенів товщини різниця у висотах перевищує 10 %.

Встановлення закономірностей розподілу загального об'єму стовбурів на ділову, дров'яну деревину та відходи і поділу ділової деревини на грубу середню та дрібну здійснено методами кореляційного і регресійного аналізу. Виявилося, що відсотки виходу грубої, середньої і дрібної ділової деревини, дров та відходів не залежать від розряду висот. Відповідно математичні моделі розроблено залежно від діаметра на висоті грудей.

На основі дослідних даних було встановлено параметри математичних моделей розмірно-якісної структури стовбурів сосни у дослідних лісостанах. Для пристигаючих і стиглих лісостанів моделі мають вигляд:

,

,

,

,

,

де Рділ , Рвідх , Рдров , Ргр , Рсер , Рдр - відсотки ділової, відходів, дров від об'єму стовбура та грубої, середньої, дрібної деревини від об'єму ділової відповідно.

Порівняння отриманих за формулами (5-10) даних із аналогічними для природних соснових насаджень свідчить про особливості розмірно-якісної структури стовбурів об'єкта дослідження. У стовбурів завтовшки 24-40 см вихід ділової деревини в штучних лісостанах на 2-3 % більший, порівняно із природними. Варто також відзначити 3-8-відсоткове перебільшення частки грубої ділової деревини у стовбурів діаметром до 48 см.

Вищезазначені особливості біометричних параметрів стовбурів у штучних соснових лісостанах обґрунтовують доцільність розроблення нових нормативів для таксації їхнього запасу та сортиментної структури. Сортиментні таблиці опрацьовано за формою і змістом, придатними для безпосереднього використання у практиці лісового господарства. Витяг із них наведено у табл. 6.

Таблиця 6 - Сортиментна структура пристигаючих і стиглих штучних соснових лісостанів І розряду висот

Результати перевірки сортиментних таблиць засвідчили більшу точність розроблених нормативів. Визначення за ними запасу для окремих пробних площ, які випадковим чином було відібрано із бази науково-дослідних даних кафедри лісової таксації та лісовпорядкування НАУ, супроводжується відхиленнями, які не перевищують ±6,5 %. Застосування ж чинних нормативів призводить до розходжень ±7-15 %. У цілому чинні нормативи систематично занижують загальний запас пристигаючих і стиглих насаджень на 4 %, запас ділової деревини - на 5 %.

Порівняння сортиментних таблиць, розроблених для молодняків і середньовікових деревостанів, із чинними (1993), свідчить про незначну різницю між ними. У більшості випадків відхилення між об'ємами стовбурів у цілому або окремими розмірно-якісними категоріями не перевищує 3 %. Це пояснюється тією обставиною, що в основу зазначених нормативів покладено дослідний матеріал, який було зібрано переважно у штучних лісостанах.

Розділ 5. Таксаційна будова і товарна структура деревостанів. У розділі наведено особливості таксаційної будови штучних соснових лісостанів порівняно із природними. Отримано узагальнені ряди розподілу дерев за ступенями товщини та якісними категоріями. Подано класифікацію та методи розробки товарних таблиць. Розроблено таблиці товарної структури пристигаючих і стиглих штучних лісостанів.

Уперше таблиці типу товарних були створені у 1900 році М. Берінгером для таксації ялинових деревостанів. За зрубаними на пробних площах модельними деревами він склав таблиці, в яких у відсотках було наведено частку участі окремих лісоматеріалів у загальному запасі лісостану.

Ідея Берінгера була розвинута далі лише у 30-х роках ХХ століття Анучиним М.П. Він запропонував новий тип таблиць, у яких у відсотках було подано розподіл запасу лісостанів за окремими сортиментами. Спочатку їх назвали таблицями сортиментного складу деревостанів, пізніше - товарними. В основу цих нормативів покладено закономірності будови деревостанів за товщиною і якісними категоріями дерев залежно від середнього діаметра насадження.

Значний внесок у вивчення таксаційної будови і товарної структури деревостанів різних деревних порід та опрацювання методів розроблення відповідних нормативів зробили також А. Шиффель (1903), Третьяков М.В. (1927), Горський П.В. (1934), Тюрін О.В. (1923-1931), Нікітін К.Є. (1966, 1972), Мошкальов О.Г. (1974, 1982), Швиденко А.З. (1972, 1987), Цурик Є.І. (1981), Макаренко А.А. (1982), Верхунов П.М. (1984), Миклуш С.І. (1986), Кашпор С.М. (1987, 2004), Горошко М.П. (1989), Строчинський А.А. (1975, 1978, 2004), Лакида П.І. (2001) та деякі інші вчені.

Найбільшої уваги приділялося вивченню особливостей таксаційної будови за діаметром, що значною мірою визначає товарну структуру деревостанів. сосновий лісостан насадження стовбур

Незважаючи на велику кількість проведених досліджень, таксаційна будова штучно створених соснових лісостанів вивчена недостатньо. В Україні такі дослідження практично не проводилися. Більшість робіт у цьому напрямі було виконано у Росії та Білорусі (Успенський В.В., Попов В.К., Поляков О.М., Мірошніков В.С., Багінський В.Ф. та інші).

Аналіз результатів статистичної обробки дослідних даних засвідчив, що у переважній більшості випадків (82 %) може бути прийнята гіпотеза про відповідність вибіркових розподілів кривій в-розподілу, щільність якої має вигляд:

Для деревостанів певного середнього діаметра її параметри встановлено за наступними співвідношеннями:

,

,

,

де Г - гамма-функція;

l1 і l2 - початкове і кінцеве значення кривої розподілу;

- середнє арифметичне значення діаметра;

у2 - дисперсія.

Перехід до вирівняних частот (пі) для всіх, за винятком крайніх, ступенів товщини здійснюється шляхом множення значень f(x) із (11) на обсяг ряду (n) та величину ступеня (с):

,

де - ступені товщини (і=2,3, ... к-1).

Беручи до уваги, що нижня границя першого ступеня з високою ймовірністю не буде відповідати l1 , а верхня границя останнього ступеня - l2, їхні вирівняні частоти знаходяться за формулами:

,

Теоретичні частоти загальної кількості дерев кожного ступеня товщини для певного середньоквадратичного діаметра (D) лісостану обчислювалися за співвідношеннями (11-17) після апроксимації відносної мінливості (V) і мінімального () та максимального () редукційних чисел.

Під час обчислення теоретичних частот дерев різних якісних категорій використано методику Кашпора С.М. (1987), яка полягає в дослідженні співвідношень V'/V та V''/V (де V', V'' та V - відносні мінливості діаметра відповідно ділових, дров'яних та загальної кількості стовбурів), які за даними множинного регресійного аналізу значуще залежать лише від частки ділових () чи дров'яних () дерев. Наявність вирівняних значень V' та V'' дозволяє для частини деревостану визначити інший параметр розподілу - середні значення діаметра ділових () та дров'яних () стовбурів.

Коефіцієнт мінливості діаметра загальної кількості стовбурів у дослідних деревостанах коливається у межах 14-40 % і в середньому становить 22,5 %. Виявилося, що у штучних лісостанах існує тенденція зменшення мінливості діаметра із збільшенням їхнього віку. Однак значно тісніший зв'язок існує між показником мінливості і середнім діаметром деревостану (коефіцієнт кореляції дорівнює -0,490). Враховуючи, що особливості методики розробки нормативів товарності лісостанів обумовлюють необхідність моделювання показника мінливості саме від величини середнього діаметра, було отримано наступне співвідношення:

,

де V - коефіцієнт мінливості діаметра дерев у насадженні, %;

D - середньоквадратичний діаметр насадження, см.

Порівняння коефіцієнта мінливості діаметра дерев дослідних лісостанів із аналогічним показником природних соснових насаджень свідчить, що його величина є меншою на 4-7 %, причому ця різниця зберігається до віку стиглості.

Показники косості і крутості дослідних рядів розподілу дерев за діаметром характеризуються значною мінливістю. Показник косості дослідних лісостанів має переважно додатне значення, коливається у межах -0,352ч0,831 і в середньому дорівнює 0,24. Показник крутості коливається у межах -0,630ч1,085 і в середньому становить 0,06. Встановлено, що відсутній статистично значущий зв'язок цих показників із середнім діаметром лісостану (коефіцієнти кореляції дорівнюють відповідно -0,200 і 0,001, а критичне значення при рівні значущості 0,05 і кількості ступенів свободи 59 - 0,250).

З метою моделювання початкового і кінцевого значень кривої в-розподілу встановлено параметри рівнянь залежності мінімального та максимального редукційних чисел від середнього діаметра деревостану:

,

.

Математична модель співвідношення V'/V (W') має вигляд:

.

Показник співвідношення мінливості діаметра дров'яних стовбурів до мінливості діаметра загальної кількості стовбурів (W'') статистично на 5%-му рівні не залежить від частки ділових дерев і в розрахунках приймається його середнє значення, яке становить 1,22.

Використовуючи спеціальні програми кафедри лісової таксації та лісовпорядкування НАУ, на основі співвідношень (11-21), які визначають особливості таксаційної будови штучних соснових лісостанів за діаметром, отримано узагальнені ряди розподілу дерев за ступенями товщини та якісними категоріями. Розподіл загальної кількості стовбурів за ступенями товщини залежно від величини середнього діаметра деревостану ілюструє рис. 2.

З метою перевірки узгодженості дослідних рядів розподілу діаметра теоретичному законові використано статистичний критерій згоди Пірсона ч2. Результати статистичної перевірки засвідчили, що у переважній більшості випадків (80 %) може бути прийнята гіпотеза про відповідність вибіркових розподілів кривій в-розподілу.

Порівняння отриманих рядів розподілу кількості стовбурів за ступенями товщини з даними, отриманими для природних соснових деревостанів, свідчить про їхні особливості. Так, у штучних лісостанах із середнім діаметром 24-44 см на три ступені товщини менше. Крім того, дослідні лісостани характеризуються підвищеною концентрацією стовбурів у центральних ступенях товщини. В штучних насадженнях із середнім діаметром 20-36 см у трьох центральних ступенях товщини зосереджено на 3-6 % стовбурів більше, ніж у природних.

Використовуючи спеціальні програми кафедри лісової таксації та лісовпорядкування НАУ, на основі моделей розподілу діаметра (11-21) та розмірно-якісної структури стовбурів (5-10) розроблено таблиці товарної структури дослідних лісостанів, витяг із яких наведено у табл. 7.

За формою та змістом розроблені таблиці товарної структури узгоджено з чинними нормативами товарності деревостанів основних лісоутворювальних деревних порід України (2004).

Таблиця 7 - Товарна структура штучних соснових лісостанів

Враховуючи ту обставину, що нормативи товарної структури штучних соснових лісостанів в Україні досі були відсутні, здійснено порівняння розроблених товарних таблиць із аналогічними, складеними для природних деревостанів. Виявилося, що чинні нормативи систематично на 3-6 % завищують вихід грубої та занижують відсоток середньої ділової деревини у насадженнях об'єкта дослідження із середнім діаметром 20-32 см.

Порівняння нових товарних таблиць із нормативами, які було розроблено Касьяненком М.М. (1986) для природних соснових деревостанів, засвідчило незначну (не більше 2 %) різницю у виході ділової деревини у цілому, дров та відходів. Однак у відносних значеннях ділової деревини певних категорій крупності спостерігається істотна різниця, яка в окремих випадках сягає величини ±8 %. Для штучних соснових лісостанів, які мають 85 % ділових дерев і менше, різниця у нормативних значеннях деревини окремих розмірно-якісних категорій очікувано збільшується і часто перевищує ±10 %.

ВИСНОВКИ ТА ПРОПОЗИЦІЇ