Строение смешанных пихтачей по диаметрам, площадям сечений и площадям роста

Одним из первых методов изучения строения древостоев является анализ распределения числа деревьев по ступеням толщины (В. Вейзе, Фекете, А. Шиффель [1], А. В. Тюрин [2]). Ученые характеризовали строение древостоя с помощью ранга дерева и «кривыми строения» по типу огив, основанных на законе о нормальном распределении случайных величин.

Теория строения нашла отражение в исследованиях целого ряда ученых (П.М. Верхунов [3], В. Я. Каплунов [4], И. В. Карманова и другие [5], В. Ф. Лебков [6], Ю. И. Бурневский [7], Ю. В. Селиванов и С. И. Шадрин [8], Л. С. Пшеничникова, Г. А. Владимирова [9], С. С. Шанин [10], Н. В. Третьяков и П. В. Горский [11], А. И. Кострюков и И. Нахабцев [12], Р. А. Зиганшин [13], И. В. Семечкин [14], М. Г. Семечкина [15], В. В. Кузьмичев и др. [16]).

Вопросы строения древостоев до сегодняшнего времени являются актуальными и значимыми. На современном этапе при изучении рядов распределения используют функцию Вейбулла. Это функция имеет следующие преимущества: описывает распределения различных форм и масштабов; коэффициенты модели определяют функцию распределения и изменяются при различных характеристиках древостоя; параметры имеют биологическую интерпретацию, удобный математический аппарат вычислений [17, 18, 19]. Такой метод изучения рядов распределения может быть использован при анализе и изучении закономерностей на большом количестве исходных данных.

При составлении местных таблиц продуктивности, как правило, используют несколько десятков рядов распределения [20], а на таком материале выявить закономерности в варьировании коэффициентов для функции Вейбулла сложно. Поэтому при изучение динамики рядов распределений, предлагается использовать классический метод анализа по естественным ступеням толщины. Преимуществом данного метода является, прежде всего, наглядность, простота вычисления и четкость интерпретации (А.В. Тюрин [2], П. М. Верхунов [3]).

Динамику рядов распределения числа деревьев по толщине целесообразно изучать с выделением трех основных процессов [21, 22, 23, 24]: убыли числа стволов, прироста совокупности деревьев и перестройки рядов распределения вследствие различий прироста деревьев. Сформировавшийся на начальной стадии развития тип его строения сохраняется длительное время, вплоть до разрушения насаждения [25].

Природные условия. Район исследования расположен в зоне южной тайги Красноярского края Большемуртинского лесничества. Месторасположение пробных площадей характеризуется незначительными высотами в пределах 180−400 м.н.у. моря при слабо расчищенной поверхности; преобладают темно-серые легкие почвы, реже — элювиальные и болотные по механическому составу почвы в большой степени суглинистые, по влажности — свежие и влажные. В большинстве случаев, летом при любых направлениях ветра преобладают континентальные воздушные массы умеренных широт. Зимой климатические условия тайги определяют арктические массы воздуха, средняя годовая температура -1 С, средняя температура июня +18,1 С, декабря -20 С. В стетационный период имеет продолжительность 143 дня. Древесная растительность района представлена темнохвойными лесами, с преобладанием в составе пихтарниками, иногда в поймах рек смешивающимися с елью, реже с кедром.

Методика исследований. При подборе участков для закладки пробных площадей использовались материалы лесоустройства, аэрои космические снимки разных масштабов. Общее описание пробной площади производится по форме, приведенной в ОСТ 56−69−83 «Площади пробные лесоустроительные. Метод закладки».

Обработка материала производилась в стационарных условиях на ПЭВМ современных модификаций. Для обработки использовались универсальная электронная таблица «Excel» и специализированный статический пакет «STATISTICA».

На основе планов месторасположения для каждого дерева была рассчитана площадь роста методом «областей притяжения» (М. Фрезера).

В методику определения площадей роста по Фрезеру положено гипотетическое предположение о том, что деревья захватывают площади питания пропорционально их площадям сечения на высоте груди и обратно пропорционально расстоянию от данного дерева до элементарного участка. Для вычисления площадей роста была разработана программа на языке высокого уровня Фортран. Характеризуя алгоритм, можно отметить, что исходными данными для работы с программой являются координаты деревьев, таксационные характеристикам деревьев, радиус круга вокруг условного дерева (введен для убыстрения счета, чтобы каждый раз не рассматривать все деревья), в молодняках — 10 м, во всех остальных категориях древостоев — 20 м. Размер элементарного участка земли составлял- 0,01 м.

При реализации данного алгоритма первоначально определяют минимальные и максимальные координаты деревьев. Затем, с учетом размера элементарного участка, пробная площадь разбивается на n-ое число элементарных участков, вокруг условного дерева проводится круг заданного радиуса для определения деревьев претендентов (конкурентов) на элементарный участок. У кого из растений соотношение будет больше, к тому дереву и перейдет рассматриваемый элементарный участок. Таким образом, определяется общая площадь роста деревьев на пробной площади.

В смешанных насаждениях структура древостоя определяется соотношением количества и размеров деревьев различных пород. Поэтому в электронной таблице «Excel» были построены диаграммы распределения по диаметру, характеризующие размеры деревьев. По площади роста, учитывающие пространственную структуру различных древесных пород и по площади поперечного сечения, основному объёмообразующему показателю.

Экспериментальные исследования. За полевой период, было, заложено пять пробных площадей в смешанных древостоях различного состава и возраста. Таксационная характеристика пробных площадей представлена в таблице 1.

Все древостои имеют зеленомошный и разнотравный типы леса. Доля главной породы по запасу меняется от 10 до 100%.

Сопутствующими породами являются ель, осина, береза, сосна.

Таблица 1. Таксационная характеристика древостоев пробных площадей.

Согласно классификации Э. Н. Фалалеева, С. Шанина все древостои относятся к условно-одновозрастным (площади № 1, № 4) и разновозрастным насаждениям (участки № 2, 3, 5).

Следует отметить, что формирование первичных сукцессий происходило под влиянием лиственных пород, что указывает на их наличие в составе сформировавшихся древостоев. Благоприятные условия произрастания позволяют осине достигать больших размеров по диаметру d =60−80см.

Анализ состава пород позволяет считать пихту наиболее приспособленной к этим условиям. Ельник отличается долговечностью и вследствие этого накапливается в древостое. Кедр занимает промежуточное положение между пихтой и елью и не образует отдельных насаждений. Береза и осина используют любую свободную экологическую нишу (окна, вырубки) и создают высокопродуктивные насаждения первого класса бонитета. Долговечность этих пород ограничена возрастом 100−120 лет, после которого древостои распадаются, и начинается формирование пихтового насаждения.

На участке № 1 ряды распределения диаметра по всем составляющим породам характеризуются положительной асимметричностью, что указывает на разновозрастность деревьев.

По площади сечения асимметричность более выражена, и максимум приходится на тонкомерную часть. По площади роста 90% деревьев имеют пространство в интервале от 5,7−11,5 м², остальные точки разбросаны в пределах ряда распределения.

Пробная площадь № 2 представляет собой чистый пихтовый древостой с плюсовой примесью осины. Ряд распределения пихты по диаметру не имеет ярко выраженного максимума, диаметры от 4 до 14 см представлены равным количеством стволов. Распределение по площади сечения в сравнении с рядом по диаметру, имеет более выраженную левую асимметричность. По площади роста максимум в ряду приходится на интервал до 5 м².

На участке № 3 древостой представлен пихтой, елью, кедром, березой. Распределение березы по диаметру отличается левой асимметричностью с максимумом 23−26 см. По площади сечения ряд имеет максимум в средней части распределения. Ряд по площади роста имеет максимум в интервале от 11 до 20 м² с высоким значением эксцесса. Распределение ели по диаметру отличается выражением максимумов в средней части с диаметром 20 см. Ряд по площади сечения имеет чёткий максимум и высокое значение эксцесса. Распределение по площади роста имеет правую асимметрию с максимумом 9 м². Ряд распределения по кедру приближен к нормальному и имеет максимум в средней части с диаметром 21 см. Распределение по площади сечения смещённое влево и имеет максимум. По площади роста ряд отличается выраженным эксцессом и точкой максимума в интервале до 17 м².

Ряд распределения пихты по диаметру растянут и имеет несколько максимумов, что указывает на разновозрастность древесной породы (max = 10, 14, 20 см). При этом гистограмма приближена к «нормальному» распределению (асимметрия — 0,463, эксцесс — 0,089).

Ряд по площади сечения отличается правосторонней асимметрией, и сильно растянут. По площади роста распределение имеет высокую изменчивость, поэтому классовый интервал 44 м², такая величина для большинства деревьев является исключением.

На участке № 4 ряд распределения по диаметру растянут, имеет несколько максимумов 15, 21, и 27 см. Ряды распределения различных пород имеют высокую асимметричность. По площади сечения ряд имеет один ярко выраженный максимум, приходящийся на левую начальную часть распределения. Ряд по площади роста имеет максимум на интервале 5−10 м2 с правой асимметричностью.

Ряд распределения по диаметру (участок № 5) у березы имеет один максимум 24 см и приближен к «нормальному», что указывает на одновозрастность березы. По площади сечения ряд повторяет гистограмму по диаметру, только распределение более растянуто. Ряд по площади роста с максимумом в интервале до 21 м². Ряд распределения ели по диаметру имеет несколько растянутых максимумов, что указывает на разновозрастность данной древесной пород (d1,3=8 см и d1,3=28 см). За счет алгебраических преобразований в гистограмме по площади сечения максимум по количеству приходится на левую часть ряда. Распределение по площади роста повторяет распределение по площади сечения, максимум приходится на площадь роста до 6 м². Гистограмма лиственницы по диаметру указывает на небольшую растянутость ряда (условно-разновозрастное распределение d1,3=(6−24 см)). По площади сечения ряд имеет выраженный максимум. Величины площадей роста лиственницы отличаются большими значениями с максимумами в интервале до 140 м². Ряд распределения по диаметру осины указывает на одновозрастность породы с максимумом 24 см. По площади сечения ряд повторяется и более приближен к «нормальному» распределению. Гистограмма по площади роста растянута, имеет правостороннею асимметрию с максимумом до 15 м². Ряд распределения пихты по диаметру растянут в тонкомерной части (условно-разновозрастной ряд) d1,3=8−15 см. Гистограмма по площади сечения менее растянута и имеет более выраженный максимум. Ряд по площади роста имеет яркий максимум в интервале до 33 м².

Распределение сосны по диаметру имеет растянутый характер, что указывает на разновозрастность породы d1,3 = 19 см и 30 см.

Преобразование изменили ряд по площади сечения, с одним максимумом. Гистограмма по площади роста имеет два максимума в минимальных величинах 0,05 м² и до 6 м². Ряд растянут с выраженной правой асимметрией.

В результате анализа рядов распределений можно сделать следующие выводы:

Все древостои и отдельные породы в смешанных насаждениях имеют высокую асимметричность, что указывает на разновозрастность пород.

По площади сечения ряды в большой степени, чем по диаметру приближены к «нормальным» кривым.

Значения площадей роста имеют высокую изменчивость, что связано, как с неоднородностью пространственной структуры, так и с квадратичностью самой величины.

пихтовый насаждение ствол.

• 1. Анучин, Н. П. Лесная таксация. Издание 2-ое перераб: учебник для вузов / Н. П. Анучин.- М: Лесная промышленность, 1982. 550 с.
• 2. Тюрин, А. В. Таксация леса / А. В. Тюрин. — М.: Гослесбумиздат, 1945. — 376 с.
• 3. Верхунов, П. М. Закономерности строения разновозрастных сосняков / П. М. Верхунов. — Новосибирск: Наука, 1976. — 254 с.
• 4. Каплунов, В. Я. Анализ динамики одновозрастных сосняков и разработка режимов лесовыращивания / В. Я. Каплунов // Дисс. на соиск. уч. ст. канд.с.-х. наук.- Красноярск, ИЛиД. — 1987.-189 с.
• 5. Карманова, И. В. Пространственная структура сложных сосняков / И. В. Карманова, Т. Н. Судницына, Н. А. Ильина. — М: Наука, 1987.-199 с.
• 6. Лебков, В. Ф. Типы строения древостоев / В. Ф. Лебков // Лесоведение. — 1989. — № 4. — с. 12−21.
• 7. Бурневский, Ю.И. строение и структура лиственно-еловых молодняков / Ю. И. Бурневский // Лесная таксация и лесоустройство: межвуз. сб. науч. тр. — Красноярск: КГУ, 1980. — с. 24−28.
• 8. Селиванов, Ю. В. Строение молодняков сосны обыкновенной естественного и искусственного происхождения в зеленой зоне г. Красноярска / Ю. В. Селиванов, С. И. Шадрин // Повышение продуктивности лесов Сибири и Дальнего Востока. — Мат. науч.-техн. сб. — Красноярск: СТИ, 1974. — с. 50−57.
• 9. Пшеничникова, Л.С. К вопросу о строении густоты сосновых молодняков / Л. С. Пшеничникова, Г. А. Владимирова // Лесная таксация и лесоустройство: межвуз. сб. науч. тр. — Красноярск: КПИ, 1986. — с. 61−67.
• 10. Шанин, С. С. Возрастное строение лиственничных древостоев Сибири и Дальнего Востока / С. С. Шанин, С. Н. Товбис // Мат. науч. техн. конф. по лиственнице и ее использования в народном хозяйстве. — Красноярск, 1961.
• 11. Третьяков, Н. В. Справочник таксатора / Н. В. Третьяков, П. В. Горский, Г. Г. Самойлович — М.-Л: Гослесбумиздат, 1952.-237 с.
• 12. Кострюков, А. И. Строение сосновых древостоев Лисинского лесхоза и динамика их таксационных показателей / А. И. Кострюков, И. А. Нахабцев // Лесная таксация и лесоустройство: межвуз. сб. науч. тр. — Красноярск: СТИ, 1986. — с. 121−132.
• 13. Зиганшин, Р. А. Особенности таксационного строения бруснично-зеленомошниковых сосняков междуречья Оби и Томи в связи с возрастом / Р. А. Зиганшин // Изучение природы лесов Сибири. — Красноярск: ИЛиД СО АН, 1972. — с. 42−48.
• 14. Семечкин, И. В. Структура и динамика кедровников Сибири / И. В. Семечкин. — Новосибирск: СО РАН, 2002. — 253 с.
• 15. Семечкина, М. Г. Структура фитомассы сосняков / М. Г. Семечкина. — Новосибирск: Наука, 1978. — 168 с.
• 16. Кузьмичев, В. В. Темнохвойные леса подзоны южной тайги Западной Сибири / В. В. Кузьмичев [и другие] // Структурно-функциональная организация и динамика лесов: Мат. Всерос. конф. — Красноярск, 2004. — с. 49−51.
• 17. Ганина, Н. В. Распределение деревьев по диаметру с помощью функции Вейбулла / Н. В. Ганина // Лесоведение. — 1984. — № 2. — с. 65−70.
• 18. Бондарев, А. И. Особенности возрастной структуры лиственничников севера Средней Сибири / А. И. Бондарев // Лесная таксация и лесоустройство: межвуз. сб. науч. тр. — Красноярск: КГТА, 1994. — с. 115−122.
• 19. Каплунов, В. Я. Прогнозирование и строение древостоев по диаметру / В. Я. Каплунов // Лесоведение. — 1989. — № 3. — с. 16−21.
• 20. Козловский, В. Б. Ход роста основных лесообразующих пород СССР (справочник) / В. Б. Козловский, В. М. Павлов. — Москва: Лесная пр-ть., 1967. — 327 с.
• 21. Макаренко, А.А. О причинах динамики строения древостоев / А. А. Макаренко // Лесоведение. — 1972. — № 6. — с. 13−20.
• 22. Макаренко, А. А. Строение древостоев / А. А. Макаренко. — Кайнер, 1982. — 68 с.
• 23. Таран, И. В. Рекреационные леса Западной Сибири / И. В. Таран. — Новосибирск: Наука, 1985. — 227 с.
• 24. Тарашкевич, А. И. Процесс перегруппировки стволов / А. И. Тарашкевич // Лесное хозяйство и лесоэксплуатация. — 1936. — № 1. — с. 40−43, № 2. — с. 47−49.
• 25. Дворецкий, М.Л. О степени устойчивости средних деревьев древостоя с возрастом / М. Л. Дворецкий // Лесной журнал. — 1966. — № 5. — с. 6−9.