МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Брянская Государственная Инженерно-Технологическая Академия
Кафедра лесоустройства
ОТЧЕТ
О выполнении учебно-исследовательской работы по таксации леса на тему: Строение древостоя
Выполнила: ст-т группы ЛХФ-302(а)
Иванченко М.И.
Проверил: доцент Лисица Г.В.
БРЯНСК 2001
ВВЕДЕНИЕ
древостой строение распределение
Решение задач лесного хозяйства не возможно без знаний закономерности формирования и строения древостоев, под которыми понимается характер распределения таксационных показателей древостоев по их размерам; взаимосвязь, изменчивость этих размеров в пространстве и во времени с целью прогнозирования производительности лесов.
Закономерности строения насаждений, их частей и совокупностей является теоретической основой разработки методов таксации и учета лесного фонда, а также широко используется при глазомерной оценке насаждений и подготовки различного нормативно - справочного материала для устройства лесов.
Насаждения представляют собой сложную биологическую систему, состоящую из многих компонентов. Важнейшими из них является древостой элемент леса, представляющий собой совокупность деревьев, различных по толщине, высоте, объему, форме стволов и другим таксационным показателям.
Целью нашей работы являются вопросы изучения разделения деревьев по диаметру по естественным ступеням толщины; построение фрагмента товарной таблицы на основе полученных данных. Освоить методику расчета показателей строения и выражения распределения деревьев (по их толщине) теоретической кривой распределения.
Вопросы строения древостоев необходимы при изучении товарной структуры древостоя для определения; выхода деловых сортиментов из древостоев разных древесных пород и разного диаметра. Необходимы сведения о распределении деревьев по ступеням толщины. Общие закономерности в строении деревьев лежат в основе построения товарных таблиц, для различных древесных пород.
1.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
Лес произрастающий на обширных территориях очень разнообразен по происхождению, сочетанию древесных пород, размерам деревьев, их возрасту, густоте, запасу, качеству древесины и другим показателям.
Одной из задач лесной таксации является выделение в лесных массивах однородных частей леса.
Участки леса, однородные по строению и заметно отличающихся от соседних частей, называются насаждениями. Основанием для выделения насаждений служит, прежде всего, различие в характере древостоя.
Древостой - это совокупность деревьев, образующих более или менее однородный лесной участок. С точки зрения таксатора, его следует рассматривать как статистическую совокупность деревьев. В связи с этим имеется возможность для использования методов статистики в лесной таксации.
Характер распределения деревьев в древостое по любому признаку (диаметр, высота, объем и др.) подчиняются закону распределения случайных величин или близкому к нему.
Изучить строение древостоя - значит, выявить характер распределения деревьев и выразить его системой оценок или параметров кривой распределения. Значения закономерностей распределения деревьев по толщине не облегчает определение выхода сортиментов из насаждения.
В конце прошлого века немецкий профессор В. Вейзе, изучая вопрос о среднем диаметре деревьев, пришел к выводу, что число деревьев меньше средней толщины составляет в насаждении - 57.5% от их общего числа, а больше средней толщины - 42.5%. таким образом, среднее по толщине дерево как бы делит все имеющиеся в насаждении деревья на две неравные части.
Закономерность, обнаруженная Вейзе, была подтверждена позднейшими исследованиями, причем было установлено, что она наблюдается у всех древесных пород.
Изучением закономерностей распределения деревьев в насаждении по толщине занимался также венгерский профессор Фекете. На основании материалов, полученных в результате исследования еловых насаждений, он составил таблицу, в которой даны средние диаметры, кратные 5см (10; 15; 20; 25см и т.д.), затем диаметр самого тонкого дерева в насаждении, далее - диаметр дерева, отграничивающего первые 10% более тонких деревьев в насаждении, 20%; 30; и т.д. через каждые 10%.
Составив такую таблицу, профессор Фекете пришел к следующему выводу. Если в насаждении заданного среднего диаметра отсчитать определенное число деревьев, выраженное в процентах от их общего числа, то у дерева отграничивающего отсчитанный процент деревьев, диаметр будет определенной величиной.
Шиффель развил это учение дальше и ввел понятие редукционного числа.
Редукционное число - относительная величина, получаемая делением абсолютного значения того или иного таксационного показателя дерева на середине значения этого показателя для древостоя.
Исследования Вейзе, Фекете и Шифеля дали лишь некоторые теоретические обобщения по вопросу о строении насаждений. Советские ученые пришли к новым теоретическим обобщениям и разработали на основе закономерностей строения насаждений более совершенные методы учета древесных запасов и выхода сортиментов, широко используемые в современной таксационной практике.
А.В. Тюрин для выявления закономерностей в строении насаждений распределял деревья по ступеням толщины, выраженным в десятых долях среднего диаметра насаждения (Rd). Такие ступени, являющиеся общими для всех насаждений и не зависящие от конкретных диаметров, он назвал естественными ступенями толщины.
Замена ступеней, выраженных в сантиметрах, относительными значениями дала возможность сравнивать и выявлять общий характер перечетов деревьев в насаждениях различных средних диаметров. Профессор А.В. Тюрин пришел к выводу, что распределение деревьев по естественным ступеням толщины не зависит ни от породы, ни от бонитета, ни от полноты насаждений. Это распределение лишь в некоторой степени зависит от возраста насаждений и в большей мере - от характера рубок ухода.
В ФРГ вопрос о строении древостоя изучал М.Продак. он обнаружил три типа распределения деревьев в ступени: равномерное, возрастающее, и убывающее. Во всех этих трех типах отклонение среднего диаметра деревьев от середины ступени не превышает 5%.
К таким же выводам пришел Х. Майер, изучавший этот вопрос в выборочном лесу.
2. МЕТОДИКА РАБОТЫ
2.1 Полевые работы
Подбор насаждений для закладки пробных площадей производится согласно
ОСТ 56 - 69 - 83.
Размер пробной площади определяется числом деревьев, необходимых для получения достоверных данных о среднем диаметре древостоя основного элемента леса с точностью ±2%. В соответствии с этим в молодняках на пробной площади должно быть не менее 300-400 деревьев, а в более старых -200 - 250.
В полевых условиях был произведен перечет деревьев в смешанных сложных насаждениях. Насаждения спелые. Район работ - Брянская область; Навлинский учебно-опытный лесхоз опытного лесничества. Пробная площадь №8 в квартале №58; таксационный участок площадью - 0,75 га
Исследования, проведенные, в полевых условиях занесены, в Ведомость перечета деревьев. Эти результаты перечета деревьев являются исходными данными для выполнения камеральной обработки.
2.2 Камеральные работы
2.2.1 Расчет статистик распределения
М основная обработка данных была произведена на IBM. Расчет сделан по программе TRASPR, в основу которой положены алгоритмы:
1)статистические формулы расчета начальных и центральных моментов:
åa*n1 =
N
åa2*n2 =
N
åa3*n3 =
åa4*n4 =
N
M1 = 0= m2-m1= m3-3m2*m1+2m134 = m4-4m3*m1+6m22*m12-3*m14
На основании этих были вычислены следующие статистические распределения:
Средний диаметр D, см
Основное отклонение ?, см
Асимметрия Аs
Ошибка среднего mx, %
Коэффициент изменчивости Сx, %
Число деревьев N
Точность опыта Рx, %
Среднеквадратический диаметр Dкв вычисляем по формуле
Dкв= Ö D2+ ?2
2.2.2 Расчет теоретических частот распределения деревьев по диаметру
)Вычисление частот общего нормального распределения произведено по алгоритму:
A E
f(х) = h*Nf(t)[1 +-- (t3 - 3v) + ----- (t4 - 6t2 + 3), где
6 24
t - нормированное отклонение
x - x
t = -----
d
1 x2
f(t) = * l----------
dÖ2П262
x =M
) вычисление частот лог. нормального распределения произведено по алгоритму:
N*h (lnx - u)2
f(x) = *l- , где
x*du*Ö2П
d
du2 = ln[()2+1]
x
du2
u = ln(x) -
2
h - величина класса
N - объем выборки
x - среднее значение диаметра
x - значение диаметра по ступеням толщины
вычисление частот обобщенного (тип А) распределения произведено по алгоритму:
N
nú = fA(x),
6
r3 r4 -3
где функция fA(x) = f(x) - f III(x) + *f IV(x),
6 24
где f(x) - функция кривой нормального распределения;
fШ(x), fVI(x) - производные функции кривой нормального распределения;
r3, r4 - основные моменты.
После вычисления частот вычисли распределение по естественным ступеням толщины.
Интервал естественных ступеней толщины всегда устанавливается равным одной десятой доли среднего значения изучаемого признака, что позволяет сравнить между собой различные ряды распределения, независимо от величины перечетных ступеней.
Нормальное отклонение определяем по формуле:
100
ti = [(di + 0.05) W-1] , где
V
di - естественные ступени толщины в долях единицы;
Нормированное отклонение для следующих ступеней толщины определяем по формуле:
ti+1= ti+?t, где
?t - интервал нормированного отклонения
?t =
Чтобы узнать начало и конец ряда распределения по естественным ступеням толщины, делят нижний предел первой ступени толщины и верхний предел последней ступени на значение среднего диаметра.
В упрощенном виде обобщенная кривая нормального распределения выражается формулой:
f(t) = j(t) + j3(t) * A + j4(t) * E
Значения функции j(t), j3(t), j4(t) берем из специальной таблицы; причем надо иметь в виду следующее: для отрицательных значений t функция j(t) равна 1 - табличное значение; функция j3(t) , берется из таблицы без изменения; функция j4(t) меняет знак на противоположный.
Затем находим j3(t)*A и j4(t)*E.
Сумма j(t)=j(t) + j(t)*A+j4(t)*E представляет собой накопление частоты (число деревьев) по ступеням толщины в долях единицы. Произведение (j(t)*N) даст накопленное число деревьев по ступеням толщины.
Дифференцированное распределение числа деревьев по ступеням получаем путем последовательного вычитания накопленных сумм (последующая минус предыдущая).
Полученные данные округляем и выражаем в % от общего числа деревьев.
2.2.3 Товарные таблицы
Расчет выхода сортиментов производим на основании сортиментных таблиц. Данные из сортиментных таблиц (для одного дерева) умножаем на число деревьев в ступенях, суммируем и получаем выход сортиментов по ступеням. Затем суммируем объем одноименных сортиментов и выражаем их в процентах от общего запаса, принимаем за 100%.
Затем, принимая выход деловой древесины за 100%, находим процентный выход крупной, средней и мелкой древесины.
Фрагмент товарной таблицы составляем для древостоев сосны со средним диаметром 36 см.
Фрагмент товарной таблицы составляем для древостоев сосны со средним диаметром 36 см. Таблица предусматривает три класса товарности. К I классу отнесены насаждения, имеющие в составе не менее 96% деловых деревьев, к II классу от 86% до 95%, к III классу не менее 85%. Выход деловой древесины в свою очередь разделен на классы крупности. (Приложение)
Особенность товарных таблиц состоит в том, что распределение в них деловой древесины на сортименты в спелых древостоях весьма близко к предусмотренному народнохозяйственным планом. Поэтому они могут быть широко использованы в решении ряда вопросов, возникающих при выборе сырьевых баз для промышленных предприятий, а также в самом лесном хозяйстве.
3. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
Анализируя полученные нами ряды распределения деревьев по ступеням толщины и естественным ступеням толщины сравним, их с известными данными профессора А.В. Тюрина
ТАБЛИЦА 1 Сопоставление рядов распределения числа деревьев (%) по ступеням толщины с данными А.В. Тюрина
Авторпорода dсрЧисло деревьев (%)по ступеням толщины8121620242832364044всегоА.В.Тюринсосна29,7-2,012,227,529,317,68,72,40,30,1100Наши данные-3,86,39,213,621,817,114,98,92,9100А.В. Тюриносина 22,5-2012,127,529,317,68,72,4--100Наши данные--8,912,916,821,818,8 10,95,93,9100А.В. Тюринель 29,17,821,727,121,512,5-----100Наши данные17,535,325,817,56,7-----100
Из таблицы видно, что различия в распределении деревьев по ступеням толщины не зависят от породы. Эти различия зависят от среднего диаметра насаждения. В сравнении с данными А.В. Тюрина расхождения по ступеням толщины составляют 4 - 5%.
Это можно объяснить тем, что в наших исследованиях объектом изучения является конкретный древостой, а данные А.В. Тюрина применимы к любому древостою.
Также на распределение деревьев по ступеням толщины влияет возраст и проведение рубок ухода за лесом.
ТАБЛИЦА 2
Сопоставление распределения числа деревьев по ступеням толщины с данными А.В. Тюрина
АвторыПорода Число деревьев (%) по естественным ступеням толщины0,40,50,60,70,80,91,01,11,21,31,41,51,6ТюринА.ВСосна-0,73,59,516,118,418,113,18,911,16,33,31,5Наши данные3,33,96,48,811,313,313,813,311,07,74,42,20,6
Из таблицы видно, что отклонение данных нашего распределения деревьев по естественным ступеням толщины от данных А.В. Тюрина составляют 4 - 5%.
На основании этого можно сказать, что, так как распределение числа деревьев (%) оказывается близким, то строение различных насаждений наблюдается общая закономерность.
Определим число среднего дерева в насаждении.
Исходные данные - результаты обмера деревьев:
Ступени толщины, см 8 12 16 20 24 28 32 36 40Число деревьев-3245561352083
На основе исследований Вейзе, число деревьев меньше средней толщины в насаждении составляет 57.5%, а больше средней - 42.5%. Тогда, из 328 деревьев 189 должны иметь диаметр меньше среднего, а остальные 139 деревьев - больше среднего. В ступенях толщины от 16 до 32 см их оказалось 147 деревьев. До заданного количества 189 нам не достает 42 дерева. Их надо взять из ступени толщины 36. К этой ступени толщины относятся деревья от 34.1 до 38 см. Всего в ней имеется 54 дерева. Следовательно, из ступени забираем, большую часть деревьев их средний диаметр будет ровняться 36 см. Все остальные деревья тоньше среднего дерева, значит, граница между деревьями этих двух групп близка к 36 см. Отсюда следует, что в данном случае средний диаметр насаждений, разграничивающий деревья на две групп, также близок к 36 см.
Сравнение наших результатов с результатами В. Вейзе, показало, что число деревьев меньше средней толщины не одинаковое т.е не 57.5% а на -5% различаются между собой. Тоже самое различие наблюдается при сравнивании мест средних деревьев в насаждениях. Это можно объяснить тем, что в наших исследованиях объектом изучения является конкретный древостой, а закономерность В. Вейзе применима к любому древостою.
Также на закономерность, определяющую место среднего дерева насаждений влияют возраст и проведение рубок ухода за лесом.
Теперь определим ранг дерева.
Место положения среднего дерева в ранжированном ряду называют рангом дерева.
Естественные ступени толщины0,40,50,60,70,80,91,0Число деревьев в %10,512,416,716,314,811,09,7
Чтобы найти ранг дерева, будем складывать число деревьев (%) от естественной ступени толщины 0.4 до 1.0.
Причем из ступени толщины берем ½ часть деревьев от общего числа деревьев в этой ступени.
Ранг дерева равен 10.5+12.4+16.7+16.3+14.8+11.0+4.85=86.55%
Ранг дерева равен 86.55%
Также на коэффициенты вариации диаметров влияют возраст и проведение рубок ухода за лесом.
Далее мы сравним процент выхода крупной, средней и мелкой древесины для своего среднего диаметра с данными Н.П. Анучиным.
ТАБЛИЦА 3
Сопоставление выхода деловой древесины (в процентах) по таблицам Н.П. Анучина
СпособКрупная Средняя Мелкая ДроваОтходыПо Н.П. Анучину216119112По ступеням толщины87121312По моделям1869131010
ВЫВОД: Сравнивая данные по ступеням толщины и по моделям с данными Н.П. Анучиным, мы видим, есть небольшие различия. Так как у Н.П. Анучина обобщенные данные по древостоям, а у нас для конкретного древостоя.
В общем, сравнивая данные ученых с нашими исследованиями, можно сделать вывод, что наши данные подтверждают закономерности выявленные учеными ранее.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Сравнивая наши данные с данными А.В. Тюрина расхождение по ступеням толщины составляет 4%. Это небольшое расхождение можно объяснить тем, что в наших исследованиях объектом изучения является конкретный древостой, а данные Тюрина применимы к любому древостою.
Также на распределение деревьев по ступеням толщины влияют возраст и проведение рубок ухода за лесом.
На основании выше изложенного можно сказать о наличии у насаждения общности в распределении деревьев по ступеням толщины.
Из проведенного нами исследования видно, что отклонение наших данных распределения деревьев по ступеням толщины от данных А.В. Тюрина составляет 4% то есть распределение числа деревьев (%) оказалось близким. На основании этого мы можем сказать, что распределение деревьев по естественным ступеням толщины имеет определенное преимущество. Оно является общим для всех насаждений.
Сопоставление двух коэффициентов вариаций диаметров, полученных в итоге исследований, проведенных нами и М.П. Дворецким, позволяет заключить, что эти два коэффициента близки друг к другу. Имеющееся небольшое расхождение (2%) можно объяснить тем, что в наших исследованиях объектом изучения является конкретный древостой, а данные Дворецкого применимы к любому древостою. Также на коэффициент вариации диаметров влияют возраст и проведение рубок ухода за лесом.
Сравнение наших результатов исследования с результатами В. Вейзе показало, что число деревьев меньше средней толщины в насаждениях почти одинаковое. Тоже самое различие наблюдается при сравнение мест средних деревьев в насаждениях. Имеющееся небольшое расхождение (4%) можно объяснить тем, что в наших исследованиях объектом изучения является конкретный древостой, а закономерность Вейзе применима к любому древостою. Также на закономерность, определяющую место среднего дерева влияют возраст и проведение рубок ухода за лесом.
Эта закономерность, определяющая место среднего дерева в насаждении, имеет теоретическое и практическое значение, так как облегчает нахождение среднего диаметра насаждения.
Все приведенные закономерности в строении насаждений позволяет судить о пределах изменения и средних значениях отдельных таксационных показателей всего насаждения и отдельных его частей. Они облегчают изучение леса и служат основанием для разработки более рациональных методов учета древесных запасов.
ЛИТЕРАТУРА
1.Анучин Н.П. Лесная таксация Изд.4-е, перераб. и доп. М., Лесная промышленность, 1977. 512с.
2.Конспект лекций по Лесной таксации
.Анучин Н.П. Сортиментные товарные таблицы: Справочник.-7-е изд., перераб. и доп.-М.: Лесн. Пром-сть, 1981. 535с.
.Кравченко Г.Л. Математические методы и модели вариационной статистике. Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов специальности 1512 Лесное хозяйство - Брянский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт. 1991. - 535с.
.Мурахтанов Е.С., Кишенков Ф.В., Лисица Г.В., Неруш М.Н. Практикум по лесной таксации: Учебное пособие. - 84с.
Расчеты на компьютере
Статистика вариационного рядаВеличина показателяОсновные ошибкиКритерий достоверностисосна1.среднее значение признака 2.основные отклонения 3.коэффициент изменчивости, % 4.асиметрия 5.эксцесс 6.погрешность среднего, %23,981 5,623 23,4 0,484 -0,012 1,620,389 0,275 1,18 0,169 0,33961,66 20,45 19,90 2,86 0,04
Статистика вариационного рядаВеличина показателяОсновные ошибкиКритерий достоверностиель1.среднее значение признака 2.основные отклонения 3.коэффициент изменчивости, % 4.асиметрия 5.эксцесс 6.погрешность среднего, %16,158 4,904 30,4 0,344 0,296 3,020,488 0,345 2,230 0,244 0,487 33,11 14,21 13,59 1,41 0,61
Статистика вариационного рядаВеличина показателяОсновные ошибкиКритерий достоверностибереза1.среднее значение признака 2.основные отклонения 3.коэффициент изменчивости, % 4.асиметрия 5.эксцесс 6.погрешность среднего, %21,046 6,403 30,400 0,469 -0,649 3,770,794 0,562 2,79 0,304 0,60826,50 11,40 10,90 1,55 1,07
№ классовСр. значение классовЧастотыФактические данныеПо кривой норм. распр.По обобщ. (Тип А)По ло. Распределению0 1 2 3 4 5 6 7 8 98 12 16 20 24 28 32 36 40 44 0 3 24 55 61 35 20 8 3 0 1 6 22 46 59 46 21 6 1 11 4 24 53 59 39 19 8 2 1 1 2 24 58 60 38 18 7 2 1 соснаВсего209208208210Критерий согл.12,8553,3563,774
№ классовСр. значение классов ЧастотыФактические данныеПо кривой норм. распр.По обобщ. (Тип А)По ло. Распределению0 1 2 3 4 5 6 7 84 8 12 16 20 24 28 32 360 12 19 37 23 7 2 1 02 8 23 33 24 9 2 1 11 8 25 34 22 8 3 1 11 6 31 34 19 8 3 1 1ельВсего101101102102Критерий согл.6,6676,20814,210
№ классовСр. значение классов ЧастотыФактические данныеПо кривой норм. распр.По обобщ. (Тип А)По ло. Распределению0 1 2 3 4 5 6 7 88 12 16 20 24 28 32 36 400 8 18 12 12 8 5 2 02 6 12 16 15 9 4 1 12 7 14 15 12 8 4 2 11 6 16 17 12 7 3 1 1березаВсего65656465Критерий согл.9,6285,1366,863