Студенту

К МЕТОДУ ТАКСАЦИИ ЗАПАСА (КРУГОВЫЕ ПЛОЩАДКИ С ПОСТОЯННЫМ ЧИСЛОМ ДЕРЕВЬЕВ)
И.Н. Павлов, Н.В. Павлов (Сибирский государственный технологический университет)
Известны многочисленные методы определения запаса стволовой древесины на корню. Наибольшее признание получили: сплошной и ленточный перечеты, круговые реласкопические площадки, площадки постоянного радиуса [1, 5]. Самым высокопроизводительным из инструментальных признан метод круговых реласкопических площадок. Однако его  применение затруднено  в древостоях с  наличием густого подроста, c низко опущенными кронами деревьев и с нарушенным распределением числа стволов по диаметру, в которых для определения запаса по категориям неприменимы товарные таблицы.
Круговые площадки постоянного радиуса применяются реже из-за сложности  их отграничения в натуре в связи   с увеличением числа измеряемых деревьев и проведением частого контроля за радиусом площадки. Количество круговых площадок постоянного радиуса, необходимое для определения запаса с показателем точности ±10%, зависит от размера площадки, строения древостоя, полноты и величины лесосеки. Так, при площади лесосеки до 5 га  в древостоях чистых, и однородных, полнотой более 0.8 необходимо закладывать 11 площадок [1]. В древостоях многоярусных, разновозрастных, с неравномерным смешением по составу и имеющих полноту ниже 0,6 закладывается 27 площадок. При увеличении площади лесосеки с 5 до 25 га количество рекомендуемых круговых площадок постоянного радиуса увеличивают в 2 раза.
Согласно действующей «Инструкции по … » [1] радиус круговых площадок устанавливается  в зависимости от полноты и среднего диаметра древостоя (рис 1).
Снижение полноты и увеличение средних диаметров требует адекватного увеличения радиусов площадок. Данная закономерность не вызывает сомнений, но не дает ответа на вопрос о количестве  деревьев на площадке для обеспечения заданной точности.  Несомненно, что увеличение радиусов площадок  в низкополнотных древостоях необходимо для увеличения числа обмеряемых деревьев.
Однако для большинства древостоев естественного происхождения характерно нерегулярное размещение (при образовании биогрупп и прогалин). Площадка, попавшая в центр куртины, по числу стволов существенно отличается от таковой с центром между куртинами (на прогалине). Следствием этого является повышение коэффициента варьирования запаса и снижение точности его определения методом круговых  площадок постоянного радиуса.
По данным «Стандартной таблицы сумм площадей сечений и запаса древостоев на 1 га при полноте 1.0» (ЦНИИЛХ)  и таблиц объемов стволов [3] было вычислено  усредненное количество измеряемых стволов на круговых площадках постоянного радиуса, закладываемых в древостоях различной полноты и среднего диаметра (рис 2).
В тонкомерных древостоях (средние диаметры 16-20 см), число стволов на площадке с возрастанием полноты от 0,35 до 0,95 увеличивается в два раза. В древостоях со средними диаметрами (28-30 см)  увеличение числа стволов с возрастанием полноты не существенно. Минимальное усредненное количество стволов на одной площадке составляет 13 (средний диаметр 32 см и полнота 0,75), максимальное – 42 (средний диаметр 16 см). При попадании площадки в куртину число стволов увеличивается, а на прогалине, наоборот, уменьшается относительно приведенных чисел.
Из рисунка 2 следует, что снижение среднего диаметра и увеличение полноты древостоя сопровождается измерением большего числа деревьев на площадках. Однако в инструктивных материалах нет доказательной базы, подтверждающей данную необходимость. Не известно, являются ли оптимальными нормами очень сильно изменяющееся число деревьев на одной площадке (от 13 до 42) и приводит ли использование круговых площадок рекомендуемых размеров к минимизации затрат для достижения заданной точности таксации запаса.
Вопрос о размере учетной площадки до сих пор остается дискуссионным. Часть исследователей считают, что более выгодно закладывать относительно меньшие по размеру площадки [2, 4 и др.].  По наблюдениям  И. Кенставичуса [2] для достижения одной и той же точности в определении суммы площадей сечений деревьев процент выборки круговыми площадками величиной 100 м2 должен быть в 1.69 раза меньше, чем при таксации площадками 400 м2.  M. Prodan  [8] установил, что измерение расстояний до шести деревьев является оптимальным как с теоретической, так и с практической точек зрения.
А.С. Матвеев-Мотин отдает предпочтение относительно большим по размеру площадкам. V. Giurgiu и Г.М. Кулаков при исследовании изменчивости запаса на площадках размером от 100 до 1600 м2 пришли к заключению, что при выборке равной интенсивности достигается одинаковая точность в определении запаса древостоя независимо от размера площадок [цит. по 7].
Изучая размер и форму учетных площадок, А.Н. Федосимов и В.Г. Анисочкин  пришли к выводу, что «…за оптимальный размер площадки, обеспечивающий минимальный процент выборки, следует принять площадки, имеющие в среднем 25-30 стволов.  … Этому числу стволов на площадке при переходе от средневозрастных к спелым соответствует площадь площадки от 400 до 800 м2» [7, с. 55].
С целью получения аргументированных ответов на поставленные вопросы в чистых сосняках Учебно-опытного лесхоза СибГТУ полнотой от 0,6 до 1,5 и средними диаметрами 22 - 36 см заложены 33 круговых координатных пробных площадки.  Основные принципы методики закладки круговых площадок изложены в статье [6]. На круговой площадке учитывали не менее 20 деревьев.
Главная цель камеральной обработки состояла в том, чтобы вычислить запас на 1 га по данным обмера одного,  двух и т.д. деревьев на круговой площадке. Каждая площадка разбивалась на условные площадки в зависимости от числа обмеренных на ней деревьев. Радиус условной площадки (Ri) вычисляли как среднюю квадратичную величину.
                        (1)
где: ri – радиус от центра площадки до первого (и т.д.) дерева;
ri+1 - радиус от центра площадки до второго (и т.д.) дерева,
Ri – средний квадратичный радиус площадки с  i –  количеством стволов на ней (i=1; 2; 3 …).
Вычисляли площадь круга с одним, двумя, тремя и т.д. деревьями в границах определенного по формуле радиуса. Средний квадратичный радиус обеспечивает деление площади кольца между соседними деревьями на две равные части. Половина площади кольца относится к стволу, расположенному ближе к центру площадки, другая половина – к следующему по удаленности стволу. Объем вычислялся для каждого ствола отдельно. Сумма объемов стволов давала запас на пробной площади с разным числом деревьев. После пересчета получали запасы на 1 га, вычисленные для круговых площадок, на которых имеется одно, два, три и т.д. деревьев. Для круговой площадки с 20 деревьями получали 19 вариантов запаса на 1 га. При этом если центр площадки с малым количеством измеряемых деревьев (1-4) попадал в куртину с крупными стволами, запасы на 1 га завышались, если между куртинами, – занижались относительно среднего запаса на выделе. Варьирование запаса по мере увеличения числа стволов на площадке снижалось (рис. 3). Особенно резко это снижение наблюдалось при увеличении числа деревьев от одного до семи, что отражалось на точности определения запаса (рис. 4).
Снижение полноты сопровождалось увеличением коэффициента варьирования запаса (рис. 5) и требовало адекватного увеличения количества измеряемых деревьев на ПП для достижения заданной точности.
Анализ данных, приведенных на рисунках 3-5 показывает, что колебания оценок измеряемого запаса на 1 га постепенно «затухают» по мере увеличения числа измеренных деревьев на площадках. Увеличивать число измеренных деревьев до 20-30 шт. на площадке не имеет смысла ввиду явного снижения изменчивости запаса при 7 и более деревьях на площадке. Показатель точности определения запаса, по данным 33 площадок, при превышении 11 деревьев на площадке практически не повышается. Дальнейшее увеличение числа обмеряемых деревьев на площадке означает только увеличение трудозатрат на таксацию без повышения точности.
Основной вывод заключается в том, что при таксации запаса круговыми перечислительными площадками определяющее значение имеет не величина площадки, а число деревьев на ней. Существует некоторое оптимальное число стволов на круговой перечислительной площадке, нахождение и использование которого приведет к снижению затрат на таксацию запаса. Это оптимальное число в низкополнотных древостоях будет несколько больше, чем в древостоях с высокой полнотой.
Процесс закладки круговых площадок характеризуется двумя выходными параметрами: точностью и трудозатратами. Решение задачи оптимизации проведено графически  (рис. 6).
После статистической обработки получена математическая модель процесса.
Т = 0,0027+4,6913*x+7,8567*y  ,                   (2)
где Т –затраты времени на таксацию запаса, мин;
х – количество перечетных площадок, шт;
у- количество учетных деревьев.
Изолинии по оценке точности определения запаса проведены с помощью взвешенного метода наименьших квадратов (3D Contour Plots). Оптимальное сочетание числа площадок и измеряемых деревьев может быть определено по минимуму затрат, обеспечивающему заданную точность. Воспользовавшись формулой 2 окончательно получаем, что минимальное время на определение запаса по оптимальному соотношению количества стволов/площадок (8/14) составляет 124 мин. Дальнейшее увеличение числа деревьев на площадке ведет к снижению необходимого количества площадок и увеличению трудозатрат.
Выводы:
действующие нормативные материалы по таксации запаса методом круговых перечислительных площадок, устанавливающие размер пробных площадей, в большинстве случаев ведут к излишним затратам  труда;
при таксации запаса круговыми перечислительными площадками основное значение имеет не величина площадки, а число деревьев на ней;
альтернативой круговым площадкам постоянного радиуса может стать метод круговых площадок с постоянным числом деревьев, позволяющий существенно снизить коэффициент варьирования запаса и повысить точность его определения при снижении трудоемкости (до 40 %);
для чистых сосновых древостоев найдено оптимальное соотношение числа стволов/площадок (8/14), позволяющие минимизировать затраты при получении удовлетворительной точности (10 %) на уровне вероятности 0,68;
снижение числа учитываемых деревьев на площадке существенно упростит и сделает более эффективным использование приборов и инструментов для дистанционных измерений.
Список литературных источников

1. Инструкция по проведению лесоустройства в лесном фонде России. Ч. 1.  – М.: ВНИИЦлесресурс, 1995. -174 с.
2. Кенставичус И.И. Применение выборочно – измерительной таксации при устройстве лесов по участковому методу в Литовской ССР. Автореф. дис. на соиск. ученой степени канд. с.-х. наук. Каунас, 1964. -30 с.
3. Лесотаксационный справочник для южно-таежных лесов Средней Сибири.- М.: ВНИИЛМ, 2002. -166 с.
4. Мошкалев А.Г. Оптимальная точность таксации эксплуатационного лесного фонда. – Сб. научн. Трудов ЛенНИИЛХ, 1975, вып. 22/ -C. 3-11.
5. Наставление по отводу и таксации лесосек в лесах Российской Федерации. – М.: ЮНИФИР, 1993. -72 с.
6. Павлов И.Н. К методике картографирования  куртинного усыхания деревьев с применением геоинформационных технологий //Лесное хозяйство. -2005. -№ 3 (в печати)
7. Федосимов А.Н., Анисочкин В.Г. «Выборочная таксация леса». М.: Лесная промышленность, 1979.- 172 с.
8. Prodan M. Punktstichprobe fur die Forsteinrichtung. // Forst – u. Holzwirt, 1968, 23, 11. –Р. 225-226.

Рис. 1. Рекомендуемые радиусы круговых перечетных площадок (по данным [1])

Рис. 2. Расчетное необходимое число измеряемых стволов для древостоев различной полноты и толщины (на основе рекомендуемых инструкцией радиусов площадок)

Рис. 3. Варьирование определяемого запаса на 1 га с увеличением числа измеряемых деревьев на площадках (доверительный интервал 0,68)

Рис. 4. Изменение показателя точности опыта с увеличением числа стволов на 33 площадках (Р = 0,68)
Рис. 5. Изменчивость запаса в древостоях различной полноты (1- 0,6-0,9; 2 - 1,0-1,5) с увеличением числа измеряемых деревьев на площадках

Рис. 6. Графическое (3D Contour Plots) определение числа стволов и площадок при Р=0,68 (- затраты времени, мин., - точность определения).

Реферат