Библиотечный каталог авторефератов Украины

Національний аграрний університет

Свинчук Віктор Адамович

УДК 630*52.56:582.475 (477.8)

Особливості таксаційної будови, сортиментна і

товарна структура штучних соснових лісостанів

Західного та Центрального Полісся України

06.03.02 – лісовпорядкування та лісова таксація

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Київ – 2006Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України

Захист відбудеться “16” лютого 2006 року о  10.00  годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.09 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ – 41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус 3, ауд. 65

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці НАУ за адресою: 03041, вул. Героїв оборони, 13, навчальний корпус 4, ауд. 41

Автореферат розісланий “12” січня 2006 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради                                                Кравець П.В.

загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Вирішення проблеми збереження, раціонального використання та відтворення лісових ресурсів як важливої складової довкілля неможливе без їхнього всебічного вивчення та оцінки. Для забезпечення цих потреб лісотаксаційною наукою і практикою за останні десятиріччя створено систему відповідних нормативів, зокрема, для таксації запасу стовбурової деревини насаджень різних деревних порід. Слід зазначити, що в основу чинних нормативів покладено дослідний матеріал, який було зібрано, як правило, у природних за походженням насадженнях.

Результати виконаних останнім часом досліджень таксаційної будови, сортиментної та товарної структури штучних лісостанів свідчать про певні особливості, характерні для них, які не відповідають нормативним закономірностям, змодельованим у чинних сортиментних і товарних таблицях. Особливої актуальності це положення набуває для штучних соснових насаджень, частка яких з кожним роком збільшується і за даними лісовпорядкування вже становить понад половину загальної площі соснових лісів регіону дослідження. Враховуючи, що в сучасних умовах до точності оцінки лісових ресурсів ставляться високі вимоги, нагальним є встановлення реальних біометричних параметрів стовбурів, кількісних та якісних характеристик запасу штучних соснових лісостанів та розроблення системи відповідного нормативно-довідкового забезпечення.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною науково-дослідної роботи кафедри лісової таксації та лісовпорядкування НАУ, тема № 110/6 – ф „Розробити уніфіковане методичне та нормативно-інформаційне забезпечення системи комплексного обліку лісосировинних ресурсів України” (№ державної реєстрації 0103U005907).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є встановлення біометричних характеристик форми і повнодеревності стовбурів, закономірностей таксаційної будови штучних соснових лісостанів та розроблення відповідних нормативів їхньої розмірно-якісної структури для потреб лісовпорядкування і лісогосподарського виробництва.

Задачі досліджень:

• встановити інтегральну лісівничо-таксаційну характеристику штучних соснових лісостанів реґіону дослідження;
• встановити особливості форми та повнодеревності стовбурів та обґрунтувати параметри відповідних математичних моделей;
• вивчити особливості співвідношення між діаметрами та висотами стовбурів у штучних насадженнях і розробити розрядну шкалу висот;
• встановити параметри математичних моделей розмірно-якісної структури стовбурів;
• розробити таблиці сортиментної структури запасу молодняків та середньовікових лісостанів;
• виявити закономірності таксаційної будови штучних соснових лісостанів за діаметром;
• розробити нормативи для оцінки сортиментної і товарної структури запасу пристигаючих та стиглих лісостанів.

Об’єкт дослідження – закономірності розподілу і взаємозв’язку біометричних параметрів дерев у штучних лісостанах.

Предмет дослідження – особливості таксаційної будови, сортиментної і товарної структури штучних соснових лісостанів Західного та Центрального Полісся України.

Методи дослідження. Методика досліджень базується на використанні сучасних методів збору та обробки лісотаксаційної інформації, орієнтованих на застосування комп’ютерних технологій. У процесі досліджень аналіз та узагальнення наукових результатів здійснювалися методами математичної статистики, зокрема, з використанням множинного кореляційного та регресійного аналізів і методів багатомірного математичного моделювання з дотриманням основних принципів системного підходу.

Збір дослідного матеріалу здійснювався за методикою, розробленою кафедрою лісової таксації та лісовпорядкування НАУ. Для оцінки адекватності математичних моделей використано стандартні статистичні методи. Порівняння одержаних результатів здійснювалося також графічним та аналітичним способами.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

• вперше:

• для штучних соснових лісостанів Західного і Центрального Полісся України розроблено математичні моделі форми і повнодеревності стовбурів;
• опрацьовано таблиці для визначення об’єму стовбурів сосни залежно від їхнього діаметра та висоти;
• обґрунтовано параметри математичних моделей розмірно-якісної структури стовбурів у пристигаючих і стиглих штучних соснових лісостанах та розроблено сортиментні таблиці для матеріальної оцінки їхнього запасу;
• встановлено закономірності таксаційної будови пристигаючих і стиглих штучних соснових лісостанів та отримано узагальнені ряди розподілу дерев за ступенями товщини залежно від величини середнього діаметра і відсотка ділових дерев;
• на основі математичних моделей розмірно-якісної структури стовбурів та параметрів таксаційної будови лісостанів розроблено нормативи для оцінки товарної структури їхнього запасу;

• удосконалено на основі узагальнення повидільної бази даних інтегральну лісівничо-таксаційну характеристику штучних соснових лісостанів Західного та Центрального Полісся України;
• одержали подальшого розвитку дослідження закономірностей розподілу і взаємозв’язку біометричних параметрів дерев у соснових лісостанах на основі системного аналізу інформаційного масиву даних таксації тимчасових пробних площ та іншої первинної інформації.

Практичне значення одержаних результатів. Для використання у практиці лісовпорядкування та лісогосподарських підприємств пропонуються:

1. Таблиці та математичні моделі об’єму стовбурів сосни.
2. Математичні моделі видового числа стовбурів.
3. Таблиці та математичні моделі розподілу об’єму стовбурів за розмірно-якісними категоріями у пристигаючих і стиглих штучних соснових лісостанах.
4. Сортиментні таблиці для матеріальної оцінки пристигаючих і стиглих штучних соснових лісостанів.
5. Таблиці розподілу кількості стовбурів за ступенями товщини залежно від величини середнього діаметра і відсотка ділових дерев.
6. Таблиці товарної структури пристигаючих і стиглих штучних соснових лісостанів.

Крім того, в результаті виконаних досліджень отримано довідкову інформацію про стан та лісівничо-таксаційну характеристику штучних соснових лісостанів Західного і Центрального Полісся України.

Практичне застосування результатів дисертаційної роботи в системі обліку лісових ресурсів здійснено ВО „Укрдержліспроект”, про що свідчать відповідні акти щодо впровадження.

Особистий внесок здобувача. Дисертація є завершеною науковою працею здобувача. Автором створена база науково-дослідних даних, виконана їхня статистична обробка та аналіз, розроблені відповідні математичні моделі й сформульовані основні закономірності та висновки. З цією метою використано пакет прикладних програм кафедри лісової таксації та лісовпорядкування НАУ, СУБД „Microsoft Access”, а також статистичні та графічні засоби MS Excel. Автором закладено 4 тимчасових пробних площі із рубкою 49 модельних дерев, а також 10 тимчасових пробних площ без рубки модельних дерев. Основну частину дослідного матеріалу (85 пробних площ) відібрано із бази науково-дослідних даних кафедри лісової таксації та лісовпорядкування НАУ. Крім того, у роботі використано матеріали відведення насаджень у рубку головного користування (12 лісосік) із бази даних ВО „Укрдержліспроект”.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні положення та результати дисертації доповідалися та отримали позитивний відгук на наукових конференціях викладачів та аспірантів ННІ лісового та садово-паркового господарства НАУ в 2004 і 2005 роках, міжнародних науково-практичних конференціях “Актуальні проблеми виробництва та якості продукції в аграрному секторі України” (м. Київ, 2005 р.) і “Сучасні проблеми сталого розвитку лісового комплексу України: освіта, наука, виробництво” (м. Київ, 2005 р.), міжнародному науково-практичному семінарі “Охорона і захист лісу в Україні: сучасний стан, проблеми та перспективи” (м. Київ, 2005 р.) та систематично на засіданнях кафедри лісової таксації та лісовпорядкування НАУ впродовж 2003-2005 рр.

Публікації. За темою дисертаційних досліджень опубліковано 4 статті у наукових фахових виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на 186 сторінках друкованого тексту і складається зі вступу, 5 розділів, висновків та пропозицій, списку використаних джерел (296 найменувань, в тому числі 18 іноземних) і 6 додатків на 24 сторінках. Текст містить 33 рисунки і 26 таблиць.

основний зміст роботи

Розділ 1. Коротка фізико-географічна характеристика регіону дослідження. За літературними джерелами наведено загальну фізико-географічну характеристику, описано рельєф, грунтово-гідрологічні та кліматичні умови регіону дослідження. Відзначено еколого-біологічні та лісівничі особливості сосни звичайної.

Використовуючи спеціалізовану базу даних „Управління лісовими ресурсами” ВО „Укрдержліспроект”, станом на 01.01.2004 року встановлено лісівничо-таксаційну характеристику і поширення штучних соснових лісостанів в Західному та Центральному Поліссі України. Відзначено їхні таксаційні особливості порівняно із природними деревостанами.

Загальна площа соснових насаджень у регіоні дослідження становить близько 960 тис. га, з них 520 тис. га (54 %) – це штучні лісостани. Серед них переважають молодняки і середньовікові насадження (87 %) Іа-ІІ класів бонітету (83 %) із повнотою 0,7-0,8 (84 %). Переважна їхня більшість (75 %) зростає в умовах свіжих і вологих суборів та свіжих борів, тобто у відповідних цій деревній породі лісорослинних умовах. Найвищою продуктивністю характеризуються лісостани Х класу віку – у середньому 383 м3∙га-1. Далі, зі збільшенням віку, як і в природних за походженням насадженнях, існує тенденція зменшення середнього запасу. Це пов’язано, головним чином, із нижчою повнотою цих насаджень порівняно із пристигаючими.

Найбільшою середньою зміною запасу на 1 га характеризуються середньовікові і пристигаючі насадження. У віці 51-60 років цей показник найвищий і становить близько 5,4 м3∙га-1.

Штучні соснові лісостани, порівняно із природними, мають деякі таксаційні особливості (табл. 1).

Таблиця 1

Середні таксаційні показники соснових лісостанів

(за результатами обробки бази даних)

Варто відзначити також меншу частку (2,9 %) низькоповнотних (0,3-0,4) стиглих і перестійних штучних лісостанів, порівняно із природними (6,1 %). Зазначена обставина частково пояснює різницю запасу на 1 га стиглих та перестійних насаджень на користь культур. Утім, головним чинником тут є вища продуктивність штучних лісостанів. Про це свідчить також середня зміна запасу на 1 га, яка у природних насадженнях не перевищує 4,8 м3 (51-60 років) і в середньому становить 4,0 м3. У штучних, як видно із табл. 1, цей показник дорівнює 4,7 м3·га-1.

Розділ 2. Методика збору, характеристика та первинна обробка вихідної дослідної інформації. Подано особливості методики досліджень та розроблення лісотаксаційних нормативів. Описано методики збору та первинної обробки дослідних даних. Наведено характеристику вихідної дослідної інформації.

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.

Під час вивчення форми і повнодеревності стовбурів об’єкта дослідження найбільшу увагу було приділено аналізу старого видового числа та другого коефіцієнта форми. Виявилося, що мінливість показника повнодеревності для всього масиву модельних і облікових дерев становить 15,6 %, нормального видового числа – 10,4 %. У молодняках мінливість старого і нормального видових чисел становить відповідно 17,2 % та 11,1 %, середньовікових лісостанах – 10,0 % та 9,2 %, пристигаючих і стиглих – 7,5 % та 6,5 %. Другий коефіцієнт форми характеризується меншою мінливістю, яка для всіх стовбурів становить 8,2 %.

Використовуючи сучасні комп’ютерні технології для всього масиву модельних і облікових дерев було встановлено значення коефіцієнтів кореляції між основними біометричними параметрами стовбурів (табл. 3).

Таблиця 3

Значення парних коефіцієнтів кореляції між

основними об’ємоутворювальними

показниками стовбурів

Із табл. 3 видно, що показник повнодеревності найтісніше корелює з висотою, другим коефіцієнтом форми та діаметром стовбурів. Відповідно групування значень старого видового числа було виконано за певними ступенями діаметра та висоти стовбурів. Його результати засвідчили, що для стовбурів у межах діаметрів 4-24 см зі збільшенням висоти спостерігається зменшення видового числа, а для стовбурів завтовшки 28 см і більше, навпаки – збільшення. Використовуючи статистичні F- і t-критерії, на 5%-му рівні значущостідоведено відсутність різниці між дисперсіями та середніми емпіричними значеннями видового числа стовбурів у межах зіставних діаметрів та висот у деревостанах різних вікових груп. Ця обставина дозволила отримати єдину математичну модель показника повнодеревності:

,                                (1)

де        fc – старе видове число;

       d – діаметр на висоті грудей, см;

       h – висота стовбура, м.

Поведінку цієї моделі у порівнянні з дослідними даними ілюструє рис. 1.

Порівняння отриманих за формулою (1) значень показника повнодеревності стовбурів із чинними нормативами, які було розроблено для таксації стовбурів завтовшки до 32 см у штучних за походженням молодняках і середньовікових насадженнях, засвідчило незначну різницю між ними (±2-3 %). Оскільки у чинних нормативах відсутні значення видового числа стовбурів товщиною понад 32 см, опрацьовані таблиці було доповнено даними, зібраними у пристигаючих і стиглих лісостанах.

Зіставлення значень видового числа стовбурів, отриманих за формулою (1), з аналогічним показником для природних соснових деревостанів показником для природних соснових деревостанів свідчить про різницю між ними, яка є статистично значущою і становить 3-6 %. Отримані результати  підтверджують висновки багатьох авторів про більшу повнодеревність стовбурів у штучних соснових лісостанах та свідчать про необхідність застосування для їхньої таксації окремих нормативів.

На основі класичного у лісовій таксації співвідношення (V=ghf) було розроблено нові об’ємні таблиці, витяг із яких наведено у табл. 4.

Таблиця 4

Об'єм стовбурів сосни у корі залежно від висоти та діаметра 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:

,                                                        (2)

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

                                               (3)

пристигаючі та стиглі лісостани

                                             (4)

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:

                       (5)

                       (6)

,                                                        (7)

                       (8)

                       (9)

                       (10)

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.