Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

06.03.02 - лісовпорядкування та лісова таксація

УДК 630*548:630*641:630*644.2+630*611:630*624

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора сільськогосподарських наук

Автореферат

ТЕОРЕТИЧНІ ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ОСНОВИ ПРОГНОЗУ ПРОДУКТИВНОСТІ ЛІСОВИХ НАСАДЖЕНЬ ТА ОПТИМІЗАЦІЇ ЛІСОКОРИСТУВАННЯ

Каганяк Юліан Йосипович

Київ - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України.

Науковий консультант - доктор сільськогосподарських наук, професор, членкор УААН Строчинський Анатолій Адольфович, Національний аграрний університет, завідувач кафедри лісової таксації та лісовпорядкування.

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор Юхновський Василь Юрійович, Національний аграрний університет, директор НДІ лісівництва та декоративного садівництва доктор сільськогосподарських наук, професор.

Копій Леонід Іванович, Національний лісотехнічний університет України, професор кафедри лісівництва доктор сільськогосподарських наук, професор Багінський Володимир Феліксович, Інститут лісу, директор.

Захист відбудеться “2” “квітня” 2008 року о “10” 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, м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 13, навчальний корпус 4, к. 28

Автореферат розісланий “29” “лютого” 2008 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради А.Г. Лащенко.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Відповідності між веденням лісового господарства та еколого-економічним критерієм, на думку вчених, можна досягти, узгодивши програму лісогосподарських заходів з теоретико-методологічними засадами сталого розвитку. Розроблені моделі прогнозу запасу повинні теоретично інтерпретувати розширене відтворення лісових ресурсів в інтенсивному лісовому господарстві та організацію на сучасній науковій основі раціонального лісовикористання.

У сучасних умовах актуальним є формулювання лісівничої категорії, на основі якої можна було б поєднати бонітетну й типологічну класифікації. Це дасть змогу врахувати недоліки кожної з них і вирішити низку практичних проблем. Застосування лише бонітетної класифікації не надає інформації про оптимальну потенційну продуктивність насадження в реальних лісорослинних умовах. Тому на підставі цієї класифікації неможливо обґрунтувати підвищення продуктивності лісу. Застосування типологічної класифікації під час організації господарства сприяє надмірній подрібненості об'єкта і вимагає громіздкої нормативно-довідкової бази. Поєднання класифікацій дає змогу приймати системні рішення з формування високопродуктивних насаджень, проектування лісогосподарських заходів та подальшого оцінювання їхньої ефективності.

Враховуючи, що асортимент деревних порід зумовлює розміри, технічні властивості та ціну лісової продукції, оптимізація породного складу лісів істотно впливає на ефективність ведення лісового господарства. Теоретична модель розрахунку розміру рубок головного користування для господарських секцій повинна сприяти покращанню породного складу лісів, а тому реалізовувати її доцільніше в агрегованому господарстві.

Тенденція біологічних досліджень прямує до якомога докладнішого та об'єктивнішого вивчення складних взаємопов'язаних природних систем. Використання сучасних математико-статистичних методів опрацювання масивів інформації дає можливість ускладнювати програмне забезпечення, детальніше досліджувати закономірності будови, з високою вірогідністю оцінювати продуктивність деревостану, розраховувати на підставі нового теоретичного узагальнення необхідні таксаційні нормативи. Перспективним є створення якісно нових моделей прогнозу продуктивності на основі синтезу інформації про закономірності росту й таксаційну будову деревостану. Це дасть змогу розглядати деревостан як ціле з низкою зв'язків, які не враховуються в спрощеній моделі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана в межах науково-дослідної роботи НДІ лісівництва та декоративного садівництва НАУ і є складовою частиною теми №110/6-ф “Розробити уніфіковане методичне та нормативно-інформаційне забезпечення системи комплексного обліку лісосировинних ресурсів України” (номер державної реєстрації 0103U005907).

Методика планування та проведення досліджень.

Раціональне лісовикористання, бачення перспективних способів відтворення лісових ресурсів, прогноз продуктивності лісів, обґрунтування основних положень політики в лісовій галузі потрібно розглядати в комплексі. Пропозицію можливо реалізувати, якщо перейти від трактування лісу як складної багаторівневої поліфункціональної біосистеми до розгляду його як кібернетичної системи.

Маючи керовані змінні та інформацію про їх надходження, можна побудувати кібернетичну модель (рис. 1). Антропогенне втручання у лісове середовище спричинило новий вид взаємовідносин “людина - природа”. Причому ліс виступає керованою системою, а людина з системою цільових установок - регулятором. Відповідно до кібернетичного підходу, взаємодія регулятора із керованою системою зводиться до отримання інформації про стан лісів, а точніше лісових ресурсів. Реалізація завдання вимагає формування повидільного банку даних та адекватності обліку лісових ресурсів. На їх основі можливо сформувати ефективний сигнал (Si).

Для встановлення опорного рівня у вигляді вхідного сигналу (Sr) потрібно уявляти параметри об'єкта, які доцільно підтримувати. Вони задаються системою нормативів, що регламентують діяльність лісогосподарського підприємства із лісовирощування та лісовикористання.

Якомога докладніше нормативно-інформаційне забезпечення галузі дасть змогу ефективно використовувати лісові ресурси, планувати та регулювати необхідні лісогосподарські заходи. У такому разі можна максимально об'єктивно сформувати сигнал помилки (Se), на основі якого встановлюється необхідність регулювання, а також сигнал управління (Sc) для зміни параметрів системою до запланованих.

Кібернетичний підхід вимагає відповідності величини параметрів лісу меті. Такої відповідності можна досягти за допомогою оптимізації програми лісогосподарських заходів і розміру рубок головного користування лісом.

З теорії інформації відомо, що розбіжності між станом об'єкта та його емпіричною моделлю виникають, коли досліджуваний об'єкт інформаційно ємніший, ніж цифрова модель, коли є неточності у замірюваннях його параметрів та помилки під час передавання повідомлення. Ємність матеріалу за вміщеною в ньому кількістю інформації встановлено за показником ентропії.

Встановлено, що лише замірювання у кожного дерева висоти та діаметра зі збереженням зв'язку між ними (залежна складна система) є найперспективнішим способом збору інформації, оскільки досягається максимальна ентропія. Потенційна інформація складної системи в два рази більша, ніж простої (картування діаметрів або висот у класи без збереження зв'язку). Аналіз одновимірних розподілів ознаки дає обмежену інформацію про об'єкт. Порівняно із першим способом, інформаційна ємність матеріалу у 56 разів менша. Важливим кроком у зборі інформації є перехід від оцінювання об'єкта як простої незалежної системи до залежної складної системи.

Вивчення будови та продуктивності деревостанів здійснено на основі інформації, отриманої за допомогою вибіркових спостережень. Територіальний розподіл пробних площ охоплює основні регіони пропорційно до концентрації запасів. Розподіл кількості таксаційних пробних площ із перевагою сосни та бука характеризує усі трофотопи, в яких зростають ці деревні породи. Сосна: бори - 156 спостережень, субори - 330, сугруди - 187. Бук одновіковий: сугруди - 67, груди - 140. Бук різновіковий: субори - 12, сугруди - 543, груди - 293. Вікова структура для сосни: до 40 років - 306, 4180 років - 197, 81 років і старші - 135. Вікова структура для бука одновікового: до 40 років - 60, 4180 років - 99, 81 років і старші - 58. Вікова структура для бука різновікового: 4180 років - 88, 81120 років - 384, 121160 - 255, 161 і старші - 121. Опрацьовано близько 4000 дерев сосни та 1500 - бука. Їх динаміка характеризується значною частотою у молодняках та середньовікових насадженнях. Модельні стовбури сосни та бука в регіональному аспекті розподіляються пропорційно до розміщення пробних площ. Найвагоміше представлено Полісся і Карпати, меншою кількістю модельних дерев Лісостеп та Степ.

Основною вимогою математичного оброблення інформації, отриманої за допомогою спостереження, є її збереження. Частину інформації відкидаємо, якщо обґрунтовано її помилковість. Критерій відкидання крайніх значень (b) передбачає нормальний або близький до нього розподіл ознаки. Пробні площі перевірено на наявність особин, які виходять за межі 3 за формулою b=0,5N(1()), де =хіХ -1. Якщо b<0,004, тоді екземпляри відсіювали як такі, що не належать вибірці із заданими генеральними параметрами, тобто, поява їх є маловірогідною.

Необхідний обсяг вибірки встановлено за формулою N=V2t2p-2(1r112). Обсяг вибірки, якщо мінливість ознаки становить 30%, дорівнює 729 варіантам, 25% 506, 20% 324, 15% 182. Для дослідження двовимірної будови мінімальний обсяг вибірки повинен бути не меншим, ніж 300 варіант.

Критерієм групування дослідного матеріалу є рівень продуктивності. Насадження в межах едатопу характеризується потенційною продуктивністю, яка описується середньою висотою. Важливим є максимальне наближення моделі динаміки середньої висоти до істинного росту. Лише детальним вивченням зростання у висоту дерев верхніх та середніх ступенів товщини на пробних площах можемо дізнатися про істиний ріст деревостану за висотою.

Виникає проблема вибору середньої чи верхньої висот для оцінювання гомогенності. Ймовірність появи дерев із середніми розмірами, як події в деревостані, є набагато вища, ніж з великими. Максимальна частота середнього класу кривої нормального розподілу 40%, а з великими - в два рази менша. Проте верхня висота є менш мінливою, ніж середня. Враховуючи детермінованість середніх (Н) та верхніх (Нв) висот, модель набуває вигляду Н=аНвb. Середню висоту в віці АБ вираховують за формулою H=(RБ)bБ.

Для створення базової моделі динаміки відносної висоти проаналізовано хід росту значної кількості дерев. Строчинський А.А. для оцінювання динаміки відносної висоти рекомендує використовувати великомірні зрубані модельні дерева. Значення відносних висот (R) є необхідною передумовою підбору пробних площ у гомогенний ряд, а також описання форми кривої динаміки верхньої та середньої висот. Оцінювання динаміки відносної висоти враховує особливості форми кривої для деревної породи. Її описано рівнянням R=A+lnA. Ріст за відносною верхньою висотою будь-якого базового віку виводимо як частку між верхньою висотою у віці Аі до показника у віці А50 за формулою (1).

Регіональні особливості лісосировинного потенціалу лісів як передумова їх раціонального використання.

Визначення лісосировинного потенціалу лісів (К) передує раціональному їх лісовикористанню, зумовлює моделі і способи відтворення високопродуктивного лісу. Показник К отримано внаслідок сумарної оцінки площі ділянок, вкритих лісовою рослинністю і концентрації запасу. Відповідно до величини показника К та його стандартного відхилення (=0,28) адміністративно-територіальні одиниці держави за лісосировинним потенціалом розділено на чотири групи.

До першої групи зараховано адміністративно-територіальні одиниці Карпатського регіону та частково Західного Полісся з найвищим лісосировинним потенціалом, клімат яких сприятливий для росту деревної рослинності з домінуванням едатопів, оптимальних для лісотвірних порід. На таких територіях деревною рослинністю найповніше використовується потенціальна продуктивність земель та клімату.

До другої групи ввійшли адміністративно-територіальні одиниці Полісся (за винятком зарахованих до попередньої групи), клімат якого оптимальний для росту основних деревних порід. Наявність як багатих, так і бідних едатопів, сприяє формуванню різнобонітетних деревостанів. Показник лісистості та лісосировинний потенціал нижчі від оптимальної величини.

Перша та друга групи представлені адміністративно-територіальними одиницями зі значною територією та часткою лісів, високими запасами та бонітетами деревостанів. Їх лісосировинний потенціал залежить від рослинної зони (Полісся, Лісостеп, Карпати, Степ) та режиму експлуатації в минулому.

Третю групу становлять адміністративно-територіальні одиниці з середнім потенціалом. Їх теперішній стан пов'язаний із виснаженням деревних запасів, незначною вагою лісів у загальній території об'єкта. Однак клімат на цих територіях дає змогу в перспективі реалізувати програму лісогосподарських заходів, які спрямовані на розширене відтворення лісових ресурсів.

До четвертої групи зараховано адміністративно-територіальні одиниці Степової зони з низьким потенціалом. Територія характеризується важкими кліматичними умовами для росту деревних порід, незначною площею лісів, перевагою низькопродуктивних деревостанів. Лісистість і концентрація запасів неоптимальні.

Користування запасом можливе за наявності продуктивних та експлуатаційних площ. Відносна величина показників продуктивних (Кп) і експлуатаційних (Ке) площ знаходиться в такій послідовності: 0КеКп1. Якщо КеКп, тоді ведення господарства на отримання деревини не є метою на всій продуктивній площі. Коли Ке=Кп, тоді рубки головного користування проводять на всій площі. Різниця Кп-Ке () показує питому вагу площ, де метою є несировинне використання лісу. Частка Ке/Кп (???показує вагу експлуатаційних лісів. Регіони Степової зони характеризуються низькою часткою продуктивних площ, а також майже або повністю відсутніми експлуатаційними лісами (013). Території між Лісостепом і Степом та в гірській частині Карпат мають відсоток продуктивних земель понад 75%. На значних площах головні рубки призупинено (1323) для покращання екології та переорієнтації на несировинне використання. Особливістю регіонів Полісся, Лісостепу та частково Карпат є висока частка експлуатаційних (Ке2/3) і продуктивних (Кп85%) площ. Ліси несировинного використання становлять менше 1/3.

Відтворення лісотвірними породами і запобігання росту частки малоцінних є метою регулювання якісної структури лісів. Кількісну оцінку зміни порід виражено критерієм Кзп. Якщо Кзп1, тоді породний склад покращується, а частка м'яколистяних порід в молодняках 1 класу зменшується, порівняно із стиглими насадженнями. Коли Кзп1, породний склад погіршується. В основному, виявлено покращання породного складу, за темпом переважно швидке та помірне. Критерій Кзп коливається в межах 0,040,96. Особливо високі темпи покращання в регіонах Степової зони, де режим ведення господарства жорсткий. В чотирьох випадках погіршення породного складу за темпом помірне та повільне (1,051,61). Проблема припинення небажаної зміни порід свідчить про необхідність регулювання системи лісогосподарських заходів з акцентом на рубках догляду за молодняками.

Відтворення лісових ресурсів тісно пов'язане з інтенсифікацією господарства, індикатором якої є величина середнього запасу в пристиглих та стиглих деревостанах. Норма нагромадження маси стиглими насадженнями, порівняно із пристиглими, становить 1015%. Критерій Кя оцінює втрату деревини у віці стиглості. Якщо Кя1, тоді господарство характеризується невисоким рівнем ведення, коли Кя1 - можна говорити про його інтенсифікацію, спрямовану на підвищення продуктивності лісу. У більшості регіонів хвойне та твердолистяне господарства характеризуються невисоким рівнем ведення. За нашими розрахунками для сосни і бука цей критерій не перевищує 1,0 і лише в окремих випадках нормальний. Основна причина - це інтенсивні прохідні рубки догляду. М'яколистяна група порід описується критерієм, здебільшого вищим від 1 і нагромадженням запасу, близьким до нормального (в деяких випадках понад норму). Причиною є недостатнє використання розрахункової лісосіки м'яколистяного господарства.

Наслідками інтенсифікації ведення господарства є виснаження або надмірне нагромадження стиглого лісу. Забезпеченість підприємства площею стиглого лісу виражено показником SV, а середній запас стиглого лісу, що припадає на одиницю продуктивних площ - МФ. Показник SV характеризує відхилення площ стиглого лісу від нормальної лісосіки. Коли SV=1, тоді частка стиглого лісу нормальна. Якщо SV<1, тоді забезпечення площею експлуатаційного фонду є недостатньою. Якщо SV>1, тоді нагромадження стиглого лісу є понад норму. Реальна забезпеченість підприємства стиглим лісом із цінних деревних порід є недостатня як за площею, так і за запасом. Свідченням цього є величина SV, яка для сосни та бука менша за нормальну. Для м'яколистяних порід показник SV за величиною оптимальний, а нерідко стиглий ліс нагромаджений понад норму. Оптимальна забезпеченість підприємства запасом (Мо) повинна бути в 24 рази більша, ніж наявна. Аналіз свідчить про те, що рубки головного користування м'яколистяної групи порід відбувалися в минулому із недовикористанням розрахункової лісосіки. Для листяного та хвойного господарств попит на деревину перевищував розмір її відпуску.

Відхилення фактичної вікової структури лісу від рівномірного розподілу оцінено критерієм 2ф та нормованою величиною 2н. Відхилення в межах господарської одиниці вищого порядку зважено за критерієм 2н. Для господарських частин аналіз критерію 2н вказує на нерівномірний розподіл. Нормована величина 2н у виділених об'єктах різна. Існують господарські частини, в яких за формою вікова структура значно відмінна від нормалі. Величина критерію перевищує 40%. Проте є об'єкти, в яких розподіл площ максимально наближається до норми (2н20%). Експлуатаційні ліси характеризуються низькою нормованою величиною. Зважування до загальної площі регіону неістотно зменшує критерій 2 (від 6,1% до 5,8% для Карпат, та від 12,2% до 10,2% для Полісся). Це пов'язано із великим відсотком експлуатаційних лісів. Найменш врівноваженою можна вважати систему на рівні господарських секцій. Тому є об'єктивна потреба оптимізації вікової структури.

Неоптимальність структури та стану лісів свідчить про потребу модифікації організаційних основ лісокористування. Така важлива категорія, як бонітет, не відповідає на запитання: “чи повністю насадження використовує потенціал грунтово-кліматичних умов?” Поєднання бонітетної класифікації з типологічною виражено в якісно новому за змістом критерії.

Рівень продуктивності деревостану - це лісівнича категорія, яка поєднує бонітетну класифікацію з типологічною, виокремлюючи у групу ті едатопи, в яких деревостани здатні досягти однакової максимальної потенційної продуктивності, що зменшується на однакову величину за відхилення вологості і родючості ґрунту від оптимуму.

З метою обґрунтування об'єднання едатопів з близькою потенційною продуктивністю проведено математичні перетворення їхніх символів. Для цього кожному едатопу присвоєно пару цілих чисел (і; j), які характеризують родючість та вологість ґрунту. Борам присвоєно індекс “1”, суборам - “2”, сугрудам - “3”, грудам - “4”. Індекси вологості збігаються із тими, які є на символах едатопу. Суму модулів відхилень фактичного індексу трофотопу (гігротопу) від оптимального індексу для кожної породи.

На основі критерію Кijr в табл. 1 наведено розподіл бонітетів та едатопів за рівнями продуктивності деревостану.

Критерій відмежовує едатопи для деревної породи з однаковою максимально можливою продуктивністю в окремий рівень. Для сосни, залежно від едатопу, Кijr набуває величини від 0 до 5, а для бука - від 0 до 3. В один рівень продуктивності об'єднуються деревостани тих едатопів, в яких однакова величина критерію. Отже, для сосни встановлено 6 рівнів продуктивності, а для бука - 4. Оптимальний для деревної породи едатоп характеризується Кijr таким, що дорівнює нулю. Для максимально непродуктивних типів критичне значення Кijr залежить від числа едатопів, в яких порода зростає. Для сосни воно становить 5, для бука - 3.

Формалізація будови деревостану двовимірним розподілом висоти й діаметра.

Форму поверхні розподілу частот висоти та діаметра отримано на основі 14-параметричної вирівнювальної поверхні типу А, яка описується рівнянням (3). Узгодженість між фактичними та теоретичними поверхнями оцінено за критерієм 2.

Внаслідок перевірки за формулою (4) підтверджено гіпотезу про адекватність апроксимуючої поверхні типу А, а також встановлено вірогідність зв'язку між досліджуваними ознаками на 5%-му рівні значимості.

Базовою приймається середня висота у 100-річному віці, яка відповідає класу бонітету шкали М.М. Орлова. Отже, враховується пропозиція А.З. Швиденка про універсалізацію підходу до бонітування деревостанів різних порід. Створюється можливість порівняння інтенсивності росту за висотою на основі аналізу їх швидкорослості. Динаміку середньої висоти насаджень сосни описано рівнянням (5), бука - (6), середнього діаметра сосни - (7), а бука - (8).

Встановлено тісний зв'язок між середніми висотою (діаметром) насаджень сосни (бука) та середньоарифметичними і середньоквадратичними показниками. Моделлю вибрано рівняння прямої лінії. Параметри моделей названих показників, а також коефіцієнт детермінації (R2) та точність моделі ().

Стандартне відхилення для рядів розподілу за діаметром та висотою деревостанів сосни та бука розраховано за формулою .

Теоретичні значення середніх висоти, діаметра та стандартного відхилення для рядів розподілу діаметра і висоти наведені у табл. 3.

Асиметрію ряду діаметра сосни описано моделлю (9), бука - (10). Косість ряду висоти сосни описано моделлю (11), бука - (12). Четвертий основний момент ряду діаметра (висоти) виражено для сосни моделями (13) та (14), а бука - (15) і (16). Залежність коефіцієнта кореляції від віку описано для сосни моделлю - (17), а для бука (18).

Форму поверхні описано внаслідок додаткового введення в теоретичний двовимірний розподіл таких параметрів, як r21, r12, r13, r31, r22 та перших чотирьох похідних функції Лапласа-Гаусса. Область значень моделей, які описують параметри форми двовимірного розподілу, є обмежена для нормальних з еліпсоподібною основою асиметричних апроксимуючих теоретичних поверхонь. Незалежно від віку та бонітету насадження сосни та бука знайдено їх оптимальне співвідношення.

Форма теоретичного двовимірного розподілу ймовірностей повністю описується середньоарифметичними діаметром і висотою, стандартними відхиленнями діаметра й висоти, косістю та крутістю, коефіцієнтом кореляції та п'ятьма змішаними основними моментами вищого порядку, які визначають поверхню.

Складено нормативи динаміки двовимірного розподілу частот за висотою та діаметром для деревостанів сосни та бука щодо виділених рівнів продуктивності. Фрагмент моделювання двовимірного розподілу деревостану внаслідок табулювання 14-параметричної поверхні типу А.

Система нормування запасу деревостану як основа прогнозу продуктивності.

Система прогнозу об'єднує моделі продуктивності насаджень сосни та бука різного стану (оптимальний, субоптимальний) і форми (різновікові, одновікові).

Моделювання потенційної продуктивності. Моделі середнього видового числа сосни описано формулою (19), бука - (20). Запас соснового деревостану апроксимовано моделлю (21), букового - (22). Модель середньої висоти відпаду для сосни апроксимовано рівнянням (23), бука (24). Модель середнього діаметра відпаду сосни апроксимовано рівнянням (25), бука - (26).

Фрагмент динаміки абсолютної повноти, запасу та загальної продуктивності соснових та букових насаджень в оптимальному стані.

Прогноз продуктивності регулярно зріджуваних деревостанів. Інтенсифікація лісового господарства супроводжується взаємодією елементів біогеоценозу з різними заходами. Впродовж росту деревостану вплив системи лісогосподарських заходів проявляється у зміні його структури та продуктивності. Позитивні зміни спрямовані на отримання додаткового ліквідного запасу та одночасне наближення параметрів деревостану до поставленої господарської мети. Програма зрідження є основою реалізації мети. Додаткове збільшення розмірів особиною в деревостані пов'язане із розширенням її площі живлення.

Перед рубанням у віці (А) задається таксаційна характеристика деревостану та програма зрідження. Розпочинаємо прогнозування середньої висоти на підставі інформації про реакцію показника після зрідження. Середня висота залежить від методу рубки та інтенсивності зрідження. Алгоритм прогнозу середньої висоти зводиться до розрахунку за формулами (27)(29). Потім, у віці А вноситься запас деревостану МА, його відносна повнота ПА, задається величина вибірки. Бонітет розраховуємо за формулою (30). Відсоток поточного приросту (РМ) виражається через Н і бонітет за формулою (31). Прогноз запасу МА+n на А+n років здійснюємо за формулою (32). Відсоток поточного приросту середнього діаметра (РD) виражено формулою (33). Прогноз абсолютної повноти здійснюємо за формулою G=M(HF)-1.

Середня висота вибірки для комбінованого методу зрідження приймається аналогічною залишеній частині деревостану. В інших випадках показник коригуємо, використовуючи модель (34). Середній діаметр вибірки отримуємо за формулою Da=DKD, а перевідний коефіцієнт апроксимується системою моделей (35). Для усунення неузгодженості між таксаційними показниками корекцію середнього діаметра здійснено за формулою

, (1)

=0,00007-0,0104Б+0,8615Н, (2)

Критерієм відображено субоптимальний стан, характерний для насаджень зі скороченим оборотом рубки та збільшеним середнім діаметром. Важливою умовою є рівність між запасом від рубки головного користування та рубок догляду деревостану субоптимального стану та запасом від рубки головного користування деревостану оптимального стану.

На думку К.К. Буша, С.А. Диренкова, поєднання типології із комплексом лісогосподарських заходів доцільне на невеликій території для обмеженого періоду часу. Розроблення специфічних комплексних біоекономічних типологічних класифікацій не доцільне, оскільки відображає поточний стан, описаний моделями, непридатними для прогнозу різних комбінацій процесу.

Враховуючи це зауваження, модальні таблиці непридатні для оцінювання стану насаджень. Вони не надають інформації про оптимальність лісогосподарських заходів, оскільки відображають лише найпоширеніший стан, який не завжди еквівалентний меті ведення господарства. Динаміку таксаційних показників соснового насадження субоптимального стану.

Запропонованими моделями прогнозу основних таксаційних показників регулярно зріджуваних деревостанів на основі оцінювання відсотка поточного приросту можна описати інваріантність за товарністю, а отже, і цінність насаджень з погляду господарського значення лісу.

Побудова нормативів таксації продуктивності різновікових букових деревостанів у Карпатах. Відносна повнота деревостану після вирубки стиглого покоління повинна коливатися в межах 0,60,8 одиниць. Це забезпечує необхідну кількість підросту (1015 тис. шт/га). Буковий деревостан у віці рубки повинен характеризуватися відносною повнотою не менше 0,8. За такої повноти вибірка за запасом 0,2 одиниці забезпечить сприятливий світловий режим під наметом для поновлення. Починаючи приблизно з 5-го класу віку (20-річні класи) найстаршого покоління, кількість підросту може становити 15000 шт/га. Необхідна різниця у віці між поколіннями повинна становити 3050%. Такий підхід забезпечує достовірну різницю середніх висоти і діаметра і підтверджений експериментально. Різні автори оптимальною кількістю поколінь приймають 34 (з врахуванням підросту).

Аналіз таксаційних показників різновікових деревостанів бука у Карпатах підтверджує наявність кореляції (0,8) між віком окремих поколінь лісу та їх середньою висотою. Модель відображає незатриманий ріст за висотою. Середній діаметр виражається рівнянням, а видове число - Запас різновікового деревостану.

Величину запасу найстаршого покоління лісу (х), враховуючи вік рубки (U) та оптимальний вік елемента лісу (Аі).

Верхнім обмеженням рубок головного користування прийнято запас найстаршого покоління у віці стиглості, порівняно з яким пропонується регулювати інтенсивність вибірки. Це дасть змогу формувати різновікові деревостани з рівномірною віковою структурою і оптимальною пропорцією запасу між поколіннями.

Gehrhardt E. вважає вибіркове господарство продуктивнішим, ніж лісосічне. За отриманими результатами, якщо врахувати інтенсивність користування (4 цикли), позитивний ефект становить 2339% порівняно із головним користуванням одновіковим буковим насадженням. Середній приріст різновікового букового деревостану на 4568% перевищує показник одновікового.

Основні положення та принципи лісовикористання в зоні інтенсивного ведення лісового господарства.

Відомо три рівні відтворення лісових ресурсів, які є актуальними для нашої держави. Просте відтворення лісових ресурсів характеризується об'єктом господарювання, в якому господарські секції повністю сформовані, а лісовикористання забезпечено впродовж обороту рубки.

Розширене відтворення лісових ресурсів пов'язане з залученням інвестицій у галузь, необхідністю збільшення обсягів використання, розширення асортименту та покращання їх якості. Реалізація програми розширеного відтворення відбувається на основі створення нових або вдосконалення існуючих господарських секцій. Модель розширеного відтворення лісових ресурсів передбачає декілька способів. Ними є екстенсивний та інтенсивний способи відтворення лісових ресурсів.

Перспективним варіантом розширеного відтворення лісових ресурсів є інтенсивний напрямок. Цей варіант не потребує залучення нових площ, але передбачає комплекс лісогосподарських заходів, спрямованих на поступову впродовж обороту рубки заміну існуючих насаджень на продуктивніші.

Для інтенсивного ведення лісового господарства з елементами комплексного лісовикористання потрібно врахувати постулати Г.Ф. Морозова та П.С. Погребняка, М.А. Голубця, а також концепцію М.О. Мойсеєва.

З метою модернізації статичної моделі нормального лісу М.О. Мойсеєв запропонував концепцію безперервно продукуючого лісу. Відповідно до цієї концепції тип лісу є підставою для організації первинної обліково-розрахункової одиниці та проектування системи лісогосподарських заходів. Такий підхід можна застосувати у високоінтенсивному лісовому господарстві. У такому разі господарська секція та безперервно продукуючий ліс збігатимуться. Нині ці категорії мають нетотожне наукове тлумачення та практичну необхідність.

Концепція постійно продукуючого лісу свідчить про необхідність організовувати первинну обліково-розрахункову одиницю з врахуванням типології в міру зростання інтенсифікації лісового господарства. За низької його інтенсивності господарську секцію збільшують об'єднанням декількох таких одиниць.

Голубець М.А. одним із способів підвищення ефективності та раціонального використання родючості лісових земель вважає переведення лісового господарства на типологічну основу. Вчений пропонує об'єднувати лісові ділянки у типи лісу. Однорідність встановлюють на основі походження, структури екологічних особливостей, продуктивності, стану і господарської цінності лісостану. Звідси пропозиція поділяти типи лісу на корінні та похідні. Серед останніх можуть бути природні похідні та штучні похідні типи лісу. Їх об'єднують на підставі типу лісорослинних умов. Така ідея перспективна для обґрунтування рівня агрегації лісів.

Враховуючи вищезазначене, в межах господарської секції поряд з бонітетною необхідно ширше застосовувати й типологічне оцінювання. Виділені рівні продуктивності дозволяють ув'язати ці дві системи оцінювання стану насаджень та інтенсивності використання лісових земель.

Найвагомішими групами факторів, які впливають на зміну параметрів господарської секції, є природно-лісівничі, економічні, природно-технічні. Ці групи факторів визначають форму господарства. Правильне їх обґрунтування впливає на спосіб організації господарської секції та відповідність розміру річної лісосіки фактичному лісосічному фонду підприємства. Цей аспект безпосередньо пов'язаний з дотриманням принципу невиснажливості лісовикористання.

Загалом підвищення ефективності використання лісових ділянок здійснюють двома способами. Підняття продуктивності лісу реалізується інтродукцією та акліматизацією швидкорослих деревних порід за рахунок обмеження площі корінних лісотвірних. У такому разі відбувається збагачення біорізноманіття лісів.

Альтернативний напрямок характеризується необхідністю відтворення лісових ресурсів внаслідок вирощування насаджень із корінних лісотвірних порід. Переосмислення лісової політики в сфері лісовирощування пов'язане з ослабленням стійкості, погіршенням фізико-механічних властивостей деревини інтродукованих деревостанів, недостатнім нагромадженням маси.

Вирішення зазначених проблем вимагає розглядати господарські секції у вигляді цілісної системи з обов'язковим ранжуванням її елементів (рис. 3).

До тимчасових господарських секцій зараховано похідні деревостани, які не є ціллю ведення лісового господарства. Площі з них використовують на поповнення постійної господарської секції. У постійні господарські секції без додавання площ виділяють насадження інтродукованих високопродуктивних деревних порід. Запропоновано вдосконалену форму для обліку площ та запасів постійних господарських секцій.

Облік площ (запасів) постійної господарської секції.

У межах рівня продуктивності деревостанам характерні різні бонітети. Насадження з неоптимальним бонітетом виділяємо в підгрупу “неоптимальна продуктивність” для виявлення відсотка використання потенціалу едатопу.

Важливою проблемою є встановлення первинної одиниці розрахунку розміру рубок головного користування лісом. Сьогодні нею є господарська секція. Науковці розглядають й альтернативні варіанти. Пропонується розраховувати лісосіку в агрегованому вигляді (на рівні лісогосподарського підприємства).

У цій роботі агрегацію здійснено на рівні господарства, основною для організації якого є історично сформовані ареали деревних лісотвірних порід. Кожен таксаційний виділ характеризується типом лісу, а тому не виникає труднощів для технічної реалізації об'єднання площ у господарство. У господарство входять одна постійна господарська секція та декілька тимчасових.

Групування динаміки площ та запасів для букової господарської секції проведено щодо рівнів продуктивності, в межах яких розраховують резерви підвищення продуктивності. деревостан сосна бук лісосіка

Для економіки підприємства лише удосконалення структури постійної господарської секції дає змогу виявити 1015% площ з неоптимальною концентрацією запасу насаджень. Виявлені в постійній господарській секції резерви підвищення продуктивності свідчать про реальність та доцільність інтенсифікації ведення лісового господарства.

До постійної господарської секції об'єднано ділянки, вкриті лісовою рослинністю, на яких переважає цільова деревна порода. Решта ділянок розподіляють між тимчасовими господарськими секціями господарства. У межах підприємства можлива організація декількох господарств. Тимчасові господарські секції можуть дублюватися в різних господарствах, оскільки малоцінні породи можуть зростати на ареалах декількох лісотвірних порід.

Оптимізація розміру рубок головного користування для постійної господарської секції реалізується згідно з програмою розширеного відтворення лісових ресурсів, основою якої є раціональне стале в часі використання. Його принципами є вирівнювання площ за класами віку, підвищення продуктивності лісу, оптимізація породного складу. Для тимчасових господарських секцій застосовується програма ліквідації об'єкта в перспективі. Рівномірність розподілу площ за класами віку, збільшення концентрації запасу не є метою лісовирощування.

Сьогодні відбувається переосмислення підходів встановлення віку стиглості. Основними причинами є зростання значення ринкових механізмів регулювання лісовикористання. Крім суто біологічних вимог до встановлення віку стиглості додаються ще й економічні. Результати розрахунку віку стиглостей для насаджень сосни та бука.

Тепер вік стиглості пов'язують із зміною класу бонітету. Проте бонітет, який не характеризує в едатопі оптимальної продуктивності насадження, не є підставою для збільшення віку стиглості. Враховуючи, що вік господарської чи технічної стиглості змінюється на 5 років з кожним класом бонітету, у межах рівня продуктивності необхідно очікувати скорочення віку стиглості на 1015 років.

У господарствах сосни та бука на перспективу можливо істотно збільшити концентрацію запасу насаджень. Площа постійної господарської секції може зрости приблизно на 1015%. Для вирішення згаданих проблем пропонується ефективніша організація господарських секцій.

Оптимізація лісовикористання на різних рівнях агрегування лісів.

Основний напрям та принципи використання лісу в Україні зумовлені довгостроковою програмою розвитку лісової галузі “Ліс-2015” і є важливим елементом розроблення державної лісової політики. В Україні згідно з чинною “Методикою визначення розрахункової лісосіки” обсяги лісозаготівлі визначаються в можливих для експлуатації лісах кожного підприємства в межах категорій лісів, господарських частин, господарств, господарських секцій і способів рубок. Оптимізація розміру використання деревини реалізовується за допомогою аналізу розміру лісосік: за станом, першої та другої вікових, рівномірного користування та раціональної. З усіх передбачених методикою лісосік особливу увагу привертає раціональна як найперспективніша. Ця модель виражається системою алгебраїчних рівнянь (40), які охоплюють множину ймовірних варіантів локальних лісосік. Форма вікової структури насаджень господарської секції враховується цією оптимізаційною моделлю. Її недоліком є значне нагромадження стиглого лісу впродовж обороту рубки.

, (3)

Завдання оптимізації розміру використання полягає у пошуку максимуму показника, що не зумовлюватиме зменшення відпуску стиглого лісу, а сприятиме наближенню до нормальної лісосіки. Прогноз максимальної лісосіки на 10 років зводиться до вибору результату за формулою (41), а алгоритм трансформації просторово-часового ряду на наступний період прогнозу.

Деревина в різних господарських секціях є нерівноцінна, що є підставою неоднозначного трактування перспектив, виражених у різних проектах та прогнозах лісовикористання. Незменшення розміру лісосіки в динаміці не завжди задовольняє ширше трактування принципу безперервного невиснажливого використання лісу. Необхідно звернути особливу увагу на можливе погіршення породного складу лісів. Запобігання цьому негативному явищу є домінуючим в методиці оптимізації розміру лісовикористання системи господарських секцій.

Для сукупності господарських секцій загальна площа лісосік, вирахувана для кожної із них, занижує можливий розмір лісовикористання. Оптимізація системи господарських секцій вимагає внести в методику розрахунку розміру рубок головного користування нові показники. З теорії системного аналізу відомо, що для оптимізаційної моделі повинна виконуватися нерівність (43). Різниця між лівою та правою частинами нерівності дає деяку додатну величину, яку називають системним ефектом. Його отримують за формулою (44).

, (4)

де і - номер господарської секції, і=1, 2, ..., М;

X1(t) - розрахункова лісосіка для агрегованого господарства.

Системний ефект зростає, якщо: відбувається збільшення об'єкта розрахунку; перерозподіл площ між господарськими секціями під час розширеного відтворення під впливом довгострокової програми; здійснюється комплексний облік використання різних ресурсів лісу; зростає відмінність у формі розподілу площ за класами віку кожного елемента системи. Відомі нині методики зводяться до розкидування системного ефекту між окремими лісосіками.

Однак розрахунок розміру рубок головного користування лісом для групи господарських секцій повинен враховувати: особливості розподілу площ деревостанів за класами віку; різну інтенсивність лісовикористання в господарських секціях з різним віком стиглості; виділення тимчасових та постійних господарських секцій і об'єднання їх у господарство на типологічній основі; оптимізацію розміру лісовикористання в межах господарства із застосуванням процедури ліквідації тимчасових та розширеного відтворення постійної господарських секцій.

Пропонується об'єднувати господарські секції на рівні господарства. Для цього організовують одну постійну (w1) та декілька тимчасових (z1j) господарських секцій. У межах господарства для господарських секцій з різним віком стиглості ряд розподілу площ за 10-річними класами віку різний за кількістю. Це спричиняє порушення умови рівності класів віку. У рядах достигання з меншим віком стиглості відсутні елементи, які характерні для господарських секцій з більшою величиною показника. У разі виконання цієї умови системний ефект найвірогідніше буде меншим за нуль. Це пов'язано з наближенням сумарного розміру рубок головного користування до величини лісосіки, розрахованої для господарської секції з найдовшим рядом достигання.

Негативний системний ефект означає, що введені до групи ряди достигання в такому вигляді, в якому вони є, неможливо розглядати як єдину систему. Господарські секції з більшим віком стиглості, об'єднані в систему з секціями із меншим оборотом, будуть одночасно і меншими за інтенсивністю лісовикористання. Тому для створення передумов об'єднання групи господарських секцій з різним віком стиглості в єдиний ряд достигання необхідно врахувати матрицю переходу площ із тимчасових секцій у постійну. Такий перерозподіл площ має бути поступовим, планомірним, без різких стрибків, наростаючим у часі.

Для оптимізації лісосіки в постійній господарській секції використовуємо модель раціональної лісосіки. Для реалізації програми поступової ліквідації тимчасових господарських секцій необхідна модифікація моделі раціональної лісосіки. Суть її полягає в тому, що у разі повного поступового вилучення площі розрахункової лісосіки, скорочується просторово-часовий ряд, оскільки не поповнюватиметься площами 1 клас віку. На кожне наступне десятиріччя прогнозу ряд скорочується, а, отже, змінюється параметр jmin. З цієї причини синхронно зменшуємо індекс початкового класу стиглих насаджень (m-jmin) в оптимізаційній моделі. Цей крок зумовлює поступову зміну нормальної лісосіки (її зростання) та вилучення площ з тимчасової господарської секції рівно за оборот рубки. Модель описано системою рівнянь.