Теоретичні та експериментальні основи прогнозу продуктивності лісових насаджень та оптимізації лісокористування

Результати прогнозу розміру рубок головного користування лісом за трьома варіантами методики наведено в табл 1.

Таблиця 1 - Прогноз лісосіки для різних варіантів методики, га

Підсумок розрахунку розміру рубок головного користування за оборот рубки для сукупності господарських секцій наведено в табл 2.

Таблиця 2 - Підсумок розрахунку розміру рубок головного користування.

Аналіз першого варіанта оптимізації річної лісосіки вказує на поступове наближення цього показника в перші десятиріччя прогнозу до норми. Чим неоднорідніший розподіл площ за класами віку господарської секції, тим довший період нормалізації розміру рубок головного користування лісом. За дефіциту стиглих насаджень розмір лісосіки постійно наростає в динаміці. В інших випадках обсяг лісовикористання зростає неістотно. Застосовуючи таку оптимізаційну модель впродовж обороту рубки, помітно вирівнюємо вікову структуру господарської секції. Нагромадження стиглого лісу за оборот рубки в господарських секціях становить 20% від загальної їх площі.

Застосування методики “переведення” системного ефекту на менш цінні господарські секції на перший погляд покращує породний склад лісів, дозволяє реалізувати схему моделювання процесу відновлення лісових ресурсів для системи господарських секцій за умови дотримання принципу безперервного невиснажливого використання лісу та одночасним врахуванням кількісного та якісного аспектів. Однак, результати прогнозу обсягу рубок головного користування показують нагромадження стиглого лісу за оборот рубки в господарських секціях в розмірі 2021% від загальної їх площі. Це свідчить про неповне використання приросту внаслідок застосування В.В. Комковим методики розкидування системного ефекту в агрегованому господарстві. Подібні результати отримав С.М. Кашпор внаслідок застосування процедури оптимізації лісосіки для об'єднаних господарських секцій на рівні лісогосподарського підприємства. Нагромадження стиглого лісу спостерігається близько 1819%.

Нагромадження стиглого лісу за оборот рубки для агрегованого на типологічній основі господарства (частка різниці площі господарської секції й сумарного використання до площі господарської секції) становить близько 67% від загальної його площі. Ефект рубок головного користування внаслідок застосування моделі ліквідації тимчасових та розширеного відтворення постійної господарських секцій становить 393 га (див. табл. 13). Це означає, що оптимізація розміру рубок головного користування окремо за локальними лісосіками призводить до нагромадження стиглого лісу в кінці обороту рубки в три рази більшому, ніж за варіантом агрегації в господарство на типологічній основі.

Додатково для агрегованого на типологічній основі господарства наведені результати перерозподілу площі ділянок, вкритих лісовою рослинністю, між господарськими секціями, які подано в табл. 15.

Таблиця 3 - Перерозподіл площі між господарськими секціями в агрегованому на типологічній основі господарстві, га

Трансформація просторово-часових рядів після врахування матриці переходу площ між господарськими секціями дозволяє адекватно оцінити реальне використання запасу врахуванням покращання породного складу лісів. Перехід площ у постійну господарську секцію поступово наближує до очікуваного співвідношення площі між насадженнями деревних порід.

Постійна господарська секція характеризується в межах обороту рубки поступовим зростанням її площі та розміру. За повний оборот рубки постійної господарської секції її площа поступово зростає і зрівняється в кінці з площею господарства. За такого варіанта покращання породного складу реалізовується повністю. Використання цієї моделі сприяє сталому зростанню прибутку внаслідок постійного збільшення частки ціннішої деревини в загальному обсязі лісозаготівель.

ВИСНОВКИ

Прогноз продуктивності насаджень є об'єктивною передумовою оптимізації лісовикористання й розглядається в контексті концепції відтворення лісових ресурсів, яка є основою державної політики в лісовій галузі. Стале використання запасу залежить від принципового вибору моделі його відтворення. Вирішення проблеми досягнуто внаслідок модифікації методу лісовпорядкування, уніфікації моделей динаміки лісотаксаційних показників та систематизації нормативів продуктивності, достовірності прогнозу запасу з врахуванням цільових установок та можливості техніко-фінансової реалізації програми формування насаджень на відповідному ступені інтенсифікації лісового господарства.

1. Мінливість показника сумарної оцінки лісосировинної бази Полісся та Карпат свідчить про реальність збільшення концентрації запасу. Нерівномірність вікової структури (н210%) вказує на потребу оптимізації просторово-часових рядів для досягнення нормальної лісосіки за площею. Експлуатаційний фонд хвойного і твердолистяного господарств із запасами, в 23 рази меншими за оптимальні, свідчить про необхідність підвищення продуктивності лісу. Відмінність від нуля критерію зміни порід характеризує неоптимальний якісний склад лісів та свідчить про потребу вчасного планування рубок догляду за молодняками для запобігання небажаної зміни порід. Загалом стан лісів та лісосировинної бази обґрунтовує необхідність інтенсифікації ведення лісового господарства як умови забезпечення сталого лісовикористання.

2. У теорію лісівничої науки вводиться категорія “рівень продуктивності деревостану”. 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, яка зменшується на однакову величину (клас бонітету) за умови відхилення вологості і родючості грунту від оптимуму. Критерієм поділу на рівні продуктивності є сума модулів відхилень від оптимуму за родючістю та вологістю грунту.

Категорія встановлюється для кожної головної лісотвірної деревної породи. Кількість рівнів продуктивності залежить від величини ареалу деревної породи. Практичне впровадження рівнів продуктивності дає змогу встановити показник відсотка використання потенціалу едатопу, за допомогою якого можна визначити ефективність використання лісових земель та врахувати недоліки відносної повноти під час оцінювання запасу насаджень. Коливання відсотка використання потенціалу едатопу в межах 10075% вказує на ефективне ведення лісового господарства у минулому.

3. Категорію “рівень продуктивності деревостану” застосовано для систематизації нормативів продуктивності насаджень сосни та бука. Кількість нормативів детерміновано числом рівнів продуктивності (для сосни - 6, а бука - 4). Такі нормативи дають змогу системно здійснити економічну оцінку лісів.

Нормативи продуктивності обгрунтовують програму лісовирощування залежно від інтенсивності господарства в реальних грунтово-кліматичних умовах. Режим рубок головного користування оцінюється нормативами продуктивності деревостанів в оптимальному або субоптимальному стані.

4. У межах рівня продуктивності деревостан може перебувати у трьох якісно відмінних станах, від яких залежить планування на найближчу перспективу програми лісогосподарських заходів.

Оптимальний стан характерний деревостанам, що досягли максимальної продуктивності, з відсутнім або незначним господарським впливом. Для забезпечення повноцінного виконання лісом кліматорегулювальних та захисних функцій рекомендується орієнтувати лісове господарство на формування таких деревостанів. Для контролю за станом насадження рекомендується використати нормативи потенційної продуктивності.

Субоптимальний стан описується моделлю регулярно зріджуваних деревостанів та оптимальним режимом рубок догляду. Метою є формування деревостанів покращеної товарності. Нормативи обгрунтовують скорочення обороту рубки на 1015 років, збільшення середнього діаметра на 28 см з відносною повнотою соснового деревостану 0,80,7 у віці стиглості.

Критичний стан характеризує розладнані деревостани і обгрунтовує обмеження відносної повноти до 0,6. Зменшення відносної повноти нижче 0,6 сприяє формуванню куртинно-польового комплексу, дигресії лісових насаджень до ІV та V стадій.

5. У методичному сенсі дослідження продуктивності стовбурної частини деревостану полягає в поєднанні оцінки росту та будови. Прогноз продуктивності деревостану подано у вигляді багаторівневої системи регресійних рівнянь основних таксаційних показників та двовимірної будови за висотою та діаметром у динаміці. Запропонована модель повніше враховує зв'язки між показниками, а тому є теоретичною основою для комплексного оцінювання насадження.

6. Під час оцінювання форми розподілу ймовірностей висоти та діаметра не встановлено статистично вірогідних відхилень між оптимальним та субоптимальним станами деревостану на 5%-му рівні значимості. Будова деревостану, змінена внаслідок реалізації програми зрідження, відновлюється до характерної форми незалежно від лісорослинних умов та віку. Цей процес відбувається швидше в молодняках (515 років) та істотно сповільнюється в пристиглих і стиглих деревостанах (40 і більше років).

7. Враховуючи необхідність покращання породного складу лісів та ефективного використання стиглого запасу насаджень, господарські секції поділено на тимчасові та постійні. Належність насаджень постійної та тимчасових господарських секцій до ареалу однієї головної лісотвірної породи є підставою для організації гоподарства. Постійній може підпорядковуватися декілька тимчасових господарських секцій.

8. Дисперсія бонітету в межах рівня продуктивності досягає 23 класів. Зниження бонітету в межах рівня продуктивності не може супроводжуватися підвищенням віку стиглості. Одночасне призначення в рубку головного користування деревостанів різної продуктивності запобігає необґрунтованому продовженню на 1015 років віку стиглості.

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

10. Допоміжні лісосіки є лише варіантом раціональної, не охоплюють цілий оборот рубки, а тому не дають змоги системно прогнозувати розмір рубок головного користування.

Для постійних господарських секцій сосни та бука пропонується застосовувати програму розширеного відтворення лісових ресурсів, а для тимчасових (переважно м'яколистяних малоцінних) - програму поступової заміни об'єкта. Оптимізацію розміру рубок головного користування в тимчасовій господарській секції пропонується здійснювати на основі моделі модифікованої раціональної лісосіки.

Оптимізація лісовикористання полягає в наближенні до господарства з рівномірною віковою структурою постійної господарської секції (н2=0), збільшенні до норми (відсоток використання потенціалу едатопу 10075%) концентрації запасу у постійній господарській секції, а також скороченні в агрегованім господарстві частки менш цінних деревних порід. Реалізація запропонованої моделі дає наприкінці обороту рубки нагромадження стиглого лісу в межах 67%, що в 23 рази менше ніж за існуючими методиками.

Виробництву рекомендується:

1. Нормативи потенційної продуктивності деревостанів сосни звичайної та бука лісового в Карпатах рекомендується використати під час ведення кадастру лісів та економічного оцінювання лісових земель.

2. Нормативи продуктивності різновікових деревостанів бука лісового в Карпатах запропоновано використати для визначення оптимального обсягу рубок головного користування під час організації вибіркової форми господарства.

3. Нормативи продуктивності регулярно зріджуваних деревостанів сосни звичайної рекомендується використати для оптимізації типової програми зрідження та обґрунтування режиму рубок догляду.

4. Нормативи запасів та абсолютних повнот за відносної повноти 1,0 деревостанів сосни звичайної та бука лісового рекомендовано використати для базового і безперервного лісовпорядкування земель лісогосподарського призначення України під час лісотаксаційних робіт, для актуалізації основних таксаційних показників деревостанів бука лісового в Карпатах та сосни звичайної Полісся та Лісостепу будь-якого бонітету та середньої висоти.

5. Рекомендації для організації раціонального лісовикористання. Категорію “рівень продуктивності деревостану” пропонується застосувати для модифікації структури постійної господарської секції з метою ефективного використання лісових земель.

Рівень продуктивності деревостану можна використати як категорію, відповідно до якої визначається вік стиглості незалежно від коливання бонітету в межах едатопу. Під час обґрунтування віку стиглості рекомендовано використати інформацію про господарську стиглість для уточнення технічної.

Повніше використання стиглого лісу можна забезпечити внаслідок об'єднання в господарство господарських секцій, насадження яких зростають в межах ареалу однієї головної лісотвірної деревної породи. Реалізувати повну заміну тимчасової господарської секції за оборот рубки можливо у разі застосування для оптимізації розміру рубок головного користування модифікованої раціональної лісосіки.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Статті у журналах та збірниках наукових праць

1. Каганяк Ю.Й., Лавний В.В. Особливості розподілу чисельностей ясена за ступенями висоти стовбура та об'ємом крони в динаміці // Наук. вісн. НАУ. - К., 2001. - Вип. 46. - С. 294298. (Особистий внесок здобувача 90%. Здійснено постановку проблеми, аналітичне опрацювання та висновки).

2. Швець М.І., Каганяк Ю.Й., Гриник Г.Г. Особливості поширення дуба червоного на території України // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 2001. - Вип. 11.4. - С. 3841. (Особистий внесок здобувача 80%. Здійснено постановку проблеми, аналітичне опрацювання масиву даних, висновки).

3. Каганяк Ю.Й. Теоретичне обґрунтування методичних основ збору лісівничої інформації // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 2002. - Вип. 12.4. - С. 4245.

4. Каганяк Ю.Й., Швець М.І. Характеристика лісоресурсної бази лісового фонду України // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 2002. - Вип. 12.3. - С. 5458. (Особистий внесок здобувача 85%. Здійснено обґрунтування предмета дослідження, аналітичне опрацювання, висновки).

5. Каганяк Ю.Й., Гриник Г.Г., Лавний В.В. Моделювання твірної стовбурів дуба червоного та ясена звичайного // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 2002. - Вип. 12.2. - С. 6568. (Особистий внесок здобувача 90%. Здійснено частково збір експериментального матеріалу, опрацювання даних, висновки).

6. Каганяк Ю.Й. Розподіл деяких таксаційних показників деревостанів дуба червоного по регіонах України // Лісове господарство, лісова, паперова і деревообробна промисловість: Міжвідомчий наук.-техн. зб. - Львів: УкрДЛТУ, 2002. - Вип. 27. - С. 1822.

7. Каганяк Ю.Й., Стрямець Г.В., Ференц Н.М. Зв'язок таксаційної структури стиглих і перестиглих букових деревостанів Розточчя із ступенем їх різновіковості // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 2002. - Вип. 12.8. - С. 4751. (Особистий внесок здобувача 90%. Здійснено постановку задачі, аналітичне опрацювання даних та літературних джерел, висновки).

8. Каганяк Ю.Й. Частка деревних лісоресурсів, заготовлених із вибраної частини, у загальній вартості деревостану // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 2003. - Вип. 13.1. - С. 4347.

9. Каганяк Ю.Й., Муравйов Ю.В., Гриник Г.Г. Перспективи та особливості лісокористування в заповідних територіях Розточчя // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 2003. - Вип. 13.2. - С. 4347. (Особистий внесок здобувача 70%. Здійснено збір експериментального матеріалу, частково аналітичне опрацювання даних, висновки).

10. Каганяк Ю.Й., Гузій А.І., Гриник Г.Г. Комплексна оцінка ресурсного потенціалу деяких типів деревостану // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 2003. - Вип. 13.4. - С. 7683. (Особистий внесок здобувача 75%. Здійснено постановку проблеми, аналітичне опрацювання даних, висновки).

11. Каганяк Ю.Й., Арманаш В.А. Ретроспективний аналіз відтворення деревних лісоресурсів західного регіону України // Лісове господарство, лісова, паперова і деревообробна промисловість: Міжвідомчий наук.-техн. зб. - Львів: УкрДЛТУ, 2003. - Вип. 28. - С. 5863. (Особистий внесок здобувача 85%. Здійснено постановку проблеми, аналітичне опрацювання даних, висновки).

12. Каганяк Ю.Й. Статистична оцінка структури лісового фонду України // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 2004. - Вип. 14.1. - С. 2027.

13. Каганяк Ю.Й. Оцінка нормальності вікової структури соснових деревостанів Полісся // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 2004. - Вип. 14.4. - С. 2427.

14. Каганяк Ю.Й. Тенденції динаміки лісових ресурсів та контроль лісокористування // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 2004. - Вип. 14.6. - С. 208212.

15. Каганяк Ю.Й., Жмурко С.М. Динаміка основних таксаційних показників деревостанів сосни Банкса в сухих борах // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 2005. - Вип. 15.1. - С. 4449. (Особистий внесок здобувача 70%. Здійснено постановку проблеми, частково збір експериментального матеріалу, аналітичне опрацювання даних, висновки).

16. Каганяк Ю.Й. Короткотермінове прогнозування таксаційних показників соснового деревостану // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 2005. - Вип. 15.2. - С. 2935.

17. Каганяк Ю.Й. Зв'язок відтворення лісових ресурсів із якісною структурою лісового фонду // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 2005. - Вип. 15.3. - С. 7074.

18. Каганяк Ю.Й. Модифікація моделей нормальних запасів та абсолютних повнот для деревостанів сосни звичайної // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: НЛТУ України, 2005. - Вип. 15.4. - С.4954.

19. Строчинський А.А., Каганяк Ю.Й. Концепція виділення рівнів продуктивності як теоретична основа раціонального лісокористування // Наук. вісн. НАУ. - К., 2006. - Вип. 96. - С. 105116. (Особистий внесок здобувача 60%. Здійснено збір експериментального матеріалу та аналітичне його опрацювання, висновки).

20. Каганяк Ю.Й. Динамічні ряди розподілу двох випадкових величин деревостанів сосни звичайної та їх моделювання // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: НЛТУ України, 2006. - Вип. 16.1. - С.1419.

21. Каганяк Ю.Й. Оптимізація лісокористування агрегованого на типологічній основі господарства // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: НЛТУ України, 2006. - Вип. 16.2. - С. 3138.

22. Каганяк Ю.Й. Моделювання продуктивності різновікових букових деревостанів у Карпатах // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: НЛТУ України, 2006. - Вип. 16.3. - С. 814.

23. Каганяк Ю.Й. Прогноз потенційної продуктивності соснових та букових деревостанів // Наук. вісн.: Зб. наук.-техн. праць. - Львів: НЛТУ України, 2006. - Вип. 16.6. - С. 3945.

Матеріали конференцій

24. Гриник Г.Г., Каганяк Ю.Й. Обґрунтування доцільності виділення заповідних територій в Мало-Турянському лісництві Вигодського ДЛМГ // Розточанський збір - 2000: Матер. Міжн. наук.-практ. конф. - Кн.1. - Львів: Меркатор, 2001. - С. 201207. (Особистий внесок здобувача 65%. Здійснено постановку проблеми, частково аналітичне опрацювання даних та літератури, висновки).

25. Каганяк Ю.Й., Гриник Г.Г. Особливості моделювання динаміки деяких таксаційних показників у різних типах деревостанів // Тези доп. учасн. ІV Міжн. наук.-практ. конф. студент., асп. та молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство”. - Київ: НТУУ “КПІ”, 2001. - С. 2829. (Особистий внесок здобувача 70%. Здійснено обґрунтування актуальності питання, частково здійснено збір експериментального матеріалу та аналітичне опрацювання, висновки).

АНОТАЦІЯ

Каганяк Ю.Й. Теоретичні та експериментальні основи прогнозу продуктивності лісових насаджень та оптимізації лісокористування. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.03.02 - лісовпорядкування та лісова таксація. - Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України, Київ, 2008.

Робота спрямована на наукове узагальнення закономірностей росту, таксаційної будови і стану соснових деревостанів Полісся (та прилеглих територій Лісостепу) і букових Карпат з метою розроблення теоретичних й методологічних основ прогнозу продуктивності, оптимізації лісовикористання. Об'єктом дослідження є процеси нагромадження запасу лісовими насадженнями та оптимальні способи їх використання в інтенсивному господарстві. Предметом є система прогнозування продуктивності соснових насаджень зазначеного регіону, а також букових Карпат та оптимізація їх лісовикористання.

За потенціалом лісосировинної бази ліси розділено на чотири групи, які територіально збігаються з природними зонами. Фактична лісосировинна база характеризується неврівноваженою віковою структурою, запасами в 23 рази меншими від оптимальних, виснаженістю експлуатаційного фонду хвойного і твердолистяного господарств, покращанням породного складу лісу, інтенсифікацією лісового господарства.

Інтенсифікація господарства передбачає пошук резервів підвищення продуктивності лісу. Їх виявлено внаслідок впровадження рівнів продуктивності деревостану. На їх основі систематизовано нормативи потенційної продуктивності деревостанів сосни та бука, а також нормативи продуктивності регулярно зріджуваних насаджень сосни і різновікових насаджень бука. З цією метою розроблено багаторівневу систему прогнозу продуктивності для деревостанів сосни та бука. Прогноз продуктивності деревостану вперше виражено двовимірною будовою за діаметром і висотою та уніфікованими моделями динаміки основних таксаційних показників.

Вік стиглості соснового і букового господарств пропонується встановлювати на основі якісної та господарської стиглостей з урахуванням рівня продуктивності деревостану. Для організації раціонального лісовикористання в постійній господарській секції виділено рівні продуктивності. Оптимізацію лісосіки здійснюємо на основі об'єднаного на типологічній основі господарства. Підтверджено можливість використання раціональної лісосіки для постійної господарської секції та її модифікації для тимчасових. Таке поєднання забезпечує покращання породного складу лісу, вирівнює вікову структуру, сприяє повнішому використанню приросту.

Ключові слова: насадження, прогноз, модель, продуктивність, оптимізація, постійна та тимчасова господарські секції, агреговане господарство, запас, рівні продуктивності деревостану, нормативи, ліс, вікова структура, породний склад, розмір рубок головного користування.