Прогнозные уравнения диаметров и их среднеквадратических отклонений сосновых древостоев Красноярской лесостепи

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 630.5(571.51)

Прогнозные уравнения диаметров и их среднеквадратических отклонений сосновых древостоев красноярской лесостепи

Кузьмичев Валерий Васильевич

д.б. н., профессор

Неповинных Артем Геннадьевич

aспирант

Сибирский государственный технологический университет,

Красноярск, Россия

Аннотации

Цель работы - получение прогнозных уравнений, учитывающих естественный рост сосновых древостоев Красноярской лесостепи наряду с влиянием лесохозяйственных мероприятий и стихийных факторов. В статье получены зависимости средневзвешенного диаметра и среднеквадратического отклонения от возраста и густоты.

Ключевые слова: ПРОГНОЗИРОВАНИЕ, СРЕДНЕВЗВЕШЕННЫЙ ДИАМЕТР, СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОЕ ОТКЛОНЕНИЕ, СРЕДНЕЕ РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ ДЕРЕВЬЯМИ.

UDC 630.5(571.51)

PROGNOSTIC EQUATIONS DIAMETERS AND THEIR MEAN SQUARE DEVIATIONS OF PINE FOREST STANDS OF KRASNOYARSK FOREST-STEPPE

Kuz`michev Valery Vasil`evich

Dr. Sci. Biol., professor

Nepovinnykh Artem Gennad`evich

post-graduate student

Siberian State Technological University, Krasnoyarsk, Russia

The aim of work is to get prognostic equations, taking into account the natural growth of pine forest stands

of Krasnoyarsk forest-steppe along with influence

of forestry arrangements and elemental factors. Dependences of weight average diameter and mean square deviation from age and plantation density were received in the article.

Keywords: FORECASTING, AVERAGE WEIGHT AVERAGE DIAMETER, MEAN SQUARE DEVIATION, AVERAGE DISTANCE BETWEEN TREES.

Таблицы хода роста (ТХР) древостоев - наиболее простые и информативные модели возрастной динамики их таксационных показателей, широко применяемые в лесном хозяйстве для определения производительности древостоев, установления возраста спелости, а также для прогнозных расчетов при проектировании лесохозяйственных мероприятий. Данным «инструментом» прогноза в практике лесного хозяйства пользуются давно.

Составление таблиц хода роста основывалось на подборе древостоев одного естественного ряда. Ряд, в свою очередь, подбирался на основе косвенных признаков, при этом отбрасывался опытный материал, чьи значения не вписывались в пределы отклонений от усредненной линии показателей. Влияние таких представлений было настолько велико, что известный исследователь А. Шваппах [5], получив результаты длительных наблюдений на постоянных пробных площадях, противоречащие идее указательных насаждений, составил свои таблицы хода роста в явном противоречии с наблюдаемыми результатами.

С.Н. Сеннов [1], проанализировав изменение текущего прироста на постоянных пробных площадях за 60 лет, выявил увеличение продуктивности, причем в древостоях разного происхождения, состава, возраста и бонитета. Одной и вероятной причиной увеличения текущего прироста С.Н. Сеннов считает изменение климата. В более поздней работе [2] он явно ставит под сомнение постоянство условий внешней среды, принятое за основу при составлении таблиц хода роста.

Таблицы хода роста для сосновых насаждений Красноярской лесостепи были составлены более 40 лет назад и по настоящее время не обновлялись. В силу новых подходов к прогнозированию ростовых процессов, актуализация производительности сосновых древостоев Красноярской лесостепи имеет большое значение для принятия оптимальных решений и обеспечит сохранность лесного фонда для будущих поколений.

Наиболее затруднительной становится задача прогноза производительности насаждений в случае нарушения естественных процессов роста в ходе лесохозяйственных мероприятий (рубки ухода) и в результате воздействия стихийных факторов (пожары).

В связи с вышесказанным, необходимо подобрать такие прогнозные уравнения, которые, в свою очередь, учитывали бы динамику окружающей среды или частично ее отражали, наряду с влиянием лесохозяйственных мероприятий и стихийных факторов.

Объект и методика исследования

Объектом настоящего исследования послужили древостои сосны обыкновенной на территории Красноярской лесостепи. В работе использованы материалы обмеров 155 пробных площадей, часть из них имеет период наблюдений 35-45 лет. По своему расположению используемые пробные площади равномерно охватывают исследуемый район. Динамика роста рассматриваемых древостоев по ряду таксационных показателей отдельных пробных площадей представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Сопоставление ТХР (5) с динамикой роста по: а - высоте; б - диаметру; в - площади сечения; г - запасу; д - густоте; е - среднему расстоянию между деревьями на пробных площадях: 1 - не подверженных воздействиям пожаров и рубкам ухода; 2 - Погорельского бора с рубками ухода; 3 - Юксеевского бора с рубками ухода; 4 - пройденных низовыми пожарами

По материалам обмеров на постоянных пробных площадях, заложенных на территории Красноярской лесостепи, показано, что рост сосновых древостоев по ТХР [3] не соответствует действительному развитию рассматриваемых насаждений (см. рисунок 1).

Из рисунка 1 следует, что ТХР не отражают динамики имеющегося разнообразия процессов роста и не пригодны для прогноза при воздействии на рост древостоев хозяйственной деятельности (рубки ухода) и стихийных факторов (пожары).

Отметим, что для древостоев одного уровня производительности основными независимыми переменными остаются возраст и густота.

Подход к моделированию хода роста обследуемых сосняков состоял во введении в набор изучаемых зависимостей отдельных таксационных показателей, кроме возраста, еще одной управляющей величины - среднего расстояния между деревьями. На естественные процессы роста сосновых древостоев Красноярской лесостепи влияют пожары и рубки ухода, а первоначальное проявление этих факторов происходит через изменение густоты.

Для нахождения взаимосвязи диаметра с возрастом и средним расстоянием использовалось линейное уравнение множественной регрессии с использованием комбинированных переменных. При этом было учтено необходимое число лет для достижения древостоями высоты 1,3 м. Совокупность совместного влияния нашла отражение в следующей зависимости:

(1)

где D - средний диаметр, см; A - средний возраст древостоя, лет; L - среднее расстояние между деревьями (100/N^0,5), м; N - густота, шт./га; a, b, c, - параметры уравнения; n - число лет, необходимое для достижения древостоями высоты 1,3 м. древостой сосняк лесной хозяйство

Имеющиеся данные дают возможность определить также зависимости между таксационными показателями и основными статистиками рядов распределения пробных площадей.

Одной из величин статистик рядов распределения, для которой было найдено уравнение связи с возрастом и средним расстоянием, является среднеквадратическое отклонение значений диаметра (у). Совместное влияние возраста и среднего расстояния между деревьями на указанную статистику рядов распределения числа стволов по ступеням толщины нашло выражение в зависимости (2):

(2)

Результаты и обсуждение

В рамках проведенного исследования были получены уравнения (3, 4), отражающие зависимость диаметра и среднеквадратического отклонения от возраста и густоты (среднего расстояния между деревьями):

(3)

(4)

Визуальное представление зависимости диаметра от возраста и среднего расстояния показано на рисунке 2.

Рисунок 2 - Зависимость среднего диаметра сосняков от возраста и среднего расстояния между деревьями

Проверка на адекватность подобранных уравнений осуществлялась с помощью анализа остатков (величины, которые нельзя объяснить с помощью регрессионного уравнения).

При проведении регрессионного анализа делаются некоторые предположения относительно ошибок. Они состоят в признании ошибок независимыми, имеющими нулевые средние, одинаковую (постоянную) дисперсию у² и подчиняющимися нормальному распределению [4].

Следовательно, если подобранная нами модель правильна, то остатки будут проявлять тенденцию к подтверждению сделанных предположений или, по меньшей мере, не будут противоречить им [4].

Результаты исследования остатков представлены в графической форме (рисунки 3, 4).

Рисунок 3 - Остатки в зависимости от предсказанных значений диаметра

Из рисунка 3 следует, что значения остатков близки к нулевым средним. Разброс остатков относительно предсказанных значений средневзвешенного диаметра равномерен. «Горизонтальная полоса» разброса близка к нулевому значению и не указывает на какую-либо неадекватность подобранного уравнения (3). Следует констатировать высокую адекватность подобранной зависимости реальным процессам изменения среднего диаметра древостоев в исследуемых сосняках. Уравнение характеризуется высоким коэффициентом детерминации - 95,3. Его значение свидетельствует о том, что совокупность двух факторов объясняет 95,3 % изменчивости средневзвешенного диаметра сосновых древостоев Красноярской лесостепи при стандартной ошибке в 1,8 см.

Рисунок 4 - Остатки в зависимости от предсказанных значений среднеквадратического отклонения

Анализ подобранного уравнения (4), отражающего связь среднеквадратичного отклонения от возраста и среднего расстояния между деревьями, показал, что данная модель не в полной мере отражает указанную зависимость (коэффициент детерминации - 0,527). Стандартная ошибка рассматриваемой модели небольшая - 1,2 см. График остатков в зависимости от предсказанных значений (см. рисунок 4) указывает на определенную тенденцию к переходу от положительных остатков к отрицательным при увеличении предсказанных величин среднеквадратического отклонения. Однако в силу малой выраженности этой тенденции (наклон горизонтальной полосы незначим) и равномерного рассеивания остатков подтверждается адекватность подобранного уравнения. Отметим, что перебором различных моделей, отражающих связь среднеквадратичного отклонения диаметра с возрастом и средним расстоянием между деревьями, была подобрана указанная выше модель, как наилучшая регрессия, с минимальным значением функции потерь (LF=169). Для всех полученных нами уравнений коэффициенты регрессии при всех определяющих факторах значимы на 5 %-м уровне.

Заключение

В ходе проделанной работы были получены следующие выводы и итоговые результаты:

1. Наблюдения на постоянных пробных площадях в течение 35-45 лет, заложенных на территории Красноярской лесостепи, показали несоответствие действительного роста рассматриваемых древостоев средней линии, отраженной в ТХР.

2. Подобранные уравнения для определения средневзвешенного диаметра и среднеквадратического отклонения с учетом влияния возраста и средней густоты древостоев показали высокую адекватность. Полученные уравнения рекомендуется использовать в системе моделирования строения древостоев по диаметру.

Список литературы

Сеннов С.Н. Тенденции роста южно-таежных лесов северо-запада // Лесоведение. - 1996. - № 4. - С. 68-70.

Сеннов С.Н. Лесоведение и лесоводство. - М.: Академия, 2005. - 256 с.

Фалалеев, Э.Н. Ход роста основных лесообразующих пород Сибири / Э.Н. Фалалеев и др. - Красноярск: РИО СибТИ, 1975. - 196 с.

Дрейпер, Н. Прикладной регрессионный анализ: в 2-х кн. кн. 1 / Н. Дрейпер, Г. Смит. - М.: Финансы и статистика, 1986. - 366 с.

Schwappach A. Neure Untersuchungen ьber Wachstum und Ertrag normaler Kiefernbestдnde in der Tiefebene. B., 1896. 76 s.

Размещено на Allbest.ru