Сплошные и выборочные методы таксации древостоев

Размещено на http://www.allbest.ru

СПЛОШНЫЕ И ВЫБОРОЧНЫЕ МЕТОДЫ ТАКСАЦИИ ДРЕВОСТОЕВ

1. Сущность сплошных и выборочных методов таксации леса

Методы таксации леса разделяют на две большие части: сплошные и выборочные. Сплошные методы таксации заключаются в учете каждого выдела и каждой лесосеки. Этот метод носит также название перечислительной таксации, что означает учёт (перечисление) каждого дерева, каждого выдела и т.д. Такой учет можно делать по-разному: уже рассмотренными нами способами определения объемов деревьев по ранее описанным формулам или по иному, но основным методом измерений здесь является сплошной перечет и нахождение запаса древостоя по объемным таблицам. Таким образом, сплошные методы таксации предполагают учет всех объектов исследования: выделов, деревьев и т.д. Это требует больших затрат труда и средств. Поэтому сплошные методы таксации часто заменяют выборочными.

Выборочные методы предполагают измерять часть генеральной совокупности, которую нам надо оценить: часть деревьев лесосеки, часть оцениваемого массива и т.д. По этим данным судят о всей совокупности. Наиболее общая совокупность носит название генеральной. Это теоретически бесконечно большая или, во всяком случае, приближающаяся к бесконечности совокупность всех единиц или членов, которые могут быть к ней отнесены. Так, если бы можно было описать все особи данного вида, например все деревья сосны в лесах Беларуси, то они составили бы генеральную совокупность. таксация лес сплошной выборочный

Генеральная совокупность может состоять из такого большого количества единиц, что изучить их всех нет возможности. Поэтому практически приходится иметь дело со сравнительно небольшими выборочными совокупностями. Лесовод, закладывая пробную площадь, где всего-то 200 деревьев, делает выводы о всей совокупности.

Вопрос о том, в какой степени по выборочной совокупности можно судить о генеральной, принадлежит к числу важнейших теоретических и практических вопросов в биологической статистике и лесной таксации.

Задачей изучения всякой совокупности является получение статистических (или, как иногда говорят, биометрических) характеристик или показателей. Они позволяют судить о данной совокупности в целом, о различиях внутри нее и об отличии этой совокупности от других, сходных с ней или близких к ней совокупностей. Совокупность становится статистической именно тогда, когда в ее описание вносится количественный метод.

Чтобы выборочная совокупность наиболее полно отражала генеральную, необходимо учитывать следующие основные положения.

1. Выборка должна быть вполне представительной, или типичной, т.е. чтобы в ее состав входили преимущественно те варианты, которые наиболее полно отражают генеральную совокупность. Поэтому перед тем как приступить к обработке выборочных данных, их внимательно просматривают и удаляют явно нетипичные варианты. Например, при изучении хода роста деревьев в высоту надо исключить стволы, сломанные бурей, поврежденные огнем и т.д.

2. Выборка должна быть объективной. При образовании выборки нельзя поступать по произволу, т. е. включать в ее состав только те варианты, которые кажутся типичными, а все остальные браковать. Доброкачественная выборка производится без предвзятых мнений, по методу жеребьевки или лотереи, когда ни одна из вариант генеральной совокупности не имеет никаких преимуществ перед остальными - попасть или не попасть в состав выборочной совокупности. Иными словами, выборка должна производиться по принципу случайного отбора без каких бы то ни было субъективных изъятий из ее состава. Например, если мы хотим для определения средней высоты измерить 20 деревьев ели, то нельзя их выбирать по своему вкусу, исключая, скажем, низкие угнетенные стволы. Надо измерять высоту у каждого 10 или 20 и т.д. елового дерева. При этом надо учитывать ограничения, упомянутые выше в п.1, например, исключать деревья, сломанные ветром.

3. Выборка должна быть качественно однородной. Нельзя включать в состав одной и той же выборки данные, полученные на деревьях разного вида, возраста или физиологического состояния. Неоднородный по составу материал не дает верной информации об изучаемых явлениях. Например, нельзя объединять в одну пробную площадь древостои разных типов леса, хотя бы они росли рядом, скажем сосняк брусничный и сосняк вересковый. Все эти условия может соблюсти только специалист, хорош знающий предмет своего исследования. В нашем случае это лесовод.

Эмпирические, или выборочные, совокупности могут иметь самый различный объем. В зависимости от числа наблюдений принято различать малые выборки, содержащие не более 30 вариант, и выборки большие>30, включающие в свой состав до 100-200 единиц совокупности и больше. Верхний предел здесь не ограничен. Принципиальной разницы между большой и малой выборками нет. Различать их приходится на том основании, что сравнительная оценка биометрических показателей, вычисляемых на малых выборках, находится в зависимости от числа наблюдений.

Выборочные методы делятся на выборочно-перечислительные и выборочно-измерительные. Первые предполагают проводить перечет части участка: на лентах, на пробных площадях различной конфигурации, на круговых пробных площадках постоянного радиуса. Данные перечета переносятся на всю площадь участка по соотношению величины пробы и участка.

Выборочно-измерительные методы основываются на использовании круговых реласкопических площадок, закладываемых с помощью углового шаблона Биттерлиха или призмы Анучина. В случае необходимости в пределах площадок проводится перечет деревьев и определение их высот. Обработка этих данных обычно делается на компьютерах по специальным программам.

2. Перечислительная таксация древостоев. Таксация пробных площадей

Перечислительными методами в лесном хозяйстве Беларуси пользуются в основном при таксации лесосек и закладке пробных площадей. Основой перечислительных методов таксации лесосек является сплошной перечет.

Перечет можно вести путем обмера и нумерации каждого дерева. Так поступают при закладке постоянных пробных площадей или стационаров. При этом толщину стволов на высоте 1,3 метра часто находят путем измерения окружности дерева рулеткой. В этом случае может проводиться нумерация деревьев и их картирование. Но такие подробные измерения в силу их трудоемкости делают лишь при многолетних научных исследованиях.

Помимо сплошных перечетах на лесосеках названный метод применяется при таксации пробных площадей.

Таксация пробных площадей перечислительными методами

При проведении научных исследований в лесном хозяйстве и для различных целей в лесоустройстве закладывают пробные площади. Они требуются для тренировки глазомера таксатора (тренировочные пробные площади), для определения объема выбираемого запаса при рубках ухода, для оценки товарной структуры древостоев, при исследовании хода роста и для других целей. На пробных площадях выполняют комплекс лесотаксационных работ, из которых основным является детальный сплошной перечет деревьев.

При проведении таксации пробных площадей есть ряд общих правил. В то же время специфика выполнения разных работ (исследования, тренировка глазомера таксатора и т.д.) накладывает свои особенности на проведение работ. Поэтому рассмотрим методы учета на пробных площадях в зависимости от целей их закладки.

Пробные площади лесоустроительные тщательно подбирают и в зависимости от целей работы выполняют различные измерения.

Подбор пробных площадей

Пробные площади закладывают, отступая от квартальных просек, дорог, опушек леса, вырубок и других не покрытых лесом земель не менее чем на 30 метров.

Размер пробной площади и её секций определяют исходя из требования наличия на пробе в приспевающих и спелых древостоях не менее 200 деревьев основного элемента леса. В молодняках на пробе должно быть в наличии не менее 400-500 деревьев .Проба в молодняках должна иметь площадь не менее 0,25га. При этом, если число деревьев на такой пробе слишком велико, то перечет деревьев производят на части пробы (секции) с количеством деревьев не менее 400 штук.

При закладке тренировочных и таксационно-дешифровочных пробных площадей в спелых и перестойных насаждениях, в расстроенных древостоях, в насаждениях со средним диаметром более 50см, а также если в составе древостоя имеется четыре и более древесные породы, то, допустимо устанавливать размер пробной площади, исходя из наличия на ней не менее 100 деревьев основного элемента леса.

Пробные площади для изучения эффективности рубок главного и промежуточного пользования закладывают в наиболее распространенных в данном объекте насаждениях, нуждающихся в проведении соответствующих рубок.

Тренировочные пробные площади должны быть заложены в типичных, а также в наиболее сложных для тaкcaции древостоях, с учетом распространения таких насаждений в объекте лесоустройства. Таксационно-дешифровочные пробные площади закладывают в типичных древостоях с учетом особенностей строения полога насаждений.

Оформление постоянных пробных площадей

Отграничение пробных площадей в натуре производят инструментально с замером углов и сторон. Пробные площади отграничивают визирами шириной 0,5м с нанесением на граничных деревьях пометок масляной краской или затесок на деревьях, расположенных с внешней стороны пробной площади.

По углам пробной площади и ее секций устанавливают столбы. Вершину столба стесывают в виде усеченной четырехгранной пирамиды с верхним основанием 2 2см. Форма и размер столбов должны соответствовать специальным указаниям.

Столбы маркируют черной масляной краской по трафарету надписями следующего образца:

ПП-4-95-пробная площадь, № пробной площади, № квартала.

11-15 - год закладки, год последующего измерения.

2-0.25 - № секции, площадь в га.

Нумерация пробных площадей, закладываемых в течение года, должна быть единой в пределах лесничеств. На всех постоянных пробных площадях, заложенных ранее, нумерация должна быть сохранена прежняя. Вновь заложенные пробные площади нумеруют по порядку, начиная с первого номера. Для каждой пробной площади производят привязку к квартальной сети.

На пробную площадь и данные ее привязки выполняют чертеж, обычно в масштабе 1:10000. Все пробные площади должны быть нанесены на планшеты и отмечены условным знаком с указанием номера пробной площади и года закладки. Постоянные пробные площади передаются под охрану лесхозу по акту.

Закладка тренировочных пробных площадей

Тренировочные пробные площади для коллективной тренировки закладывают до начала проведения таксационных работ. Пробные площади, предназначенные для индивидуальной тренировки таксатора, закладывают в течение полевого периода.

После отграничения пробной площади в натуре на ней производят перечет деревьев по элементам леса в пределах каждого яруса по ступеням толщины и с подразделением их на деловые, дровяные и сухостойные. Отдельно учитывают захламленность с подразделением ее на ликвидную и неликвидную. Выделение возрастных поколений делают при разнице в возрасте не менее, чем на два класса возраста и запаса выделяемого поколения не менее 20% от общего запаса насаждения.

Применение сплошных методов сводится в основном к проведению сплошного перечета по ступеням толщины. Величину ступени толщины определяют по формуле Кунце (8.1) и в соответствии с таблицей 11.1 Как правило, в лесохозяйственной практике используют ступень толщины, которая равна 4см.

Таблица 11.1. Величина ступеней толщины при проведении перечётов

Средний диаметр преобладающего элемента леса, см	Величина ступени толщины, см
До 4 включительно	0,5
Свыше 4 до 8 включительно	1,0
Свыше 8 до 16 включительно	2,0
Свыше 16	4,0

Записывают измеренные деревья в перечетную ведомость «конвертом». При этом применяют следующие условные обозначения.

* Ї 1; * * 2; * * Ї 3; * * Ї 4; *Ї* Ї 5; *Ї* Ї 6;

* * * * * * *

*Ї* Ї 7; *Ї* Ї 8; *Ї* Ї 9; *Ї* Ї 10; *Ї* Ї 11; и т.д.

*Ї**Ї* *Ї* *Ї* *Ї*

Перечётная ведомость, куда заносятся диаметры измеренных деревьев, записываемые «конвертом», ведётся для каждой породы. По результатам замеров составляют сводную перечетную ведомость по форме таблицы 11.2.

Таблица 11.2. Сводная перечётная ведомость деревьев на пробной площади

Ступени толщины	Число деревьев по породам
	сосна	ель	берёза	итого
4	3	2	1	6
5	11	10	-	19
6	20	14	2	26
7	27	19	3	49
8	35	21	6	62
9	38	12	7	57
10	29	6	5	40
11	19	2	3	24
12	10	1	-	11
13	5	-	2	7
14	3	-	1	4
15	1	-	-	1
всего	201	85	30	306

Минимальный диаметр деревьев, включаемых в перечет, должен быть 8см для насаждений со средним диаметром от 16 см и более. Для насаждений со средним диаметром до 16 см он должен составлять 0,4 среднего диаметра. При проведении научных исследований выбор величины ступени и минимальный диаметр выбирают, руководствуясь методикой выполнения работы. Проведение сплошных перечетов при отводах и таксации лесосек в силу их большой практической важности выделено в отдельную главу и описано ниже. Среднюю высоту преобладающей породы вычисляют по графику высот. Техника этой работы описана выше.. Для построения графика высот преобладающего элемента леса измеряют высоты у 20-25деревьев Для этих же деревьев измеряют и диаметры на высоте 1,3м.

У элементов леса, составляющих 0,1-0,3 состава, высоты измеряют у 3-5 деревьев, близких по высоте к средней. Средняя высота в этих случаях определяется как среднее арифметическое указанных измерений. Средние высоты элементов леса, доля участия которых менее 0,1 состава, указывают глазомерно. Определение возраста основного элемента леса проводят путем подсчета годичных слоев на кернах, взятых с помощью возрастного бурава у шейки корня или на срубленных 3-5 модельных деревьях близких к средним. По остальным элементам леса возраст проставляется глазомерно. Средний возраст элемента леса определяют как среднее арифметическое из возрастов замеренных деревьев.

Модельные деревья срубают за пределами тренировочной пробной площади. Их выбирают путем предварительного обмера высот и диаметров из числа деловых стволов, близких к среднему дереву. Диаметр выбранного дерева не должен отличаться от вычисленного среднего диаметра элемента леса более чем на половину принятой при перечете градации ступени толщины. Высота выбранной модели не должна отклоняться от высоты, найденной по графику, для данной ступени, более чем на 5%. Отобранные деревья должны быть средними для деревьев данной ступени толщины по форме и размерам крон.

Деревья, учитываемые на пробе, разделяют на модельные и учётные. Модельными будут те, которые измеряют после их рубки. Учетные деревья обмеряют без рубки, например при замерах высот. Для определения ряда таксационных показателей (запас, прирост, выход сортиментов и т.д.) отбирают разное количество модельных деревьев. Это определяется методикой исследования. В то же время есть единые принципы отбора моделей. Они заключаются в следующем.

Отбор проводится случайным путем. В условиях леса наиболее удобным и правильным методом отбора деревьев будет систематическая выборка, являющаяся разновидностью метода случайного отбора. Для осуществления отбора с помощью систематической выборки делают перечет деревьев.

Допустим, на пробной площади у нас оказалось 220 деревьев. Расчетным путем определили, что количество моделей, которое надо обмерить, будет 20. Следовательно, одна модель должна быть взята от 11 деревьев. Став в углу пробной площади, мы должны идти в том же направлении, как и при производстве перечёта. Допустим, что начнём отбор с 6 деревьев по счету. Затем берем каждое 11 дерево после 6: 17, 28, … до тех пор, пока не наберем 20 модельных деревьев. Нельзя выбирать «типичные» стволы или место их роста. Отбор должен носить случайный характер - это главное.

Случайный отбор исключает систематические ошибки, а случайные ошибки рассчитывают известными биометрическими методами. В то же время при отборе модельных деревьев следует исключить те из них, которые могут исказить суть изучаемого явления. Например, изучая прирост, нельзя брать усохшие стволы. При исследовании сортиментной структуры и во всех других случаях сломанные деревья и т.д.

Отбор моделей ведется по способу пропорционально-ступенчатого представительства. Например, нам надо отобрать 20 модельных деревьев из 220, которые представлены следующей перечетной ведомостью (таблица 11.4) Из таблицы 11.4 мы видим, что из ступени толщины 36 см по расчету модель не берется. Но наиболее толстые ступени толщины древостоев имеют значительную долю в запасе и приросте. Из самых толстых деревьев вырезают наиболее ценные сортименты. Поэтому желательно, чтобы модели были взяты из всех ступеней толщины, которые больше среднего диаметра. Это можно сделать как за счет уменьшения количества моделей в тонких или средних ступенях толщины, так и за счет увеличения на 1-4 числа взятых модельных деревьев, что видно из таблицы 11.3.Взятие несколько большего количества моделей, хотя и требует повышенных затрат труда, но это компенсируется увеличением точности исследования. Во время отбора ведется измерение деревьев и их точковка раздельно по каждой породе. Если в некоторой ступени толщины количество моделей, которые надо измерить, уже набрано, то, не нарушая порядок перечёта, измеряем следующее (или предыдущее) дерево.

В процессе измерений может оказаться, что из-за неточностей измерения или каких-либо ошибок количество отобранных моделей не совпадает с расчетным. Например, вместо 4 деревьев в ступени толщины 24 отобрано 5, а в ступени 20 получилось на одну модель меньше. В этом случае следует добрать 1 модель в ступени 20 и т.д. В результате получим большее число моделей, что ничуть не ухудшит искомый результат.

В случае, если из какой-то ступени толщины не взята модель, например в ступени 28, то для расчетов используют модель, взятую для соседней ступени толщины, например 24 или 32см. Объем дерева для ступени, где нет модели, рассчитывают по формуле

, где (11.1)

V_ict - объем дерева в i ступени, где не брали модель.

V_{modct ±1} - объем модели в ступени толщины, которая больше или меньше ступени i.

D_i, D_i± - диаметры i и i±1 ступеней толщины.

Таблица 11.3 Расчет необходимого количества моделей по ступеням толщины.

Ступени толщины, xi	Число деревьев, ni	Количество моделей по расчету, шт	Количество моделей с округлением, шт	Намечено к вырубке, шт	Фактически взято моделей, шт
8	9	0,82	1	1	· / 1
12	25	2,27	2	2	··/ 2
16	36	3,27	3	3	· : / 3
20	45	4,09	4	4	: : / 4
24	51	4,64	5	4	: : / 5
28	32	2,91	3	3	: : / 4
32	18	2,64	2	2	·· / 2
36	4	0,36	0	1	· / 1
Итого:	220	20,0	20	20	22

Ha пробных площадях, заложенных в молодняках и средневозрастных насаждениях, единичные деревья, не образующие ярус или поколение, также включают в перечет, но при вычислении средних диаметров и высот соответствующих элементов леса, а также полноты яруса их не учитывают. Запас единичных деревьев учитывают отдельно.

Для учета и характеристики подроста и подлеска на пробной площади под пологом леса закладывают не менее 5 площадок, равномерно распределенных по пробной площади и составляющих в сумме 5% от ее площади. Перечет подроста на площадках производится по породам, происхождению, группам высот и жизнеспособности. Для каждой группы высот подроста определяется средний возраст. Перечет подлеска производится по породам.

На пробной площади должен быть заложен почвенный разрез. Описание его проводится по почвенным горизонтам с указанием цвета, мощности, механического состава, структуры, сложения, включений, новообразований, характера смены горизонтов и других показателей.

На каждую пробную площадь заполняют специальные карточки.

Пробные площади для изучения хода роста

Пробные площади для изучения хода роста насаждений закладывают по естественным рядам развития, которые соответствуют различным условиям местопроизрастания, характерным для данного района исследования, с соблюдением требований, предусмотренных методикой составления соответствующих таблиц.

Модельные деревья и деревья на анализ древесного ствола должны быть срублены за пределами пробной площади. Подбор модельных деревьев проводят по методу пропорционально-ступенчатого представительства. На срубленных модельных деревьях производят измерения, предусмотренные специальной формой карточки модельного дерева. Длину отрезков, на которые должно быть разделено модельное дерево, определяют в соответствии с таблицей 11.4.

Таблица 11.4 Длина отрезков для определения объёма ствола по секционным формулам

Длина ствола, м	Длина отрезка, м
До 8 включительно	0,5 (1,0)
Свыше 8	2,0

Допускается делить ствол на 10 равных отрезков по методике В.К.Захарова. Вычисление объёма ствола в этом случае проводят по формуле Симпсона. На модели отмечают масляной краской место измерения диаметра на высоте груди и указывают номер дерева. При закладке проб на ход роста руководствуются специальной методикой, которая будет изложена ниже.

Пробные площади закладывают и для других целей, которые могут быть весьма разнообразными: для изучения товарной структуры древостоев, интенсивности рубок ухода и т. д.

Пробные площади для изучения товарной и сортиментной структуры

Пробные площади для изучения товарной и сортиментной структуры должны быть заложены на участках, наиболее типичных для определения категории таксируемых насаждений, с условием охвата возможно большего разнообразия спелых насаждений исследуемой породы по классу бонитета, полноте и составу. Пробные площади целесообразно размещать на лесосеках, поступающих в ближайшее время в рубку.

На пробных площадях, заложенных для изучения товарной и сортиментной структуры древостоев, учетные деревья выбирают методом случайного отбора в количестве от 25 до 50 штук. Они должны быть распределены пропорционально коэффициентам состава составляющих элементов леса, а в пределах последних - пропорционально сумме площадей сечений каждой ступени толщины.

Для составления товарных и сортиментных таблиц допускается срубать и разделывать на сортименты все деревья на пробе. При разделке деревьев на сортименты следует руководствоваться СТБ-1711 и 1712. На каждую пробную площадь заполняют карточки по специальной форме. Подробная методика сбора полевого материала для составления сортиментных таблиц описана ниже.

Пробные площади для изучения эффективности рубок промежуточного пользования и рубок главного пользования

Для изучения эффективности рубок ухода за лесом, санитарных рубок, выборочных и постепенных рубок главного пользования и лесовосстановительных рубок пробные, закладывают многосекционные пробы. На них одна секция должна сохраняться в качестве контроля. Остальные секции являются показательными. На них проводят соответствующую рубку разной интенсивности или разными методами. На таких пробных площадях производят сплошной перечет деревьев. При этом на показательных секциях выбираемую и оставляемую часть древостоя необходимо учитывать раздельно.

На показательной секции при рубках ухода в молодняках выбираемые деревья складируют по породам и определяют запас вырубленной древесины в складочных кубометрах с последующим переводом в плотные. Запас вырубленной части древостоя на показательных секциях при рубках ухода за лесом, санитарных рубках, выборочных и постепенных рубках главного пользования и лесовосстановительных рубках определяют по сортиментным таблицам с разделением на деловую древесину, дрова и отходы.

На пробных площадях для изучения эффективности выборочных и постепенных рубок главного пользования и лесовосстановительных рубок учет подроста и подлеска ведут на учетных площадках, составляющих в сумме не менее 10% от всей пробной площади.

Сохранность пробных площадей

Постоянные пробные площади подлежат сохранению и по окончании полевых работ сдаются по акту лесничеству. В 30-метровой полосе вдоль постоянных пробных площадей запрещается проведение рубок главного пользования и рубок ухода за лесом.

Организации, заложившие пробные площади, обязаны представить в лесохозяйственное предприятие ведомости пробных площадей и схемы их привязок. Карточки пробных площадей должны храниться в лесоустроительных предприятиях.

Персональную ответственность за сохранность постоянных пробных площадей несут главный лесничий предприятия, ведущего лесное хозяйство, и лесничий. При проведении авторского надзора представитель лесоустроительного предприятия или экспедиции проверяет сохранность и состояние пробных площадей.

Обработка результатов измерений

Запас насаждений на пробных площадях для изучения хода роста товарной и сортиментной структуры определяют как сумму запасов ступеней толщины, вычисленных на основании данных модельных деревьев.

При сплошной рубке насаждений на пробных площадях, заложенных для составления товарных и сортиментных таблиц, запас их определяют суммированием запасов всех срубленных деревьев.

Относительную полноту определяют как отношение суммы площадей сечений на 1га таксируемого насаждения к сумме площадей сечений подобного нормального древостоя. Последнюю находят по стандартным таблицам сумм площадей сечений при полноте 1,0. Полноту устанавливают с точностью до 0,01. Результаты обработки заносят на лицевую карточку пробной площади.

При проведении научных исследований закладку пробных площадей, их обмер и обработку ведут по специальным методикам, утверждаемых в установленном порядке. В этом случае допускаются отклонения от вышеописанной методики закладки проб.

В настоящее время обработка материалов перечетов и вычисление таксационных показателей пробных площадей проводится на компьютерах по специальным рабочим программам.

3. Выборочные методы таксации леса

Выборочные методы таксации леса используют для характеристики генеральной совокупности. В принципе, объем генеральной совокупности (все леса страны, области) в лесном хозяйстве никогда не был обмерен. Наиболее обширные исследования такого рода выполнены в конце 70-х годов прошлого века под руководством проф. А.Г. Мошкалева силами студентов-лесоводов Ленинградской лесотехнической академии. Работа выполнялась в течение нескольких лет. Проводился сплошной перечет толщины деревьев в лесных массивах Ленинградской области - устное сообщение А.Г. Мошкалевана семинаре 1986 году. Результатом этой работы явилось подтверждение основных закономерностей строения древостоев.

Часто столь обширные исследования, охватывающие всю генеральную совокупность, не требуются. Так, таксируя лесосеку, нам надо знать с достоверностью 0,9973 запас древесины на этой конкретной лесосеке. Здесь наличный запас лесосеки выступает в роли своеобразной генеральной совокупности.

В Беларуси при лесоинвентаризации таксатор учитывает каждый выдел (лесной участок) в пределах лесничества и лесхоза. В конечном итоге эти данные сводят в банк данных «Лесной фонд». Таким образом, делают сплошной учет всех выделов в пределах страны. Но, этот сплошной учет можно интерпретировать как сочетание сплошных и выборочных методов таксации. Хотя все выдела учтены, но в пределах выдела учет делается выборочным методом. Это значит, что таксатор осматривает или измеряет какую-то часть выдела, а результат переносит на всё насаждение.

Есть разные способы выборочной таксации. Всё их разнообразие сводится к различным методам закладки пробных площадей (пробы), видам самих проб и способам обработки материала. При применении выборочных методов должно быть выдержано основное условие - случайность отбора. Наибольшую опасность впасть в ошибку при применении выборочных методов представляет собой неадекватное отражение выборкой какой-то характерной части генеральной совокупности. Это приводит к систематической ошибке, которую нельзя устранить увеличением числа наблюдений.

Например, на выделе площадью 20 га имеем состав 5С4Е1Ос. При этом сосна и ель распределены по выделу относительно равномерно, а осина сосредоточена в двух куртинах (рисунок 11.1)

Размещено на http://www.allbest.ru

- Е - С - Ос Размеры лесосеки 800х400 метров

Рисунок 11.1 - Таксация лесосеки с помощью ленточных пробных площадей

Каждый символ на рисунке 11.1 соответствует 0,02 состава. Допустим, мы сделали выборку в 10% от всей площади, т.е. 2га.

Эта норма выборки даже превышает соответствующие требования из лесоустроительной инструкции, где определено, что в этом случае надо заложить 10 площадок, общей площадью 1,0га. Правилами по отводу и таксации лесосек предусмотрено, что на этом участке может быть максимально 10 площадок общей площадью 1,9га.

Можно сделать выборку в 2га, заложив 1 пробную площадь в центре (типичная выборка) или 2-4 пробы по 1,0-0,5 га в типичных местах. Следующим вариантом будет закладка ленточных пробных площадей в виде ленты шириной 20м, которая расположена параллельно длинной стороне участка и двух лент по 15м, перпендикулярных первой. В старых наставлениях по отводу и таксации лесосек (времен СССР) допускалось закладка ленточных пробных площадей.

В обоих случаях нет гарантии от наличия систематических ошибок. В примере, на рисунке 11.1, в учет не попадает осина. В практике автора были случаи, когда при проверке отводов лесосек в Беларуси из-за ошибок при выборе места закладки проб погрешность составила более 50%. При этом «исчезли» целые породы: ясень, клен. Поэтому, от подобных методов в настоящее время отказались.

В силу изложенного применение выборочных методов в настоящее время сводится к закладке некоторого расчетного количества пробных площадок относительно небольшого размера. По выделу или лесосеке они размещаются случайным путем. Наиболее корректно в этом случае распределять площадки по таблице случайных чисел, но в лесу это сделать практически невозможно. Поэтому площадки размещают по систематической сетке. Этот способ является одним из разновидностей выборочного метода и полностью соответствует его теоретическим положениям.

Таким образом, повторим ещё раз, самое главное при использовании выборочных методов - случайность отбора проб, деревьев и т.д. Никаких «характерных», «типических» мест для отбора не должно быть. Размещение площадок намечают на плане заранее, лучше всего в камеральных условиях. Куда бы ни попал центр площадки - на прогалину, на редину, в чащу и т.д., это место изменять нельзя.

В то же время выборочный метод не исключает некоторых элементов типического отбора. Это происходит обычно на первых этапах выбора объекта исследования. Например, если мы изучаем дубовые древостои, то пробы подбираем в дубравах. Когда изучаем дубраву кисличную 1 класса бонитета, то объектом исследований является именно этот тип леса и т.д. Выше уже сказано, что надо исключить из обмеров сломанные, сухие и тому подобные деревья, если целью работы не является изучение этих аномалий. Продолжая наш пример, в пределах лесхоза и лесничества отбор участков в дубраве кисличной проводят случайным путем: по систематической сетке или выбирая выдела по жребию.

Определив места закладки пробных площадей, рассчитываем их количество. Для практических целей (отвод лесосек, лесоинвентаризация) придержки по количеству пробных площадок приведены в соответствующих нормативных документах. Для иных целей (в основном научных) количество единиц выборки (площадок, деревьев и т.д.) рассчитывают, исходя из варьирования изучаемого признака: D,H,G,M и т.д. Изменчивость названных признаков изучена В. К. Захаровым, М.Л. Дворецким, Ф.П. Моисеенко, А.Г. Мошкалевым, А.З. Швиденко, В.Ф. Багинским. Их данные служат для проведения первоначальных расчетов количества наблюдений (N) по известной формуле:

, где V - коэффициент вариации, а P - точность опыта.

В принципе, форма пробной площади значения не имеет. Но из соображений наибольшей технологичности форму пробы выбирают в виде круга. Так, пробную площадку, величиной 0,04га можно заложить квадратной формы (20x20 м) и как круг радиусом 11,3м. В первом случае потребуется измерять углы (иначе можем получить ромб) и сделать промер линий. Во втором случае технология ограничения площадки намного проще. Она будет описана ниже при изложении методов таксации лесосек.

Особую роль в широком применении выборочных методов сыграло открытие австрийского учёного В. Биттерлиха, сделанное в 1948 году и позволившее без большого количества измерений находить Уg на выделе. Для этого используют предложенные В.Биттерлихомреласкопические площадки. Слово «реласкопические» происходит от двух слов: геlative - относительный и sсоро - наблюдать, т. е. наблюдать относительно чего-то или наблюдать соотношения Результатом использования этого открытия стало разделение всех выборочных методов таксации древостоев и инвентаризации лесных массивов на следующие виды.

1. Измерительные или реласкопические.

2. Измерительно-перечислительные. Здесь сочетаются реласкопические методы с частичным перечетом.

3. Перечислительные. В этом случае проводятся сплошной перечет на пробных площадках, заложенных случайным путем. Наиболее распространена здесь закладка круговых площадок постоянного радиуса.

4. Комбинированные методы.

Названные методы достаточно подробно описаны Н.П. Анучиным и особенно О.А. Атрощенко. Последний автор детально изложил нахождение разных таксационных показателей с помощью реласкопаБиттерлиха. Учитывая, что реласкопы в большинстве лесхозов отсутствуют, ограничимся описанием применения углового шаблона Биттерлиха и других вариантов выборочных методов в редакции О.А. Атрощенко.

Определение суммы площадей поперечных сечений и среднего диаметра методом Биттерлиха

В. Биттерлих для упрощенного определения сумм площадей сечений предложил прибор dieWinkelzahlprobe, который получил название прибора Биттерлиха. Описание этого прибора сделано выше, когда шла речь о приборах, применяемых в лесной таксации. Сущность применения прибора Биттерлиха заключается в следующем.

Если наблюдатель, поворачиваясь на месте, прибором Биттерлиха опишет на местности круг, то диаметр этого круга будет 2м, а радиус 1м (рисунок 11.2). Площадь такого круга равна =71100 см². Если на окружности описанного круга окажется три дерева диаметром 2см каждое, то площадь их поперечного сечения будет равна З1см2.

По отношению к площади описанного круга радиусом 1м сумма площадей поперечных сечений трех деревьев диаметром 2см каждое составляет

Рисунок 11.2 Визирование приборомВ.Биттерлиха при круговой площади радиусом в 1м

Следовательно, площадь поперечного сечения каждого дереваравняется 0003 : 3 = 0,0001 круговой пробной площади. Если поперечные сечения имеющихся на пробной площадке деревьев составляют 0,0001 ее части, то на 1 га древостоя, состоящего из таких же деревьев, они будут равны 1м², так как 0,0001 от площади 1га, или 10000 м², это составляет 1м².

Предположим, что в двух метрах от наблюдателя находится дерево диаметром 4см. Визируя на это дерево прибором Биттерлиха, мы увидим, то оно полностью закроет 2-сантиметровую рамку прибора Биттерлиха. Площадь поперечного сечения этого дерева равна

р2² =р4.

Если из точки визирования описать круг радиусом 2 м, то его площадь будет равна

р200² =р40 000.

Отношение площади поперечного сечения дерева диаметром 4 см к площади круга радиусом 2 м в данном случае составляет

.

Следовательно, и в данном случае на 1 га площадь поперечных сечений аналогичных деревьев будет 1 м².

Рассмотренные нами примеры позволяют заключить, что при пользовании прибором Биттерлиха дерево, полностью закрывающее предметную рамку диоптра при учете сумм площадей поперечных сечений на 1га, можно приравнять к 1м² поперечного сечения при коэффициенте полнотомера (его еще называют коэффициентом Биттерлиха) q = 1,. Если таксатор, визируя вокруг себя деревья, найдет 20 деревьев, перекрывающих прицельную рамку, то это означает, что в данном древостое на 1га сумма площадей сечений равна 20м². Деревья каждой отдельной ступени толщины могут войти в число учитываемых только в той круговой пробе, диаметр которой равен такому числу метров, сколько сантиметров содержится в данной ступени толщины. Например, деревья толщиной 8см будут учитываться на круговой пробе диаметром 8 м, а толщиной 12см - на круговой пробе диаметром 12м.

Радиусы и диаметры круговых проб, на которых при таксации с помощью прибора Биттерлиха учитываются деревья отдельных ступеней толщины, показаны на рис. 11.3.На основании изложенного и рисунка. 11.3 можно заключить, что диметры деревьев всех размеров относятся к радиусам круговых пробных площадей как 1:50, а к диаметрам как 1:100.

Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 11.3 Измерение полнотомером суммы площадей сечений древостоя

Толщина деревьев, точно вписывающихся в угол визирования прибора Биттерлиха, увеличенная в 50 раз, указывает расстояние до этих деревьев от глаза наблюдателя. Соответственно такому соотношению диаметров отношение площади поперечных сечений учитываемых деревьев к площади круговых проб будет следующим:

.

В аналогичном соотношении, т. е. 1:10 000, находится площадь 1м² с числом квадратных метров, содержащихся в 1га. Этим постоянным, в обоих случаях одинаковым соотношением между поперечным сечением учитываемого дерева и площадью круговой пробы, с одной стороны, и 1м² и числом квадратных метров в 1га - с другой, и надо воспользоваться для перехода от числа деревьев к сумме площадей сечений деревьев на 1га. При таком решении вопроса сумма площадей сечения деревьев каждой ступени толщины определяется в долях площади пробы. В обоих случаях доли площади имеют общий знаменатель (10 000). При наличии общего знаменателя для нахождения суммы дробных величин необходимо лишь суммировать числители. Полученный результат показывает в десятитысячных долях единицы сумму площадей поперечных сечений деревьев всех ступеней толщины, имеющихся на круговых пробах.

Чтобы перейти от относительных значений к абсолютным, числитель полученной дроби надо рассматривать как сумму площадей сечений деревьев, выражаемую в квадратных метрах, а знаменатель -как число квадратных метров в 1га.

Ограничивающий угол, или угол визирования прибора, обозначим б, точно вписывающийся в этот угол диаметр дерева - d.Диаметр круговой площадки, на которой учитываются деревья данного размера, равен D, а радиус круговой площадки - r. При этих условиях D= 2r. Толщина ствола с диаметром круговой площадки находятся в следующем соотношении:

(11.2)

Отношение площади поперечного сечения ствола к площади круговой площадки, или ограничивающего круга, для дерева данного диаметра будет

(11.3).

Площадь поперечного сечения (м²) по отношению к площади 1га (м²/га) составляет

(11.4).

Если внутри ограничивающего круга деревьев данного диаметра

насчитано N стволов, то сумма площадей поперечных сечений (м2/га) равняется

(11.5.)

Уравнение (11.5) в теории В. Биттерлиха является основным.

Выражение представляет собой числовой множитель. Угол визирования у прибора надо выбирать такой, при котором этот множитель был бы равен целому числу. Более удобен для пользования прибор, для которого множитель равен единице. При этом условии число деревьев Nравняется сумме площадей поперечных сечений (м²) на 1га насаждения.

Например, если ширина предметной рамки 2 см и длина визирного бруска 100 см, угол визирования б = 1?10'. Половина этого угла имеет sin35' = 0,01, а sin²35' *= 0,0001. Соответственно этому множитель равняется 10⁴ 0,0001 = 1.

При измерении суммы площадей сечений древостоя на реласкопической круговой пробной площадке полнотомеромБиттерлиха могут встретиться три варианта учёта деревьев (рисунок 11.3).

-- Если диаметр (толщина) дерева полностью перекрывает прицел полнотомера, то принимают G=1 м²; --

-- Если диаметр дерева совпадает с прицелом, то G= 0,5м²;

--При диаметре меньше прицела дерево не учитывается.

Метод Биттерлиха по существу является выборочным. Поэтому встает вопрос, как определить количество площадок на 1га и места для закладки круговых площадок, т. е. схему выборки.Места закладки круговых проб следует выбирать механически, не прибегая к нахождению более густых или редких куртин леса. За конечную сумму площадей поперечных сечений деревьев, имеющихся на 1га, следует принимать среднеарифметический результат, находимый из всех заложенных круговых пробных площадей

Размер КПП можно определить по формуле

, (11.6)

где R - радиус КПП; d. - диаметр дерева; А - единица площади;q - коэффициент полнотомера. Примеры:

q= 1 (G = 1 м²); q = 2 (1 дерево G= 2 м²);

A = 10 000 м²;

; ; R = 35,355 м;

d=20см; d=20см;

R=10м; R?7м.

Коэффициент Биттерлиха у полнотомера (q) может быть равен 1, 2, 4м² в зависимости от среднего диаметра древостоя и относительной полноты насаждения. В насаждениях без подроста, имеющих полноту 0,7 = 1,0, применяют коэффициент q= 1. В редких древостоях, где полнота не превышает 0,5-0,6, его принимают равным q = 2, а в насаждениях с подростом q= 4.

Ходовые линии - направления, по которым надлежит размещать круговые площадки, - намечаются с учетом конфигурации таксируемого участка. Ходовые линии должны быть параллельны. По ходовой линии круговые площадки закладывают через каждые 20-30 м (рисунок 11.4).Если участок прямоугольной формы, ходовые линии надо прокладывать перпендикулярно длинным сторонам участков.

В.С. Чуенков пришел к выводу, что число реласкопических проб на выделе должно составлять

, (11.7),

где F - площадь таксируемого участка, га.

На основании этой формулы можно построить сетку квадратов в масштабе лесоустроительного планшета или плана лесонасаждений (рисунок 11.4).



Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 11.4 Схема квадратов для закладки РКПП

На практике широко используются систематическая выборка, например, по диагонали на выделе через равные расстояния закладываются круговые реласкопические площадки

Исследования, проведенные во французских приморских сосновых лесах, показали, что на 1 га надо закладывать 4-5 круговых площадок, С увеличением площади участка число круговых площадок на 1 га может быть несколько уменьшено. На выделе площадью 10 га вместо 40 круговых площадок можно ограничиться 30. На участках с незначительной площадью должно быть заложено не менее 5 круговых площадок. При одной или двух круговых площадках ошибки в определении сумм площадей сечений достигают 20%.

При подсчете числа деревьев на круговых площадках следует иметь в виду, что одно дерево может заслонять другое. Чтобы избежать этого, подсчет надо начинать с самого толстого дерева, расположенного ближе всех к таксатору. Деревья, очертания которых как бы «касаются» линий угла, следует считать два за одно.

Число деревьев, оказавшееся на каждой круговой площадке, записывают в соответствующий учетный бланк. На каждой круговой площадке измеряют диаметры на высоте груди у двух-трех произвольно взятых деревьев. Опыт показал, что этого числа деревьев вполне достаточно для точного определения среднего диаметра.

Метод Биттерлиха позволяет весьма просто определить число деревьев на 1га:

, где

G - сумма площадей поперечных сечений деревьев на 1 га, найденная по результатам учета деревьев на круговых площадках;

g_cp- площадь сечения среднего дерева.

При холмистом рельефе полученный результат необходимо разделить на косинус угла наклона местности.

Если таксируемый древостой имеет смешанный состав, то каждая древесная порода подлежит отдельному учёту. Допустим, что при первом обороте по кругу мы учитывали вокруг себя только сосновые деревья, причем их оказалось 15. Это означает, что сумма площадей поперечных сечений всей сосны на 1га данного древостоя равна 15м². Находясь в этой же точке, мы визируем вокруг себя на деревья березы. В результате находим 10 деревьев березы с частичным сдвигом при рассматривании их в призму. Это число указывает на то, что сумма площадей поперечных сечений всех стволов березы, имеющихся на 1 га, равна 10м².Следовательно, общая сумма площадей поперечных сечений всех деревьев, имеющихся на 1га, будет 15 + 10 = 25м². Состав таксируемого смешанного древостоя определяется следующим расчетом

для сосны

для березы

В итоге формула состава выразится как 6С4Б.

Рассмотрим способ определения среднего диаметра древостоя на выделе с применением углового шаблона (прибора) Биттерлиха.

Для начала с помощью углового шаблона находим сумму площадей сечения на 1га. У деревьев, попавших в учёт, измеряют диаметры на высоте 1,3м.Дальнейшие вычисления проводят по схеме, приведенной в таблице 11.5. В нашем примере сумма площадей сечений древостоя G = 28 м²/га, число деревьев N = 873. Средняя площадь сечения. Отсюда средний диаметр древостоя:

.

В приведенной таблице (11.5) в первой графе даны диаметры на высоте груди в сантиметрах, во второй графе - площадь сечения в метрах квадратных, соответствующая этим диаметрам. В третьей графе приведено число учтенных деревьев

Таблица 11.5 Схема вычисления среднего диаметра

Диаметр на высоте груди, см	Площадь сеченияgm,м2	Число учётных деревьев (n) на круговой пробной площадке	Сумма площадей сечений таксируемого древостоя(G), м2	Число деревьев на 1га, определяемое по формуле
12	0,0113	1	1
16	0,0201	5	5
20	0,0314	9	9
24	0,0452	7	7
28	0,0616	5	5
32	0,0804	1	1
итого	-	28	28	N=873

Коэффициент варьирования диаметров в приспевающих и спелых древостоях равен 20=25%. При измерении 28 деревьев, как показано в таблице11.5, ошибка в определении среднего диаметра составит (вычисления ведем по формуле ), примерно 4%. Такая точность (около 5%) вполне удовлетворяет лесоустроительную практику.

Профессор Токийского университета Т. Хирата, развивая идею

В. Биттерлиха об угловых пробах, разработал оригинальный способ определения средней гармонической высоты древостоя, получивший в таксационной литературе широкую известность. Опубликованная им работа носит название «Вертикальные угловые пробы». Новизна предложения Т. Хирата прежде всего состоит в том, что закладку угловой пробы из горизонтальной плоскости он перенес в вертикальную. В конечном итоге угловая проба, закладываемая по способу Т. Хирата, представляет собой конус, перевернутый вершиной вниз, (рисунок 11.5) Основание этого конуса находится вверху на уровне вершин деревьев, имеющих средние высоты.

Рисунок 11.5 Высота Хирата

Сущность этого способа такова. Допустим, что таксируемый участок имеет горизонтальную поверхность. Таксатор находится в точке О (в центре круговой площади) и через просвет прицела визирует на дерево, имеющее высоту h_i,. Рассматриваемое дерево относится к категории деревьев i.Радиус закладываемой таким путем круговой пробы равен R_i.

На круговой пробе i площадью, равной рR²_i, м², оказывается t_i деревьев категории i, закрывающих просвет прицела., где n- число учетных деревьев. деревьев категории i, закрывающих просвет прицела. Высоту дерева h_i уподобим радиусу и им опишем круг. Его площадь будет равна рh²_i, м², а сумма площадей кругов, описываемых радиусом h_iсоставит t_itg²в м².

Для площади древостоя в 1га рассматриваемая величина будет равна

м².

Для всей категории высот h_i, сумма деревьев составляет , a площадь всех кругов равна 10 000 ttg²вм².

Если число деревьев на гектаре обозначить через N, то средняя площадь круга будет составлять

,

откуда

. (11.7).

Если в = 60?34', то . Отсюда средняя высота равна

. (11.8).

Угол визирования в при закладке круговой пробы строится не по поверхности земли, а на высоте (h)от земли. Поэтому

, (11.9), где

t- количество деревьев, попавших в учет, т.е. в угол визирования;

На основе открытия Биттерлиха можно непосредственно в лесу определить запас древостоя.

В 1961г. В. М. Иванюта предложил метод «десятичных пробных площадей», в основе которого лежит теория угловых измерений и среднее для всех пород видовое число f = 0,472. Угол визирования в приборе

В.М. Иванютыпеременный и зависит от средней высоты древостоя, которая определяется предварительно. Запас древостоя (м³/га) составляет:

М =10n, где n - число учетных деревьев.

Норвежский ученый Л. Странд разработал метод определения запаса древостоя с помощью угловых проб и перечета деревьев. Странд в основу метода положил угловые пробы, закладываемые в вертикальной плоскости.

Форма проб у Странда получается прямоугольная. Длина одной стороны прямоугольника принимается постоянной, равной м.

Другая сторона является переменной, изменяющейся пропорционально средним высоте и диаметру древостоя.

Длина переменной стороны находится по шкале тангенсов, имеющейся в реласкопеБиттерлиха.

Странд предлагает, длину пройденного пути по визиру принять постоянной м., а вертикальный угол визирования L = 63°30^,(tgL = 2) (рисунок 11.6).

При этом визируют на основание и вершину дерева. Если эти две точки визирования лежат по разные стороны горизонтали, то результаты отсчетов суммируются. В противном случае из результата визирования на вершину вычитается отсчет, полученный при визировании на основание дерева.

а б

Рисунок 11.6 Схема пробной площади Странда

а - вид по вертикали; б - вид по горизонтали

Если полученный результат превышает число 50, то это означает, что дерево подлежит учету, так как оно находится в пределах пробы, имеющей длину стороны, равную половине высоты древостоя (рисунок 11.6-- а).

Площадь прямоугольной пробы при указанной длине ее сторон будет следующей:

,

а в долях гектара

, где

А - площадь пробы; h -- средняя высота древостоя.

Площадь поперечного сечения одного дерева:

м².

Объем цилиндра, имеющего со средним деревом равные основания (g) и высоту (h):

Разделим объем цилиндра на площадь пробы:

...