СПОСОБ БОНИТИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ, СМЕШАННЫХ, РАЗНОВОЗРАСТНЫХ НАСАЖДЕНИЙ

Изобретение относится к области лесного хозяйства и лесной биогеоценологии и может использоваться при инвентаризации лесного фонда и организации лесного хозяйства во время лесоустроительных работ.

Уровень техники

Известен способ оценки продуктивности насаждений по соотношению средней высоты и возраста основного элемента леса [1, 4, 6], суть которого можно выразить аналитическим уравнением типа h₁₀₀=а+bh_i, где в правой части уравнения индексы при высоте h обозначают различные возрасты древостоев. Параметры а и b рассчитываются по дополнительным уравнениям [5]. Для практического использования (бонитирования) имеющиеся соотношения возраста и высоты по различным классам бонитета (Iб, Ia, I, II, III, IV, V, Va, Vб) даются в табличной и графической формах [9, 10]. Чем выше числовое значение класса бонитета, тем ниже продуктивность (производительность) насаждения. Таким образом прирост по средней высоте древостоя в различном его возрасте характеризует продуктивность насаждения. Существуют различные модификации этого метода [1, 4], все они используют соотношения средней или верхней высоты древостоя с возрастом древостоя. В целом этот способ пригоден только для чистых древостоев и для древостоев с большим преобладанием одной породы. Он не позволяет дать абсолютно объективную количественную оценку продуктивности для сложного, смешанного насаждения. В английской бонитировочной шкале показателем разных классов бонитета является величина среднего годичного прироста стволовой древесины на 1 акре, выраженная в кубических футах [1].

Технический результат предлагаемого способа бонитирования сложных, смешанных, разновозрастных насаждений достигается тем, что как обычно проводится аэрофотосъемка, дешифрирование контурной основы таксационных участков на аэроснимках, полевая таксация насаждений и камеральная обработка материалов лесоинвентаризации, но отличительными чертами является то, что дешифрирование аэрофотоснимков ведут ландшафтным методом, а оценку продуктивности насаждений производят комплексно с учетом энергии роста всех составляющих древостой насаждения элементов леса для получения интегральной оценки на ландшафтной основе степени жизнестойкости и темпов роста сложных, смешанных и разновозрастных лесонасаждений через учет вклада в общую продуктивность индивидуальных полнот и запасов каждого древостоя элемента леса с помощью показателя энергии роста насаждения Е, определяемого по таблице, в основу которой заложено соотношение суммарных запасов всех ярусов насаждения и суммарной относительной полноты всех древостоев элементов леса того же насаждения.

Цель данного изобретения - получение удобного, простого, более точного и универсального способа оценки продуктивности насаждений, независимо от степени их сложности.

Раскрытие изобретения

Предлагаемый способ бонитирования предполагает проведение целого цикла подготовительных, натурных (полевых) и камеральных лесоинвентаризационных работ.

Работы первого этапа. Выбирается объект лесоустройства и форма его инвестирования (государственный, государственно-предпринимательский или чисто предпринимательский капитал). За год до полевых работ летом проводится аэрофотосъемка, готовятся снимки среднего масштаба 1:10000-1:15000, предпочтительно спектрозональные.

Осенью специалистами высокой квалификации (географами-ландшафтоведами или специально обученными опытными инженерами-таксаторами) производится контурное дешифрирование таксационных выделов на ландшафтных принципах. Принципы этого дешифрирования разработаны автором изобретения совместно с географом-ландшафтоведом к.г.н. Н.И. Рубцовым, имеют мировую новизну, но не патентовались, поскольку были опубликованы.

Особенности ландшафтного дешифрирования аэрофотоснимков при лесоустройстве

Для лесоустройства необходимо образование таксационных выделов на уровне ПТК (природных территориальных комплексов) низших таксономических рангов, т.е. на уровне географических фаций, подурочищ и урочищ. На верхней ступени разделения территории используются четыре группы ландшафтных типологических категорий по особенностям местоположения природных участков, а именно: А - плакорная; Б - склоновая; В - гидроморфная; Г - болотная.

Вторая, более дробная классификационная ступень построена на основе сочетания признаков двух наиболее физиономичных компонентов ландшафта: рельефа и растительности. Роль рельефа высока для трансформации конкретных показателей по каждому из компонентов ландшафтных комплексов, а значение характера растительности весьма весомо и как таксационного объекта, и как важного интегрального индикационного показателя жизненных условий местопроизрастания.

Дешифрирование ведется с помощью стереоскопа той или иной конструкции. Особенности дешифрирования поясняются на примере сложного горного рельефа. Вначале выделяется плакорная ландшафтная группа. Плакорные местоположения могут быть нескольких порядков. Самые высокие плакоры располагаются на главном водоразделе горного хребта, далее идут плакоры второго порядка - это плакоры отрогов главного водораздельного хребта (плакоры мезохребтов). Плакоры третьего порядка - это плакоры отрогов мезохребтов и плакоры отдельных холмовидных возвышений, которые могут находиться у подножия мезохребтов или на днищах речных долин.

Плакорные поверхности отделяются на аэроснимках от склонов по бровкам верхних частей склонов. На топографических картах эти бровки, как правило, не обозначены. В плакорной ландшафтной группе могут быть представлены следующие формы рельефа: плоский плакор различной ширины, узкий гребневидный плакор, куполок на плакоре с вершиной и склонами, скальный останец, седловина.

Во вторую очередь выделяется склоновая ландшафтная группа местоположений, от бровки верхней части склона до выположенной поверхности днища речной долины. Пологие подножия склонов относятся к склоновой группе. Общий склон мезохребта на разных своих участках может иметь различную форму (ровный склон, вогнутый склон, выпуклый, ступенчатый склоны) и разную крутизну поверхности (пологий, покатый, крутой, обрывистый). Кроме того, на склонах мезохребтов имеется поперечная гофрированность, которую образуют распадки склоновых ручьев, лощины и крупные рытвины, каменистые кулуары на склонах, а также водосборные ложбины закругленной формы. На склонах могут встречаться скальные останцы, каменистые или скальные уступы и горизонтальные или слабонаклонные нагорные террасы.

В третью очередь дешифрируется гидроморфная ландшафтная группа местоположений. К ней относятся элементы ландшафтной структуры в виде днищ транзитных рек (текущих вдоль ущелий), долины склоновых ручьев и вышеупомянутые лощины и водосборные ложбины. Все эти элементы рельефа напрямую связаны с деятельностью постоянных или временных водотоков. Водосборные ложбины находятся в местах выклинивания грунтовых вод.

Первый этап ландшафтного дешифрирования аэроснимков завершается выделением участков болотной ландшафтной группы, связанной с застойным увлажнением. Эти участки могут располагаться на днищах рек и на плакорных поверхностях, реже на склонах.

На втором этапе дешифрирования снимков в пределах отдельных ландшафтных групп производится оконтуривание более мелких элементов ландшафтной структуры объекта, о которых говорилось выше. Они выделяются по признакам рельефа и растительности. Признаки рельефа - форма географической фации, крутизна и экспозиция склона, а также литогенный фактор - выходы на поверхность крупноглыбового скального материала. Признаки растительности - тип растительности, древесная порода, примерные возраст древостоя и высота древесного полога, сомкнутость крон древесного полога. Таксационные участки должны соответствовать контурам природной структуры земной поверхности. В случае нарушенности коренной растительности, контуры более мелких временных модификаций (гари, вырубки, прогалины) должны замыкаться внутри природного участка (элемента ландшафтной структуры). Допускается замыкание контуров таксационных участков за пределами рабочей части аэроснимка.

Что касается дешифрирования более простого равнинного рельефа, то в нем тоже имеются днища речных долин, речные террасы разного уровня, верхние, средние и нижние части склонов и поверхности водоразделов - плакоры. Тип равнинного ландшафта определяется его происхождением. Это могут быть озерно-болотные комплексы, моренные и зандровые равнины и другие ландшафты со своим оригинальным набором элементов ландшафтной структуры.

Основные морфологические элементы земной поверхности в наиболее сложных горных условиях, рекомендуемые к выделению при ландшафтном дешифрировании лесных аэроснимков в качестве основы таксационных выделов, приводятся в монографии Зиганшина Р.А. [3, стр. 170].

Работы второго этапа. Выезд лесоустроительных партий в поле, проведение регламентированных тренировочных работ, с дополнением их требованиями ландшафтной таксации [3], затем полевая таксация насаждений на индивидуальных таксаторских участках. Особенности технической тренировки специалистов-таксаторов при ландшафтной лесоинвентаризации рассмотрены в монографии Р.А. Зиганшина «Таксация горных лесов на природной основе» (стр. 109-113), там же подробно дается технология полевой таксации на ландшафтной основе (стр. 122-127). Таксация насаждений ведется строго по элементам леса, критерии выделения которых приведены в описании способа определения полноты сложных, смешанных, разновозрастных древостоев. Элементы леса таксируются по древесным ярусам по методике проф. Н.В. Третьякова [7, 8] с определением их возраста, средних диаметра и высоты, суммы площадей сечений на 1 га (абсолютной полноты). Абсолютная полнота определяется не глазомерно и не с помощью трудоемкого сплошного перечета деревьев, а по методу проф. В. Биттерлиха [2, 11].

Работы третьего этапа. В камеральный период вручную или с помощью ЭВМ (для большого массива данных) определяются обычным путем запасы на 1 га по элементам леса и ярусам и кроме того суммарный запас (М) на 1 га всех древостоев элементов леса в каждом насаждении, невзирая на ярусы (это требование данного способа бонитирования). Далее рассчитываются относительные полноты для каждого элемента леса (частные полноты) путем деления в каждом случае абсолютной полноты элемента леса на соответствующую его средней высоте табличную нормативную сумму площадей сечений для стандартной полноты «единица» по таблице для данной древесной породы. Относительная полнота яруса складывается из суммы частных полнот древостоев элементов леса каждого яруса, а общая полнота насаждения - из суммы полнот всех ярусов. Ярусов может быть, как правило, от одного до трех (необходима разница средних высот смежных ярусов не менее чем в 15-20%).

Через фактическое соотношение суммарного запаса и суммарной полноты всех элементов леса насаждения по специальной таблице (см. ниже) определяется качественная цифра, характеризующая энергию роста любого отдельного насаждения, независимо от его сложности, состава и степени разновозрастности.

Показатель энергии роста Е (качественная цифра в эрдах) в формализованном виде определяется согласно следующей последовательности вычислений:

где М - суммарный запас древостоя всего насаждения, м³/га, для таксационного выдела или географической фации (подурочища, урочища);

S_m - абсолютная полнота каждого древостоя элемента леса, м²/га;

S_n - соответствующая средней высоте каждого конкретного древостоя элемента леса табличная нормативная полнота нормально полного древостоя, м²/га (по стандартной таблице полнот и запасов ЦНИИЛХ) [9, 10];

1/100 - коэффициент размерности, редуцирующий показатель энергии роста в порядок единиц классов бонитета;

k - количество элементов леса в насаждении;

эрд - аббревиатура из начальных букв слов «энергия роста древостоя». Размерность этого показателя выражается в м³/га·10^-2.

Качественная цифра, определяющая продуктивность насаждения, может вычисляться до одного-двух знаков после запятой, тогда как по существующей методике класс бонитета насаждения определяется с точностью только до единицы. Кроме того, чем выше продуктивность насаждения, тем выше абсолютная величина качественной цифры (прямая пропорциональная зависимость), тогда как в принятой практике, с увеличением продуктивности насаждения, падает абсолютная величина класса бонитета.

Энергия роста насаждений (Е), определяемая в эрдах, является новым, дополнительным показателем продуктивности насаждений и не заменяет бонитирования по общепринятым классам бонитета, поэтому она не требует какого-либо перевода качественных цифр в классы бонитета. Для удобства пользования качественные цифры приведены к числовому порядку классов бонитета (первый десяток натурального ряда чисел).

Общая оценка нового показателя продуктивности

Показатель продуктивности Е (от первой буквы латинского написания слова «энергия») позволяет объективно оценить влияние примеси отдельных лесообразующих древесных пород на общий уровень продуктивности сложного насаждения, тогда как при обычном бонитировании уровень продуктивности (класс бонитета) смешанного насаждения определяется исключительно по соотношению среднего возраста и средней высоты только одной - главной или преобладающей - породы.

Показатель Е отличается высокой чувствительностью и может быть рассчитан с любой дробностью. Для практических целей вполне достаточно определять его до «десятых», для научных целей - до двух знаков после запятой (до «сотых»).

В пределах одного класса бонитета могут находиться древостой с некоторым разнообразием показателя Е (качественной цифры). Этот показатель не подменяет собою общепринятую классификацию по классам бонитета, а органично дополняет ее более тонким подходом к оценке уровня продуктивности отдельных насаждений, что бывает необходимо при различных качественных сортировках древостоев или условий их произрастания (элементов ландшафта).

Типы леса (типы лесных биогеоценозов на ландшафтной основе) получат объективную оценку своей средней производительности и характерному набору и запасам представленных в них лесообразующих пород. Получая такие исходные данные, работники проектных организаций, прежде всего органы лесоустройства, могут обоснованно разрабатывать режимы лесохозяйственных меропориятий.

Предлагаемый метод бонитирования пригоден и в условиях обычной лесоинвентаризации (без ландшафтного дешифрирования). Но когда требуется точная оценка условий местопроизрастания на принципах кадастра земель, то ландшафтное дешифрирование контурной основы таксационных выделов обязательно.

Примеры фактических значений показателя продуктивности Е для природных условий Южного Прибайкалья (по данным автора)

2. По ландшафтным местоположениям:

На плакорах хребтов: пихтачи-2,0; кедрачи-2,5.

На склонах: пихтачи - 2,3; кедрачи -3,1.

На днищах водотоков: смешанные древостой из пихты, ели, кедра - 1,9,

кедрачи - 2,5.

В пихтовых с кедром насаждениях субальпийского (подгольцового) пояса - 1,5.

Для пихтовых и кедровых древостоев на каменистых местоположениях с фрагментарной примитивной почвой - 1,0.

3. По отдельным типам леса:

Пихтачи мелкотравно-кустарничковые - 2,2.

Кедрачи мелкотравно-кустарничковые - 3,2.

Пихтачи злаково-разнотравные - 2,3.

Пихтачи крупнотравные - 2,5.

Технический результат: бонитирование по данному методу позволяет впервые объективно оценить продуктивность любых сложных и смешанных насаждений, облегчает их сравнение между собой. Метод не требует дополнительных затрат, поскольку при таксации по элементам леса в поле должны определяться средние высоты и суммы площадей сечений по каждому выраженному в общем древостое элементу леса.

Литература

1. Анучин Н.П. Лесная таксация. Изд. 3-е, исправленное и дополненное. - М.: Лесн. прм-сть, 1971. - 512 с.

2. Биттерлих Вальтер, 1948. - Bitterlich Walter. Das Spiegelrelaskop -Osterreichs Forst und Holzwirtschaft. - Wien. 1948. - S. 3-7.

3. Зиганшин Р.А. Таксация горных лесов на природной основе. - Красноярск: Изд-во СО РАН, 1997. - 204 с.

4. Кузьмичев В.В. Закономерности роста древостоев. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1977. - 160 с.

5. Мелентьев П.В. Приближенные вычисления. - М.: Физматгиз, 1962. - 348 с.

6. Орлов М.М. Лесная таксация. Изд-ние 3-е. - Л.: Изд. журн. «Лесное хозяйство и лесопромышленность», 1929. - 532 с.

7. Третьяков Н. В. Закон единства в строении насаждений. - М.-Л: Новая деревня, 1927. - 114 с.

8. Третьяков Н.В. Некоторые положения советской лесной таксации. Введение. // Справочник таксатора. - М.-Л.: Гослесбумздат, 1952. - С. 18-62.

9. Третьяков Н.П., Горский П.В., Самойлович Г.Г. Справочник таксатора. - М.-Л.: Гослесбумиздат, 1952. - 854 с.

10. Третьяков Н.В., Горский П.В., Самойлович Г.Г. Справочник таксатора. - 2-е издание - М.: Лесная промышленность, 1965. - 460 с.

11. Шейнкман Э.С. Новые приборы и инструменты в лесоустройстве. - М.: Лесн. пром-сть, 1968. - 183 с.