Анализ хода роста ствола

Анализом хода роста древесного ствола называются специальные исследования, ставящие своей задачей изучить динамику роста дерева или изменение с возрастом его размеров.

Выбор дерева для анализа ствола зависит от цели исследования: в одних случаях выбирают самое толстое и самое высокое, в других — среднее для данного насаждения дерево. Исследователь, задавшийся целью произвести анализ ствола, должен выбирать не случайное дерево, а типичное, удовлетворяющее поставленной задаче.

Выбранное для анализа дерево прежде всего нужно описать на корню. В описании следует указать, к какому классу развития оно относится, какая у него форма кроны, размеры ее проекции, на каком расстоянии находятся соседние деревья, как они расположены по отношению к анализируемому дереву, их породу, диаметр на высоте груди и высоту. Необходимо также подробно описать природную обстановку, в которой возникло и росло дерево (местоположение, почву, характер окружающего насаждения, подрост, подлесок, напочвенный покров), указать степень очищенности ствола от сучьев и прочие сведения. Все эти данные заносят в особый бланк.

У анализируемого дерева отмечают северную и южную стороны и устанавливают местоположение шейки корня. От правильности его установления зависит точность определения возраста.

Прежде чем спилить дерево, необходимо подготовить вокруг него место, чтобы было удобно работать бензопилой и топором, тщательно очистить шейку корня от мха и наслоений подстилки, а если она несколько углублена в землю — также и от земли. Затем выбирают направление валки дерева с таким расчетом, чтобы оно не зависло на окружающих деревьях. В том месте, где дерево должно упасть, кладут поперечные подкладки, чтобы его удобнее было разделывать.

Чтобы сохранить в целости срез шейки корня, подпил надо сделать ниже намеченной линии среза. Вообще, следует принять все меры к тому, чтобы не испортить нижний срез и чтобы при падении дерева сохранились все части ствола вплоть до самой вершины.

У срубленного дерева прежде всего измеряют расстояние от основания ствола до первого мертвого и первого живого сука, затем до начала кроны. Ствол очищают от сучьев, обязательно сохраняя его вершину, и размечают на отдельные отрезки (рисунок 14.3).

 

Рисунок 14.3. Схема разметки древесного ствола при анализе

 

Длина всех отрезков может быть одинакова или первый отрезок делают равным удвоенному расстоянию от шейки корня до высоты груди, т.е. 2,6 м. Остальные отрезки намечают длиной по 2 м. В зависимости от цели анализа ствола и требуемой точности исследования можно принять и другую длину отрезков. например через 0,1Н, При делении ствола на отрезки отмечают их середины, т.е. места, где должны быть вырезаны кружки для анализа. Последний кружок выпиливают у основания вершины. В местах, намеченных для выпиливания кружков, обозначают северную и южную стороны, руководствуясь пометками стран света, сделанными на высоте груди и у шейки корня.

Выпиливать кружки начинают от основания к вершине, причем первый рез делают на месте отметки, а второй — отступя от него к вершине на толщину кружка. Если отметка придется на основание сучьев, ее переносят несколько ниже их.

Толщина кружков по мере возможности должна быть поменьше. Здесь надо учитывать и возможности сохранить кружки невредимыми при транспортировке. Обычно их толщина колеблется от 1 до 4 см в зависимости от диаметров. Кружки необходимо выпиливать перпендикулярно оси ствола.

Каждому отпиленному кружку дают определенный номер. При этом соблюдается следующий порядок нумерации. Если дерево для анализа взято на пробной площади, указывают номер модели и номер кружка: в числителе номер пробы и модели, а в знаменателе — кружка. При анализе ствола, без закладки пробных площадей ставят только порядковый номер кружка. Обозначения делают на несколько сглаженной верхней части кружков. Нижние части кружков, т.е. обращенные к основанию ствола, используют для подсчета годичных колец и измерения диаметров.

Вырезанием кружков заканчивается работа по анализу ствола в лесу. Дальнейшие исследования производят камеральным путем. Обработку кружков лучше начать немедленно. К сожалению, сделать это удается редко. Поэтому следует правильно сохранить собранный материал. Во избежание растрескивания, усушки и деформации кружки помещают в полиэтиленовые пакеты. Туда добавляют небольшое количество технического спирта,.смешанного с глицерином. Мешки плотно завязывают. В таком виде собранный материал может сохраняться довольно долго.

Перед началом измерений у кружков следует сгладить поверхность, на которой должен производиться отсчет годичных колец, чтобы лучше увидеть их наслоение. В зависимости от цели, точности исследования и имеющихся возможностей кружки обрабатывают на строгальном или шлифовальном станке. При ограниченных возможностях на поверхности кружков стамеской вырезают желобки в направлении диаметров с севера на юг и с востока на запад.

Затем на кружках подсчитывают годичные слои. Считают их обычно десятками или по пять штук. Прежде всего, пересчитывают слои на нулевом кружке (рисунок 14.4). Счет на нем ведут от центра (сердцевины) к периферии. Каждые десять или пять слоев отделяют, обводя по всему годичному слою замкнутый круг. В последнем, периферийном, отсчете чаще всего десяток или пяток слоев оказывается неполным.

При счете годичных слоев замечают характерные слои, резко отличающиеся от других по ширине, окраске, толщине летней древесины и т.п. По этим слоям проверяют правильность отметок по десяткам в последующих кружках, так как обычно такие слои хорошо заметны почти на всех кружках

 

Рисунок 14.4. Порядок счета слоев от центра к периферии на кружке, выпиленном у шейки корня (верхняя часть рисунка), и от периферии к центру на кружке, выпиленном на высоте 9,6 м (нижняя часть рисунка)

 

. На остальных кружках, начиная с первого, счет годичных слоев ведут от периферии к сердцевине.Сначала от периферии откладывают неполный десяток или пяток годичных колец, который получился при подсчете на нулевом кружке, а далее ведут счет по десяткам или пятеркам. Такой порядок разметки годичных слоев важен потому, что дает возможность определять размеры анализируемого ствола в разные периоды его жизни.

Допустим, что анализируемый ствол имеет возраст 55 лет. Если на всех выпиленных кружках отсчитать в направлении от периферии к центру с обоих концов диаметра пять слоев и ширину их исключить из величины диаметра, то в итоге получим диаметр анализируемого ствола в возрасте 60 лет. Количество годичных колец, оказавшихся на каждом кружке, записывают в соответствующую графу формы анализа ствола (таблица 14.1).

После подсчета и разметки годичных слоев обмеряют диаметры тех сечений на каждом кружке, которые образовались в результате отграничения их по десятилетиям или пятилетиям. В зависимости от требуемой точности диаметры измеряют в миллиметрах или долях миллиметра с точностью до 0,25 мм.

В тех случаях, когда желобки, проведенные через сердцевину сечений ствола в направлении с севера на юг и с востока на запад, идут через очерченные круги как и их диаметры, а не как хорды, эти диаметры можно измерять по линиям желобков. Если обнаружится, что желобки для некоторых сечений являются хордами, то для измерения диаметров в таких сечениях надо провести другие линии, несколько отступя от направлений по странам света, но с таким условием, чтобы эти линии были диаметрами. Проводить такие линии через сердцевину нет необходимости, так как в подобных случаях она не будет центром кругов.Для измерения диаметров могут быть взяты и другие направления, например наибольшего и наименьшего диаметров, в зависимости от целей исследования и заданной точности.

Величину измеренных диаметров записывают форму для анализа (таблица 14.1). Диаметры кружков, относящиеся к определенным периодам (10; 20; 30 лет и т.д.), заносят в соответствующие графы.В результате получают для каждого принятого периода диаметры на разной высоте (при длине первого отреза 2,0 м и последующих 2 м), соответствующих высот, на которой вырезали кружки, т.е. у основания, на высоте 1,3 м, 2,0 м и т.д.

Для вычисдения площадей сечения на высоте каждого отреза вк таблице 14.1 справе добавляют ещё одну часть, где записывают аналогично диаметрам их площади сечения. В итоге этой части таблицы по площадям сечений на определенных высотах вычислябт обхёмы отрезков. Ссумируя их, получаем объёмы ствола в каждом интересующеи нас возрасте.

По диаметрам на середине отрезов можно определить их объемы, как объемы цилиндров. Для получения объема всего ствола находят сумму объемов цилиндров и прибавляют к ней объем вершины, которая начинается от конца последнего отреза. Чтобы определить объем вершины ствола, относящейся к различным периодам, надо знать высоту ствола, соответствующую этому периоду, и длину вершины. Для этого определяют возрасты, в которые дерево достигло высоты, на которой выпилены соответствующие кружки. Эти возрасты составляют разность между числом годичных слоев на нулевом кружке и числом слоев, оказавшихся на кружках, вырезанных на различной высоте.

При анализе ствола в первую очередь необходимо установить ход роста в высоту. Для этого сравнивают число годичных слоев на вырезах, взятых на разной высоте от шейки корня.

 

Таблица 14.1 Пример заполнения формы анализа ствола сосны

 

№ отреза	Высота отреза/ число слоёв	Диаметр сечений (см) в возрасте, лет	Возраст дерева, в котором оно достигло высоты среза
В коре	Без коры
	0/55	37,5	34,5	32,7	28,8	-	-	-	-
	1,3/49	28,7	26,7	25,6	22,8	16,9	12,6	5,6
	2,0/45	26,0	25,0	24,4	21,8	15,2	11,7	2,3
	4,0/42	23,8	23,0	22,1	20,8	13,9	10,5	-
	6,0/39	21,8	21,0	20,5	18,4	13,0	8,3	-
...	…	...	...	...	...	...	...	...	. 49..
	2,9/6	5,4	4,8	-	--	--	--	--
Высота,м		24,3	24,3	22,7	19,3	15,4	10,6	5,5
Длина вершинки,м		0,3	0,3	0,7	1,3	1,4	0,6	1,5
Диаметр вершинки,см		1,3	0,9	1,1	1,3	1,5	0,9	2,1

 

 

В нашем примере у шейки оказалось 55 слоев, а на высоте груди (1,3м) 49 слоев. Вычтя из числа слоев нулевого сечения число слоев на высоте 1,3 м, находим, что дерево достигло высоты 1,3 м в 55-49=6 лет. На вырезе, взятом на высоте 2,0м, число слоев равно 45. Эту цифру вычитаем из 55. Полученная разность, равная 10 годам, определяет возраст, в котором дерево достигло высоты 2,0 м. Подобным образом можно найти возраст для всех последующих сечений, расположенных на разной высоте.

Установив высоту ствола в 8, 10, 13, 15 лет и т.д., можно построить график, отложив по оси абсцисс эти возрасты, а по оси ординат — соответствующие им высоты. Полученный ряд точек соединяют плавной линией, которая является кривой хода роста анализируемогоствола в высоту. При помощи этого графика находят высоту, которую ствол имел в 10; 20; 30; 40 и; 50 лет. Полученные данные заносят в бланк анализа ствола.

Для определения длины вершин размером менее 2 м и диаметров их оснований необходимо построить продольные сечения ствола в принятые периоды, т.е. в 10; 20; 30 лет и т.д. Продольное сечение может быть построено по диаметрам (полное сечение) или по радиусу (половинное сечение).

При построении продольного сечения по диаметрам к линии основания под прямым углом проводят ось ствола, на которой в определенном масштабе откладывают расстояния от вырезанных кружков до нулевого сечения и высоты стволов, найденные по графику. На всех сечениях, начиная от нулевого, откладывают также в определенном масштабе их диаметры — одной половиной в одну сторону от оси, а второй — в другую. При половинном сечении откладывают полудиаметры в одну сторону. Соединив точки, относящиеся к определенному возрасту дерева, получают образующую ствола для данного возраста (рисунок 14.5).Отмечая затем по оси продольного сечения границы отрезов линиями перпендикулярными оси, получают длину вершины, равную расстоянию от верхней границы последнего отреза до конца ствола. Диаметры верхних границ последних отрезов будут диаметрами оснований вершин. Длину вершин и диаметры их оснований для каждого периода записывают внизу левой страницы формы анализа ствола. Этим заканчивается подготовительная стадия обработки материалов по анализу ствола.

Вторая стадия заключается в определении объема ствола для каждого периода. В приведенном примере необходимо было найти объем ствола в возрасте 55 лет, затем в 50; 40; 30; 20 и 10 лет. Объем ствола для каждого периода определяют, как сумму объемов выпиленных отрезов плюс объем вершины.

Объем ствола можно найти двумя способами. При первом способе по диаметрам и длине отрезов определяют их объемы, как объемы цилиндров, а объем вершины, как объем конуса. При втором способе по срединным диаметрам отрезов находят площади сечений. Для отрезов одинаковой длины сумму их площадей сечений умножают на длину этих отрезов. Полученные объемы отрезов разной длины складывают и прибавляют к ним объемы вершинок. В приведенном примере анализа объемы ствола в разном возрасте вычислены вторым способом и записаны в правой части формы анализа ствола.

Последняя стадия работ по анализу ствола заключается в изучении полученных цифровых данных, т.е. вычислений приростов по высоте, диаметру на высоте груди, площади сечения и объему.

 

 

 

Рисунок 14.5. График продольного сечения древесного ствола

по данным анализа

 

На основании этих данных по формуле Z_V=V_a / a для каждой возрастной стадии определяют средний прирост по объему, а по формуле Z_V = (V_a - V_a-n) / n — текущий прирост по объему.

После того как установлены высота, диаметр, площадь сечений и объем стволов в отдельные возрастные периоды, вычисляют видовые числа. Полученные данные заносят в итоговую таблицу (таблица 14.2), графы 2-9). Пример заполнения таблицы 14.2 сделан на основе анализа рисунков 14.4 и 14.5.

 

Таблица 14.2 Пример заполнения итоговой таблицы анализа ствола

 

Возраст, лет	Ход роста	Прирост, дм3
По высоте,м	По диаметру,см	По объёму, м3	По видовому числу	Средний	Текущий
	4,2	5,7	0,0072	0,685	0,7	0,7
	9,2	13,0	0,0679	0,556	3,4	6,1
	14,4	16,9	0,1704	0,528	5,6	10,2
	19,1	20,3	0,3141	0,508	7,8	14,4
	22,6	22,6	0,4859	0,528	9,7	17,5
	25,4	25,6	0,6624	0,506	11,0	17,3
	26,3	26,7	0,7291	0,495	11,2	13,3

 

ПО данным таблицы 14.2 легко вычисдяются абсолютные величины приростов и проценты прироста по основным таксационным показателям.

Как видно из приведенного ряда видовых чисел, с увеличением возраста дерева видовые числа уменьшаются. В нашем примере исключением является видовое число, которое имел ствол в возрасте 50 лет. Это, по-видимому, является результатом изменившихся в этот период условий роста дерева, что привело к наращиванию более узких годичных слоев в нижней части ствола и более широких в вершине.

Установив видовые числа для разных возрастов дерева, определяют с помощью формулы Z_f = (f_a-f_a-n) / n текущий прирост по видовому числу и вносят его в графу 10.Как видим, с увеличением возраста деревьев наблюдается отрицательный прирост по видовому числу, за исключением возраста 40-50 лет.

Анализ приведенных цифр подтверждает высказанные ранее выводы и позволяет сделать ряд новых практически важных выводов. Из предыдущего материала нам известно, что процент прироста по площади сечения в среднем в 2 раза выше процента прироста по диаметру.Проценты прироста по объему близки к сумме процентов прироста по площади сечения, высоте и видовому числу. У деревьев, имеющих высоту более 2,6 м, с увеличением возраста видовое число уменьшается, вследствие чего прирост по видовому числу характеризуется отрицательной величиной.

Сумма процентов приростов по площади сечения и высоте оказывается несколько больше, чем процент прироста по объему. Наблюдения показывают, что процент прироста по видовому числу округленно составляет 0,3 от процента прироста по высоте. Отсюда для приближенного определения процента прироста по объему можно применять следующую формулу:

p_v = pg + 0,7p_h (14.64).

Рассмотрим вопрос о точности результатов, полученных при анализе ствола. Для этого применим формулу

p_v = p_g + p_h + p_f. (14.65)

Допустим, что в этих трех компонентах, определяющих процент прироста по объему, допущены ошибки p¢_g, p¢_h, p¢_f. Из теории ошибок известно, что ошибка суммы равняется квадратному корню из суммы квадратов ошибок отдельных слагаемых. Следовательно, ошибка процента прироста по объему будет равна

p_v = ± (14.66)

Известно, что процент прироста по площади сечения в 2 раза выше процента прироста по диаметру. Соответственно этому

р^/_g = 2 p^/ (14.67).

 

Подставив выражение (14.67). в формулу (14.66), получим

 

p^/_v = ± (14.68)

 

При определении диаметров и высоты деревьев неизбежны ошибки измерений, а также связанные с округлением результатов.

При анализе ствола изменения диаметров учитываются по десятилетиям с дробностью 1 мм. В этом случае ошибка округления будет близка к ±0,3 мм. При средней ширине годичного слоя 1,5 мм прирост по диаметру за 10 лет будет равен 30 мм. Ошибка измерения от этой величины составит ± 1%.

Высоту стволов измеряют с округлением до 10 см. Средняя ошибка округления от этой величины составляет 1/3, т.е. около ±3 см. По отношению к приросту за 10 лет, в среднем равному 3 м, ошибка округления при измерении составит ±1%.

Вследствие неправильностей формы поперечных сечений и интерполяций, допускаемых при установлении высоты анализируемого дерева, ошибки в вычислении диаметра и высоты можно принять ±1,5%, а ошибку в установлении видового числа ±2%. Подставим эти величины в формулу (14.68):

p^/_v =±

Этот расчет позволяет заключить, что при самом тщательном определении объемного прироста путем проведения анализа ствола ошибка в полученных конечных результатах в среднем составляет ± 4%.

Анализ ствола довольно трудоемкое дело. В настоящее время разработаны приборы, существенно облегчающие эту работу. Электронный датчик в виде специальной иглы, пронизывая подготовленные кружки, по разнице сопротивления (в некоторых случаях на основе других физических или химических принципов) передает данные на компьютер, на дисплее которого будут показаны цифровые значения ширины годичных колец. Специальная программа позволяет автоматически заполнить формы таблиц 14.1 и 14.2 в приведенном и расширенном виде.

Но описанные приборы дороги, а программа сложна и тоже дорога. В то же время анализ ствола обычно делают в ограниченном количестве случаев, чаще всего при исследовании динамики древостоев. Поэтому у нас его обычно выполняют традиционным образом.

Анализ ствола является надежным инструментом при оценке влияния хозяйственных мероприятий на изменение энергии роста древостоев. Особое значение имеет здесь оценка тех хозяйственных мероприятий, которые оказывают длительное воздействие – 10 лет и более. К таким относятся гидротехнические мелиорации, селекция и т.д. Но все эти оценки не выходят за пределы научных лабораторий и имеют штучное применение. Поэтому часто покупка весьма дорогостоящего инструментария для автоматизации анализа ствола оказывается экономически неэффективной, и работы ведут традиционным методом.