НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ВОЛОДИМИРЕНКО

Валентина Миколаївна

УДК 630*17:582.475:630*232(477.87)

ОСОБЛИВОСТІ РОСТУ ТА ПРОГНОЗ ПРОДУКТИВНОСТІ

ШТУЧНИХ МОДАЛЬНИХ ЯЛИНОВИХ ДЕРЕВОСТАНІВ

УКРАЇНСЬКИХ КАРПАТ

06.03.02 – лісовпорядкування та лісова таксація

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Київ – 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України

Науковий керівник – доктор сільськогосподарських наук, професор

Лакида Петро Іванович,

Національний аграрний університет, директор

ННІ лісового і садово-паркового господарства

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор,

членкор УААН

Строчинський Анатолій Адольфович,

Національний аграрний університет, завідувач кафедри лісової таксації та лісовпорядкування

кандидат сільськогосподарських наук, доцент

Пастернак Володимир Петрович,

Український ордена „Знак Пошани” НДІ лісового господарства та агролісомеліорації ім. Г.М.Висоцького, провідний науковий співробітник лабораторії моніторингу і сертифікації лісів

Провідна установа – Національний лісотехнічний університет України,

кафедра лісової таксації та лісовпорядкування,

Міністерство освіти і науки України, м. Львів

Захист відбудеться 8” листопада 2006 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.09 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м.Київ-41, вул. Героїв Оборони, 15, навчальний корпус 3, ауд. 65

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці НАУ за адресою: 03041, м.Київ-41, вул. Героїв Оборони, 13, навчальний корпус 4, ауд. 28

Автореферат розісланий 7 жовтня 2006 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Кравець П.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У розвитку Карпатського регіону ліси Карпат мають важливе економічне, екологічне та соціальне значення. Зважаючи на це, в 2003 році Україна підписала „Рамкову конвенцію про охорону та сталий розвиток Карпат”, в якій передбачено насамперед ведення лісового господарства на засадах сталого розвитку, що для Карпат з їхньою лісистістю особливо актуально. З метою впровадження засад сталого розвитку у лісове господарство даного регіону необхідно вирішити складну задачу щодо підвищення продуктивності та поліпшення якісного складу лісових насаджень.

Одним із напрямів концепції реформування та розвитку лісового господарства передбачено вдосконалення системи інформаційного забезпечення галузі та впровадження інформаційних технологій у лісове господарство. Наявність достовірної інформації про динаміку лісового фонду необхідна для ефективного управління лісовими ресурсами. Актуалізація та прогнозування росту основних таксаційних показників лісостанів головних лісоутворювальних порід становить одну із важливих складових лісовпорядкування. Моделі прогнозу росту деревостану необхідні для оцінки стану лісових насаджень, розробки проектів господарських заходів, встановлення розмірів проміжного та головного лісокористування.

У контексті збереження лісів та збалансованого розвитку України для подальшого вдосконалення лісокористування особливо важливим залишається ведення лісового господарства на типологічній основі. Дослідження закономірностей росту штучних модальних ялинових деревостанів Українських Карпат, що зростають в раменях, сураменях та бучинах, субучинах, дає змогу оцінити стан лісових насаджень, виявити їх зміну в динаміці.

Для розв’язання цих задач актуальною є проблема теоретичного обґрунтування та практичної реалізації моделювання росту деревостанів. Розроблені математичні моделі та інші таксаційні нормативи слугують основою для оцінки актуалізації та прогнозу росту штучних ялинових лісостанів Карпат.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційні дослідження є частиною науково-дослідної роботи кафедри лісового менеджменту Національного аграрного університету виконаної в рамках держбюджетної теми № 110/38 „Розробити наукові основи еколого-економічної оцінки лісів та управління ними на засадах сталого розвитку” (№ державної реєстрації 0196U013080).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційних досліджень є розробка теоретичних засад та практичної реалізації нормативно-довідкових даних, призначених для таксації та актуалізації основних таксаційних показників штучних ялинників Карпат, що зростають в раменях, сураменях та бучинах, субучинах. Для досягнення поставленої мети були сформульовані такі задачі:

1) розробити динамічну бонітетну шкалу;

2) дослідити та змоделювати динаміку росту основних таксаційних показників модальних ялинових лісостанів Карпат;

3) побудувати таблиці ходу росту штучних модальних ялинників Карпат залежно від типу лісу на базі даних повидільної таксаційної характеристики лісів та даних тимчасових пробних площ;

4) розробити математичні моделі та алгоритм актуалізації основних таксаційних показників штучних ялинових деревостанів Карпат, що зростають в раменях, сураменях та бучинах, субучинах.

Об’єктом досліджень є процеси росту в штучних лісостанах Карпат, що зростають в корінних та похідних типах лісу.

Предметом досліджень є особливості росту та продуктивність штучних модальних ялинових деревостанів Українських Карпат залежно від типів лісу.

Методи дослідження. В основу теоретичних та методичних досліджень було покладено системний підхід. Розрахунки виконувались на основі бази даних тимчасових пробних площ та бази даних „Повидільна таксаційна характеристика лісів”, частини інформаційної системи „Управління лісовими ресурсами” ВО „Укрдержліспроект”. Встановлення та моделювання зв’язків між таксаційними ознаками модальних насаджень, обчислення біометричних показників, статистик рядів розподілу здійснювалось статистичними методами, а саме за допомогою регресійного аналізу. Оцінка придатності та адекватності моделей проводилась за допомогою стандартних методів математичної статистики. Для порівняння одержаних результатів застосовувався графічний та аналітичний методи.

Наукова новизна одержаних результатів. Основні положення роботи, які визначають сутність наукової новизни проведених дисертаційних досліджень, полягають у наступному:

1) встановлено статистично достовірну різницю в рості ялинових лісостанів Карпат у корінних (рамені, сурамені) та похідних (бучини, субучини) типах лісу;

2) вперше побудовано динамічну бонітетну шкалу для штучних ялинників, що зростають в раменях, сураменях та бучинах, субучинах;

3) розроблено математичні моделі динаміки основних таксаційних показників модальних лісостанів та побудовано таблиці ходу росту штучних модальних ялинових деревостанів Карпат з урахуванням особливостей їх росту у різних висотно-типологічних умовах;

4) вперше розроблено комплекс математичних моделей та алгоритм актуалізації основних таксаційних показників росту штучних модальних ялинових деревостанів Карпат залежно від типу лісу та класу бонітету.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень можуть бути використані для оцінки сучасного стану лісонасаджень, актуалізації нормативно-довідкових даних штучних ялинників Карпат в лісовому фонді України, прогнозу динаміки основних лісотаксаційних ознак деревостанів, організації, планування та проведення лісовпорядкувальних заходів. Для практичного використання рекомендовані:

1) динамічна бонітетна шкала для штучних ялинових деревостанів Карпат обох лісотипологічних груп;

2) математичні моделі динаміки росту основних таксаційних показників штучних модальних ялинових лісостанів Карпат, що зростають в раменях, сураменях та бучинах, субучинах;

3) таблиці ходу рості штучних модальних ялинових деревостанів, що зростають у раменях, сураменях та бучинах, субучинах за класами бонітету;

4) сукупність моделей прогнозу основних таксаційних ознак штучних ялинових деревостанів Карпат, що зростають в раменях, сураменях та бучинах, субучинах для актуалізації бази даних „Лісовий фонд України”.

Особистий внесок здобувача. Сформульовані в дисертації наукові положення, розроблені математичні моделі, нормативи, висновки і пропозиції належать особисто автору і є його науковим доробком.

Дисертація є завершеною науковою працею, в якій на основі викладених наукових положень розв’язані наступні завдання: побудовано динамічну бонітетну шкалу, розроблено математичні моделі динаміки таксаційних показників для штучних модальних ялинників Карпат залежно від типу лісу та побудовані таблиці ходу росту, розроблено систему математичних моделей основних таксаційних показників для прогнозу росту штучних ялинових деревостанів Карпат обох лісотипологічних груп.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні положення, висновки і практичні рекомендації дисертаційної роботи були викладені та отримали позитивні відгуки на наукових конференціях:

1. Міжнародних: 

міжнародна науково-практична конференція „Сбережение и улучшение лесов восточной Европы” (Білорусь, м. Гомель, жовтень, 2001 р.);– 

міжнародна науково-практична конференція „Сертифікація лісів України в контексті розвитку сучасної лісової політики” (Україна, м.Київ, жовтень, 2002 р.); 

міжнародна науково-практична конференція „Наукові основи ведення сталого лісового господарства” (Україна, м.Івано-Франківськ, вересень, 2005 р.); 

міжнародна науково-практична конференція „Сучасні проблеми сталого розвитку лісового комплексу України: освіта, наука, виробництво” (Україна, м.Київ, жовтень 2005 р.).

2. Внутрішньодержавних:– 

конференції науково-педагогічних працівників, наукових співробітників і аспірантів Національного аграрного університету (2002-2006 рр.).

Публікації. За результатами дисертаційних досліджень опубліковано 5 статей в Науковому віснику НАУ та матеріали міжнародних конференцій.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків та пропозицій, списку використаних джерел і додатків. Результати досліджень викладено на 162 сторінках комп’ютерного тексту, в тому числі основного тексту 112 сторінок. Цифровий матеріал систематизовано у 19 таблицях, графічні дані ілюстровано 43 рисунками. Список використаних джерел містить 167 найменування, із них 13 іноземних. Додатки складаються з 17 таблиць, розміщених на 33 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Розділ 1. Основні положення методики моделювання росту та продуктивності насаджень. Математичні методи дослідження операцій – це важлива складова сучасного періоду розвитку наукового методу пізнання.

Як загальна методична база використано системний підхід. Останній дає можливість значно раціональніше використати теоретичні та емпіричні методи з метою всебічного вивчення об’єкта, його структури, причинно-наслідкових зв’язків та управління ним. Лісова екосистема – одна з найскладніших для вивчення та математичного опису. Для неї характерні: складність внутрішньої будови, багатофакторність зовнішнього середовища, енергетична незамкнутість, саморегуляція, мультистабільність, динамічність, суттєва нелінійність між елементами системи, переривчастий характер біосистемних зв’язків.

О.А.Атрощенко (2004) виділяє моделювання росту лісу як один з етапів у системі контролю і управління лісовими ресурсами. Такі моделі слугують основою в розробці нормативно-довідкових даних, їх актуалізації, росту та прогнозу насаджень. Д.Манро (1973) як одиницю моделювання розглядав як окреме дерево, так і деревостан. Моделі, що будуються для сукупності насаджень за середніми таксаційними показниками знайшли своє відображення в таблицях ходу росту, які широко використовувалися у колишньому СРСР. Основу таблиць ходу росту становлять складні регресійні моделі, які можуть обробляти сучасні персональні комп’ютери. Над моделюванням росту на ЕОМ працювали К.Є.Нікітін (1972, 1973, 1978); В.В.Загреєв (1975, 1988); В.В.Антанайтіс (1977); М.М.Свалов (1978); Я.А.Юдицький (1982); А.З.Швиденко (1983, 1985, 1986, 1989); А.А.Строчинський (1985, 1986, 1989); П.І.Лакида (1985, 1986, 1989); О.П.Бала (2004) та багато інших вчених.

У розділі розглядаються методи вивчення ходу росту деревостанів та формування таблиць. В.В.Загреєв (1978) розробив загальні таблиці ходу росту соснових деревостанів, враховуючи специфіку росту залежно від географічного положення. М.М.Свалов (1979) виконав детальний огляд і аналіз методів складання таблиць ходу росту, розробив новий метод їх створення, що включає випадковий відбір вихідних даних, здійснив класифікацію насаджень за верхньою висотою та продуктивністю деревостану.

Застосування типологічного методу при складанні таблиць продуктивності одержало негативну оцінку з боку таких вчених, як Д.І.Товстоліс (1926), М.М.Орлов (1925), О.В.Тюрін (1945), М.П.Анучин (1982), В.В.Антанайтіс (1976), А.А.Строчинський (1992). За типами лісу було складено таблиці ходу росту деревостанів І.М. Науменком (1927), О.Д.Дударевим (1983), В.І.Левіним (1962), М.В.Давидовим (1972). Але, формуючи ряди продуктивності деревостанів, пріоритет був наданий класу бонітету. Такої ж думки притримувались Г.А. Ходот (1959) та Д.П. Логутов (1958) при складанні таблиць ходу росту ялинників Карпат. З.Й. Бодлак (1986) віддавав перевагу типам лісу при вивченні будови ялинників Карпат. В.В.Загреєв (1978) відмічав, що ні тип лісу, ні клас бонітету, кожний окремо, не можуть претендувати на роль єдиного класифікаційного критерію насаджень при вивченні їх ходу росту: тип лісу – через відсутність чіткості в його визначенні і єдиної загальноприйнятої класифікації власне типів лісу, а клас бонітету – через статичний характеру існуючих бонітетних шкал. Взаємопов’язати два важливих лісівничих поняття, таких як тип умов місцезростання та клас бонітету дозволяє підхід, основою якого є групування вихідного матеріалу за рівнями продуктивності, що визначаються середньою висотою в базовому віці.

Широкого практичного застосування набули комбіновані методи (Поляков А.Н., 1959; Воропанов П.В., 1960; Моісеєнко Ф.П., ; Загреєв В.В., Гусєв І.І., Саліков Н.Я., 1975).

На даний час при вивченні закономірностей формування лісових насаджень визначено два основних напрями їх класифікації: 1) об’єднання деревостанів за подібністю умов місцезростання (типів лісу); 2) за подібністю таксаційних показників. Основні принципи, покладені в основу обох класифікацій, не перестають бути предметом дискусій з часів М.М.Орлова і Г.Ф.Морозова. Один із напрямів класифікації лісових насаджень при вивченні закономірностей їх формування, а саме об’єднання деревостанів за подібністю умов місцезростання, був використаний в наукових дослідженнях даної роботи.

Розділ . Характеристика регіону досліджень та експериментальних даних. У Карпатський регіон входять Львівська, Закарпатська, Івано-Франківська та Чернівецька області. Основну частину регіону складають гори Карпати. На Українські Карпати припадає 10,3% площі усіх Карпат. На основі літературних джерел описано географічне положення, геологічні та грунтово-кліматичні умови Українських Карпат (Алісов Б.П., 1950; Андріанов М.С., 1957; Герушинський З.Ю., 1957; Солдатов А.Г.та ін., ; Цись П.М., ; Пастернак П.С., ; Генсірук С.А., , ). Кліматичні умови Українських Карпат надзвичайно різноманітні. У ґрунтовому покриві переважають бурі гірсько-лісові, щебенисті ґрунти. Середньогірські ландшафти вкриті смерековими та смереково-ялицево-буковими лісами. Крім ялини і бука, в Карпатах також ростуть дуб, граб, сосна, модрина, вільха, черешня, горіх, а також тис (Голубець М.А., 1978). Є.В.Алексєєв, 1928; П.С.Погребняк, 1955; С.В.Шевченко, 1957; Б.Ф.Остапенко, 1961; Г.Л.Тишкевич, 1962 в основі класифікації типів лісу розглядали рослинність. У букових лісах формуються бучини і субучини, у смерекових – смеречини (рамені) і сусмеречини (сурамені). Зниження біологічної стійкості лісів Карпат викликане створенням на значних площах букових змішаних лісів чистих ялинових культур.

Оцінка та аналіз закономірностей таксаційної будови, динаміки росту і продуктивності штучних ялинників Карпат здійснювалися на основі повидільної бази даних лісостанів цієї породи, наданої ВО “Укрдержліспроект” та даних тимчасових пробних площ (Березівський Л.М., Щербина А.Г., Гірс О.А., Лакида П.І., Пастернак В.П., Колосок О.М.; 1987-1992). Лісостани ялини у Карпатах в переважній більшості зростають (91,4% за площею) у середньогірському поясі, 71,1% із них – у корінних (рамені, сурамені), а 20,3% – у похідних (бучини, субучини) типах лісу (табл. 1).

Таблиця 1

Розподіл штучних ялинників за типами лісу та висотною зональністю

Зональність Карпат | Кількість виділів, шт. | Загальна площа виділів, га | До загальної площі, %

Рамені, сурамені

Верхньогірський пояс | 6455 | 31988 | 8,6

Середньогірський пояс | 42702 | 263495 | 71,1

Бучини, субучини

Верхньогірський пояс | 29 | 113 | 0

Середньогірський пояс | 15320 | 75002 | 20,3

Всього | 64506 | 370598 | 100

Вікова структура ялинників є типовою для головних лісоутворювальних порід України і характеризується переважанням середньовікових та пристиглих лісостанів з низькою часткою стиглих і молодняків. Питома вага насаджень у віці 10-30 років складає 22%, 40-50 років – 49, 60-80 років – 21, 90-120 років – 8, 130 і вище – 0,13%. Аналізовані лісостани є високобонітетними (Ia 35% у раменях, сураменях, 52% у бучинах, субучинах; I – 44% у раменях, сураменях, 31% у бучинах, субучинах) і високоповнотними (0,7-0,8 понад 80%). Ялинники в бучинах, субучинах мають дещо вищу продуктивність, ніж у раменях, сураменях, що пояснюється трофністю відповідних типів лісу. Статистична характеристика основних таксаційних показників домінуючих груп лісостанів середньогірського поясу Карпат представлена в таблиці .

Таблиця 2

Статистична характеристика таксаційних показників штучних ялинників Карпат (середньогірський пояс)

Показник | Мінімальне значення | Максимальне значення | Середнє значення | Стандартне відхилення | Коефіцієнт варіації, % | Асиметрія | Ексцес

Рамені, сурамені

Вік, років | 5 | 177 | 39 | 19,0 | 49,3 | 1,355 | 3,060

Діаметр, см | 1 | 49 | 15,6 | 8,1 | 51,8 | 0,547 | 0,207

Висота, м | 1 | 44 | 15,0 | 7,2 | 48,0 | 0,270 | -0,303

Запас, м3.га-1 | 1 | 1013 | 248 | 165,0 | 66,6 | 0,637 | 0,066

Бучини, субучини

Вік, років | 5 | 137 | 47 | 21,5 | 46,3 | 0,935 | 0,546

Діаметр, см | 1 | 88 | 20,7 | 9,4 | 45,5 | 0,491 | 0,308

Висота, м | 1 | 42 | 19,4 | 7,9 | 40,6 | 0,111 | -0,294

Запас, м3.га-1 | 3 | 1010 | 348 | 194,5 | 55,8 | 0,489 | -0,071

Для дослідження співставності виділених груп лісостанів та відповідності їх параметрів оптимальним, за класами бонітету було обчислено середні таксаційні показники (табл. 3). У певному віці діаметр, висота штучних ялинових деревостанів Карпат відповідають параметрам оптимальних лісостанів, а за запасом істотно менші (Строчинський А.А., Швиденко А.З., Лакида П.І., 1992).

Таблиця 3

Середні таксаційні показники штучних ялинових лісостанів Карпат за класами бонітету

Клас бонітету | Площа, га | Середні таксаційні показники | вік, років | діаметр, см | висота, м | повнота | запас на

1 га, м3 | Рамені, сурамені

Ia92872 | 52 | 23,3 | 22,2 | 0,75 | 434

I | 116531 | 37 | 14,8 | 14,0 | 0,74 | 230

II | 33725 | 33 | 11,3 | 10,8 | 0,72 | 150

III | 6741 | 30 | 8,3 | 7,6 | 0,70 | 83 | ... | Усього | 263495 | 43 | 17,7 | 16,9 | 0,74 | 302 | Бучини, субучини

Ia | 38652 | 67 | 31,8 | 30,2 | 0,74 | 635

I | 23190 | 35 | 14,4 | 13,7 | 0,73 | 216

II | 2607 | 33 | 11,7 | 11,2 | 0,73 | 150 | III328 | 29 | 8 | 7,4 | 0,7 | 83 | ... | Усього | 75002 | 53 | 24,4 | 23,1 | 0,74 | 455 |

Експериментальний матеріал тимчасових пробних площ охоплює широкий діапазон ялинових насаджень Карпат та репрезентативно описує його в генеральній сукупності. Віковий діапазон насаджень коливається від 11 до 90 років. Розмах діаметрів теж значний, від 3 до 48 см, висот – від 3,1 до 36,5 м. Середній бонітет тимчасових пробних площ становить Іа. Пробні площі закладено переважно в чистих насадженнях. Середня повнота складає 0,9. Дані ТПП репрезентативно представляють об’єкт досліджень і цілком можуть бути використані для проведення подальших досліджень.

Розділ 3. Динаміка таксаційних показників штучних модальних ялинових деревостанів Українських Карпат. Статистичний аналіз таксаційних показників бази даних штучних ялинників Карпат з використанням критерію Ст’юдента (Козаченко І.В., 1975; Іванова В.М., Калініна В.Н., Нешумова Л.А. та ін., ) показав наявність значущої на 5%-му рівні різниці в рості деревостанів у корінних та похідних типах лісу (табл. 4). Різна тенденція росту штучних ялинників в раменях, сураменях та бучинах, субучинах підтверджується порівнянням динаміки середніх висот за абсолютною величиною, динаміки середніх діаметрів, сум площ поперечних перерізів та запасів, а також продуктивності за класами бонітету. Для максимального наближення модельованих таксаційних ознак до модальних показників лісостанів, вся база даних була достовірно поділена на дві лісотипологічні групи.

Таблиця 4

Значення - статистик основних таксаційних показників штучних лісостанів ялини у раменях, сураменях та бучинах, субучинах

Клас віку | Кількість ступенів свободи | - статистики таксаційних показників: | середньої висоти | середнього діаметра | повноти | запасу

на 1 га I | 7742 | 16,11 | 19,54 | 0,46 | 4,17

II | 57835 | 10,43 | 11,87 | 2,42 | 0,45

III | 66922 | 9,75 | 1,16 | 5,16 | 2,59

IV | 104838 | 61,38 | 53,22 | 2,88 | 38,77

V | 62398 | 46,28 | 49,02 | 9,13 | 22,90

VI | 28564 | 43,06 | 34,85 | 4,83 | 21,09

VII | 25446 | 39,93 | 34,47 | 3,04 | 12,30

VIII | 16621 | 23,49 | 32,33 | 6,27 | 13,94

IX | 14570 | 56,59 | 50,19 | 29,14 | 40,90

X | 9536 | 63,78 | 52,47 | 26,41 | 53,14

XI | 2638 | 43,95 | 36,07 | 17,95 | 30,10

XII | 1586 | 51,98 | 28,5 | 14,64 | 24,49

При моделюванні середньої висоти використано дослідні дані тимчасових пробних площ та методика, розроблена В.П.Пастернаком, а також враховано пропозиції щодо моделювання середніх висот В.Ф.Багінським (1984), Ю.М.Савичем (1962, 1965), А.А.Строчинським (1987). Для встановлення ходу росту штучних насаджень ялини за висотою пропонуються моделі:

, (1)

, (2)

де: відносна висота ялини в раменях, сураменях;

– відносна висота ялини в бучинах, субучинах.

На основі розроблених моделей побудована динамічна бонітетна шкала лісостанів обох груп типів лісу. Абсолютні висоти одержані як добуток відносних висот у будь-якому віці та базової висоти бонітету у 120 років шкали М.М.Орлова залежно від умов місцезростання (табл. 4, 5).

Отримані математичні моделі середніх висот використані як основа в подальшому моделювання динаміки штучних модальних насаджень ялини у відповідних умовах росту цієї деревної породи.

Таблиця 4

Фрагмент динамічної бонітетної шкали для штучних ялинників Карпат, що зростають у раменях, сураменях

Вік, років | Середня висота лісостанів за класами бонітету, м

Ia | I | II | III | IV

10 | 2,5-2,4 | 2,3-2,1 | 2,0-1,8 | 1,7-1,5 | 1,4-1,3

15 | 4,8-4,4 | 4,3-3,9 | 3,8-3,2 | 3,3-2,9 | 2,8-2,3

20 | 7,5-6,8 | 6,7-5,9 | 5,8-5,1 | 5,0-4,3 | 4,2-3,5

25 | 10,2-9,2 | 9,1-8,1 | 8,0-7,0 | 6,9-5,9 | 5,8-4,8

30 | 12,9-11,6 | 11,5-10,2 | 10,1-8,8 | 8,7-7,4 | 7,3-6,0

35 | 15,5-13,9 | 13,8-12,2 | 12,1-10,6 | 10,5-8,9 | 8,8-7,2

40 | 18,0-16,1 | 16,0-14,2 | 14,1-12,2 | 12,1-10,3 | 10,2-8,4

...

100 | 34,9-31,2 | 31,1-27,4 | 27,3-23,7 | 23,6-19,9 | 19,8-16,1

110 | 36,0-32,2 | 32,1-28,3 | 28,2-24,4 | 24,3-20,5 | 20,4-16,7

...

150 | 38,6-34,5 | 34,4-30,3 | 30,2-26,2 | 26,1-22,0 | 21,9-17,8

160 | 38,9-34,8 | 34,7-30,6 | 30,5-26,4 | 26,3-22,2 | 22,1-18,0

Таблиця 5

Фрагмент динамічної бонітетної шкали для штучних ялинників Карпат, що зростають у бучинах, субучинах

Вік, років | Середня висота лісостанів за класами бонітету, м

Ia | I | II | III | IV

10 | 3,5-3,2 | 3,1-2,8 | 2,7-2,5 | 2,4-2,1 | 2,0-1,7

15 | 6,4-5,8 | 5,7-5,1 | 5,0-4,5 | 4,4-3,8 | 3,7-3,1

20 | 9,6-8,7 | 8,6-7,6 | 7,5-6,6 | 6,5-5,5 | 5,4-4,5

25 | 12,7-11,5 | 11,4-10,1 | 10,0-8,7 | 8,6-7,3 | 7,2-5,9

30 | 15,7-14,1 | 14,0-12,4 | 12,3-10,7 | 10,6-9,0 | 8,9-7,3

35 | 18,5-16,6 | 16,5-14,6 | 14,5-12,6 | 12,5-10,6 | 10,5-8,6

40 | 21,0-18,8 | 18,7-16,6 | 16,5-14,3 | 14,2-12,0 | 11,9-9,8

...

100 | 35,5-31,8 | 31,7-27,9 | 27,8-24,1 | 24,0-20,3 | 20,2-16,4

110 | 36,3-32,4 | 32,3-28,5 | 28,4-24,6 | 24,5-20,7 | 20,6-16,8

120 | 37,0-33,1 | 33,0-29,1 | 29,0-25,1 | 25,0-21,1 | 21,0-17,1

130 | 37,2-33,3 | 33,2-29,3 | 29,2-25,3 | 25,2-21,2 | 21,1-17,2

Враховуючи те, що найбільшу точність при визначенні діаметру забезпечує спосіб, в якому використовується сума площ поперечних перерізів, у модель середнього діаметра введено показник відносної повноти (Р):

, (3)

. (4)

Для моделювання суми площ поперечних перерізів при багатоваріантному пошуку було вирішено за основу взяти ростову функцію Мітчерліха, яка найповніше описує динаміку цієї ознаки. Для кожного класу бонітету штучних ялинників Карпат різних умов місцезростання методом нелінійного регресійного аналізу було знайдено коефіцієнти заданого рівняння. З метою одержання єдиної моделі динаміки суми площ поперечних перерізів, у межах виділеної сукупності штучних ялинників, коефіцієнти аналітично вирівнювались залежно від значення середини класу бонітетної шкали М.М.Орлова у віці 120 років. Таким чином, встановлена модель суми площ поперечних перерізів штучних ялинників для раменів, сураменів (GP):

, (5)

де:

де х – Н120, величина середини класу бонітету в базовому віці 120 років.

Відповідно, для бучин, субучин (GБ):

, (6)

де:

;

Однією з параметричних ознак продуктивності деревостанів є його запас. Як модель використано алометричну функцію з такими вхідними параметрами як сума площ поперечних перерізів (G) та середня висота (H) деревостану.

, (7)

, (8)

де: – модель запасу для корінних ялинників,

– модель запасу для похідних ялинників.

Видове число (F) було знайдено за допомогою загальновідомої у лісовій таксації формули , де сума площ поперечних перерізів, запас та висота вже змодельовані. Кількість стовбурів (N) у таблицях ходу росту обраховувалася, опираючись на значення суми площ поперечних перерізів на 1 га та середнього діаметра насадження: . Приріст за запасом обчислювався за стандартними формулами лісової таксації. Для моделювання таксаційних параметрів вирубуваної частини деревостанів використана база даних тимчасових пробних площ (ТПП). Розрахунок середньої висоти та середнього діаметру базувався на моделях редукційних чисел таблиць ходу росту як для раменів, сураменів (,), так і для бучин, субучин (,) оптимальних деревостанів:

0,563+0,003А+2,640/А;

0,649+0,003А+0,935/А;

0,375+0,004А+3,910/А;

0,0,606+0,002А+1,269/А.

Кількість дерев на 1 га, що відпали або вибрані з насадження внаслідок доглядових рубань обчислювалися як різниця між кількістю стовбурів деревостану n років тому та тією кількістю, яка є в наявності. Сума площ поперечних перерізів вирубаних стовбурів визначалася за формулою . Для розрахунку динаміки стовбурового запасу частини деревостану, що вибирається, запропонована формула . Загальна модель динаміки видового числа частини лісостану, яка вирубується, така: . Одержані моделі використані для розрахунку та побудови таблиць ходу росту штучних ялинників Українських Карпат в раменях, сураменях та бучинах, субучинах, а їх фрагмент для найбільш поширеного в раменях, сураменях І класу бонітету, в бучинах, субучинах Іа класу бонітету представлений в таблиці 6. Порівняння динаміки таксаційних показників модальних насаджень з показниками ТХР оптимальних насаджень показало, що середній діаметр модальних насаджень вище на 1-3% для ялинників, які ростуть в раменях, сураменях, на 5-6% більше для ялинників, що ростуть в бучинах, субучинах; кількість стовбурів на 1 га менша в раменях, сураменях – на 14%, у бучинах, субучинах – на 29%; запас деревостану, що росте, на 1 га менший за оптимальний, в раменях, сураменях – на 19%, у бучинах, субучинах – на 20%, загальна продуктивність в обох лісотипологічних групах в модальних насадженнях менша у середньому на 6%.

Розділ 4. Прогноз основних таксаційних параметрів штучних модальних ялинових деревостанів у системі неперервного лісовпорядкування. Актуалізація основних лісівничо-таксаційних ознак деревостанів вимагає розробки певних методів і математичних моделей оновлення інформаційних баз. Моделі прогнозу висоти, діаметра, суми площ поперечних перерізів на 1 га та запасу на 1 га розроблялися для ялинових лісостанів, які зростають в раменях, сураменях та бучинах, субучинах середньогірського поясу Українських Карпат. Прогноз росту було виконано на основі розроблених таблиць ходу росту для модальних насаджень корінних та похідних ялинників. Вхідними даними для моделювання прогнозу висоти, діаметру, суми площ поперечних перерізів деревостану слугували співвідношення , де ТА+1 ? значення таксаційного показника на рік уперед, ТА ? значення таксаційного показника тепер. Модель прогнозу висоти для корінних ялинників Карпат наступна:

. (9)

Таблиця 6

Фрагмент таблиць ходу росту штучних модальних ялинників Карпат

Вік, років | Деревостан | Частина, що вирубується | Загальна продуктивність, м3 | Загальний приріст, м3

середня висота, м | середній діаметр, см | кількість дерев, шт. | сума площ поперечних перерізів, м2 | видове число | запас, м3 | зміна запасу, м3 | середня висота, м | середній діаметр, см | кількість дерев, шт. | запас, м3 | середній | поточний

серед-ня | поточ-на

Бучини, субучини, бонітет Іа | 10 | 3,3 | 3,4 | 6600 | 5,5 | 0,840 | 15 | 1,5 | - | - | - | - | - | 15 | 1,5 | - | 20 | 9,1 | 9,1 | 3099 | 20,0 | 0,599 | 109 | 5,5 | 11,2 | 6,8 | 6,4 | 1301 | 18 | 139 | 7,0 | 14,8 | 30 | 14,9 | 14,9 | 1794 | 31,2 | 0,522 | 242 | 8,1 | 13,4 | 11,4 | 10,4 | 531 | 29 | 324 | 10,8 | 19,2 | 40 | 19,9 | 20,2 | 1158 | 37,2 | 0,494 | 366 | 9,2 | 11,8 | 15,6 | 14,3 | 265 | 35 | 516 | 12,9 | 18,8 | 50 | 24,0 | 24,9 | 823 | 40,0 | 0,483 | 464 | 9,3 | 9,2 | 19,3 | 17,8 | 143 | 36 | 686 | 13,7 | 16,4 | ... | 100 | 33,7 | 39,0 | 354 | 42,2 | 0,479 | 681 | 6,8 | 2,0 | 31,3 | 30,7 | 17 | 20 | 1171 | 11,7 | 6,0 | 110 | 34,4 | 40,5 | 327 | 42,3 | 0,479 | 696 | 6,3 | 1,4 | 32,8 | 32,6 | 13 | 17 | 1221 | 11,1 | 4,8 | 120 | 34,9 | 41,9 | 307 | 42,3 | 0,479 | 707 | 5,9 | 1,0 | 34,3 | 34,4 | 10 | 15 | 1263 | 10,5 | 4,0 | 130 | 35,3 | 43,1 | 290 | 42,3 | 0,479 | 715 | 5,5 | 0,6 | 35,6 | 36,0 | 8 | 14 | 1300 | 10,0 | 3,4 | Рамені, сурамені, бонітет І | 10 | 2,1 | 2,2 | 9200 | 2,8 | 1,762 | 10 | 1,0 | - | - | - | - | - | 10 | 1 | - | 20 | 6,3 | 6,4 | 4561 | 14,7 | 0,581 | 53 | 2,7 | 5,4 | 4,74,21739 | 9 | 68 | 3,4 | 7,2 | 30 | 10,8 | 11,1 | 2690 | 25,8 | 0,510 | 143 | 4,8 | 9,8 | 7,97,0799 | 15 | 184 | 6,1 | 12,8 | 40 | 15,1 | 15,6 | 1690 | 32,3 | 0,497 | 243 | 6,1 | 9,8 | 11,010,0420 | 21 | 323 | 8,1 | 14,0 | ... | 70 | 24,4 | 26,6 | 676 | 37,6 | 0,481 | 442 | 6,3 | 4,4 | 19,019,379 | 23 | 661 | 9,4 | 9,0 | 80 | 26,5 | 29,3 | 562 | 37,9 | 0,478 | 479 | 6,0 | 3,4 | 21,122,351 | 22 | 742 | 9,3 | 7,8 | 90 | 28,1 | 31,6 | 486 | 38,0 | 0,475 | 506 | 5,6 | 2,4 | 22,925,135 | 20 | 810 | 9,0 | 6,4 | ... | 150 | 32,4 | 39,5 | 311 | 38,1 | 0,468 | 578 | 3,9 | 0,6 | 31,040,77 | 14 | 1076 | 7,2 | 3,4 | 160 | 32,7 | 40,3 | 299 | 38,1 | 0,468 | 582 | 3,6 | 0,4 | 32,043,26 | 13 | 1106 | 6,9 | 3,0 |

Модель прогнозу висоти для похідних ялинників Карпат така:

. (10)

Для прогнозу діаметра штучних ялинників корінного походження пропонується модель:

, (11)

для похідних ялинників:

. (12)

Модель прогнозу суми площ поперечних перерізів (13) вказує на збіг з вхідними даними значень для всіх класів бонітету ялинників, що зростають у раменях, сураменях та бучинах, субучинах:

. (13)

Для створення єдиної моделі прогнозу чотири параметри окремих кривих для кожного класу бонітету аналітично вирівняно залежно від класу бонітету з використанням поліномів, де як змінна виступає індекс класу бонітету Н120. В результаті моделювання для корінних ялинників одержані наступні моделі коефіцієнтів:

; (14)

; (15)

; (16)

. (17)

Для похідних ялинників одержані такі моделі коефіцієнтів:

; (18)

; (19)

; (20)

. (21)

Підставивши значення коефіцієнтів рівнянь (14?17) у модель (13), отримаємо модель прогнозу суми площ поперечних перерізів для штучних ялинників, які зростають у раменях, сураменях, а значення коефіцієнтів, наведені в рівняннях (18?21) – модель прогнозу суми площ поперечних перерізів для штучних ялинників, що зростають в бучинах, субучинах.

Актуалізацію запасу здійснено через відсоток поточного приросту запасу (РМ) за формулою:

, (22)

де: початковий запас в А років;

прогноз запасу через (А+n) років;

n – величина періоду, років.

де РМ – відсоток поточного приросту за запасом.

Відсоток поточного приросту за запасом пораховано за допомогою ПЕОМ для всіх класів бонітету корінних та похідних ялинників (рис. 1?2).

Рис. . Відсоток поточного приросту Рис. . Відсоток поточного приросту

за запасом штучних ялинників, за запасом штучних ялинників,

що зростають у раменях та сураменях що зростають у бучинах та субучинах

Для практичної реалізації, шляхом аналітичного вирівнювання коефіцієнтів, конкретних для кожного класу бонітету, пропонуються такі моделі прогнозу запасу штучних ялинників, які зростають у раменях, сураменях (23, ) та бучинах, субучинах (23, 25).

Загальна модель прогнозу запасу ялинників:

, (23)

де .

Для корінних ялинників змодельовано значення коефіцієнтів:

(24)

де Н120 – індекс класу бонітету (величина середини класу бонітету в базовому віці 120 років).

Для похідних ялинників визначено значення коефіцієнтів:

(25)

де Н120 – індекс класу бонітету.

Прогнозування видового числа визначається передбаченням запасу та середньої висоти.

ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ

На даний час завдяки дослідженням вчених існує достатньо глибока характеристика ялинників Українських Карпат. Але разом із тим ряд проблем, зв’язаних з веденням лісового господарства у цих лісах вимагає додаткового вивчення. Йдеться про необхідність значно детальнішого дослідження штучних ялинових лісостанів, які зростають у корінних та похідних умовах. Для розв'язання проблеми неперервного й невиснажливого лі-сокористування, вирощування високопродуктивних лісових насад-жень відповідно до типу лісорослинних умов, одержання макси-мального лісівничого ефекту при мінімальних витратах важливе значення має науково обґрунтована актуалізація нормативно-довідкових даних лісових насаджень з урахуванням зональних особливостей, зумовлених різними екологічними та економічними факторами природних регіонів. Реалізація розроблених нормативів сприятиме підвищенню загальної продуктивності лісостанів, раціональному проміжному лісокористуванню, поліпшить управління, контроль та прогноз користування й відновлення лісових ресурсів. Результати проведених дисертаційних досліджень дозволили обґрунтувати такі висновки:

1. На сучасному етапі моделювання ходу росту деревостанів домінують саме математичні моделі ходу росту, які знаходяться в основі розробки нормативно-довідкових даних для ведення лісового господарства.

2. Система актуалізації таксаційних показників лісостанів потребує подальшого вивчення із залученням значно повнішого переліку деревних порід. Об’єктом досліджень було вибрано штучні ялинові лісостани Українських Карпат, де сконцентровано 22% лісового фонду України, а ялина є головною лісоутворювальною породою регіону.

3. У науковій роботі виконано об’єднання деревостанів за подібністю умов місцезростання. Лісостани культур ялини у Карпатах у переважній більшості зростають (91,4% за площею) у середньогірському поясі, 71,1% із них – у корінних (рамені, сурамені), а 20,3% – у похідних (бучини, субучини) типах лісу.

4. Для розробки системи нормативно-довідкових даних для оцінки і прогнозу основних таксаційних показників штучних ялинників Українських Карпат використовувалась база даних „Лісовий фонд України”, надана ВО „Укрдержліспроект”, з якої виділено 42702 виділів штучних ялинників, які зростають у раменях, сураменях та, відповідно, 15320 виділів у бучинах, субучинах середньогірського поясу й експериментальних даних 53 ТПП.

5. З метою групування експериментального матеріалу та подальшого прогнозування таксаційних ознак побудовано динамічну бонітетну шкалу для штучних ялинників Українських Карпат обох лісотипологічних груп, що враховує лісівничі закономірності росту цієї деревної породи.

6. Розроблено моделі динаміки основних таксаційних показників для модальних насаджень ялини Українських Карпат з урахуванням особливостей їх росту у різних висотно-типологічних умовах. На основі запропонованих моделей динаміки таксаційних параметрів складено таблиці ходу росту для штучних ялинників, які зростають у раменях, сураменях та бучинах, субучинах.

7. Порівняння таблиць ходу росту модальних із оптимальними насадженнями показало, що середній діаметр модальних насаджень вище на 1-3% для ялинників, які ростуть у раменях, сураменях, на 5-6% більше для ялинників, що ростуть у бучинах, субучинах; кількість стовбурів на 1 га менша в раменях, сураменях – на 14%, у бучинах, субучинах – на 29%; запас деревостану, що росте, на 1 га менший за оптимальний, в раменях, сураменях – на 19%, у бучинах, субучинах – на 20%, загальна продуктивність в обох лісотипологічних групах у модальних насадженнях менша в середньому на 6%. Розроблені таблиці ходу росту лісонасаджень ялини за основними таксаційними показниками достовірно відображають потенційну спроможність відповідних типів лісу і лісорослинних умов.

8. Актуалізація нормативно-довідкових даних виконана на базі розроблених моделей динаміки основних таксаційних показників для ялинників обох типів умов зростання.

Для практичного застосування в лісовпорядкувальних і лісогосподарських підприємствах рекомендовано систему нормативів для обліку та прогнозу росту і продуктивності штучних ялинників Українських Карпат:

1) динамічна бонітетна шкала для штучних ялинників Українських Карпат, які зростають у раменях, сураменях та бучинах, субучинах;

2) моделі динаміки таксаційних показників ялинових лісостанів Українських Карпат, які зростають у раменях, сураменях та бучинах, субучинах;

3) таблиці ходу росту для штучних ялинників Українських Карпат з урахуванням особливостей їх росту в різних висотно-типологічних умовах;

4) моделі прогнозу основних таксаційних показників штучних ялинників Українських Карпат.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Лакида П.І., Володимиренко