Прогнозные уравнения диаметров и их среднеквадратических отклонений сосновых древостоев Красноярской лесостепи

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Сельскохозяйственные науки


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 630. 5(571. 51)
UDC 630. 5(571. 51)
ПРОГНОЗНЫЕ УРАВНЕНИЯ ДИАМЕТРОВ И ИХ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКИХ ОТКЛОНЕНИЙ СОСНОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ КРАСНОЯРСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ
Кузьмичев Валерий Васильевич д.б. н., профессор
Неповинных Артем Г еннадьевич аспирант
Сибирский государственный технологический университет, Красноярск, Россия
Цель работы — получение прогнозных уравнений, учитывающих естественный рост сосновых древостоев Красноярской лесостепи наряду с влиянием лесохозяйственных мероприятий и стихийных факторов. В статье получены зависимости средневзвешенного диаметра и среднеквадратического отклонения от возраста и густоты.
Ключевые слова: ПРОГНОЗИРОВАНИЕ, СРЕДНЕВЗВЕШЕННЫЙ ДИАМЕТР, СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОЕ ОТКЛОНЕНИЕ,
PROGNOSTIC EQUATIONS DIAMETERS AND THEIR MEAN SQUARE DEVIATIONS OF PINE FOREST STANDS OF KRASNOYARSK FOREST-STEPPE
Kuz'-michev Valery Vasil'-evich Dr. Sci. Biol., professor
Nepovinnykh Artem Gennad'-evich post-graduate student
Siberian State Technological University, Krasnoyarsk, Russia
The aim of work is to get prognostic equations, taking into account the natural growth of pine forest stands of Krasnoyarsk forest-steppe along with influence of forestry arrangements and elemental factors. Dependences of weight average diameter and mean square deviation from age and plantation density were received in the article.
Keywords: FORECASTING, AVERAGE WEIGHT AVERAGE DIAMETER, MEAN SQUARE DEVIATION, AVERAGE DISTANCE BETWEEN
СРЕДНЕЕ РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ ДЕРЕВЬЯМИ. TREES.
Таблицы хода роста (ТХР) древостоев — наиболее простые и информативные модели возрастной динамики их таксационных показателей, широко применяемые в лесном хозяйстве для определения производительности древостоев, установления возраста спелости, а также для прогнозных расчетов при проектировании лесохозяйственных мероприятий. Данным «инструментом» прогноза в практике лесного хозяйства пользуются давно.
Составление таблиц хода роста основывалось на подборе древостоев одного естественного ряда. Ряд, в свою очередь, подбирался на основе косвенных признаков, при этом отбрасывался опытный материал, чьи значения не вписывались в пределы отклонений от усредненной линии показателей. Влияние таких представлений было настолько велико, что известный исследователь А. Шваппах [5], получив результаты длительных наблюдений на постоянных пробных площадях, противоречащие идее указательных насаждений, составил свои таблицы хода роста в явном противоречии с наблюдаемыми результатами.
С. Н. Сеннов [1], проанализировав изменение текущего прироста на постоянных пробных площадях за 60 лет, выявил увеличение продуктивности, причем в древостоях разного происхождения, состава, возраста и бонитета. Одной и вероятной причиной увеличения текущего прироста С. Н. Сеннов считает изменение климата. В более поздней работе [2] он явно ставит под сомнение постоянство условий внешней среды, принятое за основу при составлении таблиц хода роста.
Таблицы хода роста для сосновых насаждений Красноярской лесостепи были составлены более 40 лет назад и по настоящее время не обновлялись. В силу новых подходов к прогнозированию ростовых процессов, актуализация производительности сосновых древостоев Красноярской лесостепи имеет большое значение для принятия оптимальных решений и обеспечит сохранность лесного фонда для будущих поколений.
Наиболее затруднительной становится задача прогноза производительности насаждений в случае нарушения естественных процессов роста в ходе лесохозяйственных мероприятий (рубки ухода) и в результате воздействия стихийных факторов (пожары).
В связи с вышесказанным, необходимо подобрать такие прогнозные уравнения, которые, в свою очередь, учитывали бы динамику окружающей среды или частично ее отражали, наряду с влиянием лесохозяйственных мероприятий и стихийных факторов.
Объект и методика исследования
Объектом настоящего исследования послужили древостои сосны обыкновенной на территории Красноярской лесостепи. В работе использованы материалы обмеров 155 пробных площадей, часть из них имеет период наблюдений 35−45 лет. По своему расположению используемые пробные площади равномерно охватывают исследуемый район. Динамика роста рассматриваемых древостоев по ряду таксационных показателей отдельных пробных площадей представлена на рисунке 1.
Возраст, лет
Возраст, лет
Рисунок 1 — Сопоставление ТХР (5) с динамикой роста по: а — высоте- б — диаметру- в — площади сечения- г — запасу- д — густоте- е — среднему расстоянию между деревьями на пробных площадях:
1 — не подверженных воздействиям пожаров и рубкам ухода-
2 — Погорельского бора с рубками ухода- 3 — Юксеевского бора с рубками ухода- 4 — пройденных низовыми пожарами
По материалам обмеров на постоянных пробных площадях, заложенных на территории Красноярской лесостепи, показано, что рост сосновых древостоев по ТХР [3] не соответствует действительному
развитию рассматриваемых насаждений (см. рисунок 1).
Из рисунка 1 следует, что ТХР не отражают динамики имеющегося разнообразия процессов роста и не пригодны для прогноза при воздействии на рост древостоев хозяйственной деятельности (рубки ухода) и стихийных факторов (пожары).
Отметим, что для древостоев одного уровня производительности основными независимыми переменными остаются возраст и густота.
Подход к моделированию хода роста обследуемых сосняков состоял во введении в набор изучаемых зависимостей отдельных таксационных показателей, кроме возраста, еще одной управляющей величины -среднего расстояния между деревьями. На естественные процессы роста сосновых древостоев Красноярской лесостепи влияют пожары и рубки ухода, а первоначальное проявление этих факторов происходит через изменение густоты.
Для нахождения взаимосвязи диаметра с возрастом и средним расстоянием использовалось линейное уравнение множественной регрессии с использованием комбинированных переменных. При этом было учтено необходимое число лет для достижения древостоями высоты 1,3 м. Совокупность совместного влияния нашла отражение в следующей зависимости:
D = a + (b + c — V A — n)-4b (1)
где D — средний диаметр, см- A — средний возраст древостоя, лет- L — среднее расстояние между деревьями (100/NA0,5), м- N — густота, шт. /га- a, b, с, — параметры уравнения- n — число лет, необходимое для достижения древостоями высоты 1,3 м.
Имеющиеся данные дают возможность определить также зависимости между таксационными показателями и основными статистиками рядов распределения пробных площадей.
Одной из величин статистик рядов распределения, для которой было
найдено уравнение связи с возрастом и средним расстоянием, является среднеквадратическое отклонение значений диаметра (о). Совместное влияние возраста и среднего расстояния между деревьями на указанную статистику рядов распределения числа стволов по ступеням толщины нашло выражение в зависимости (2):
8 = а ¦ І + Ь ¦ І ¦ (А — п) + с ¦ ІІ + d ¦ І ¦ (А — п). (2)
Результаты и обсуждение
В рамках проведенного исследования были получены уравнения (3, 4), отражающие зависимость диаметра и среднеквадратического отклонения от возраста и густоты (среднего расстояния между деревьями):
Б = -3,825 + (4,765 +1,206 л/ А — п)¦ 4І, (3)
8 = 3,882¦ І -0,015¦ І ¦ (А -п)-0,409¦ І2 + 0,003¦ І2 ¦ (А-п). (4)
Визуальное представление зависимости диаметра от возраста и
среднего расстояния показано на рисунке 2.
60 66 іО
0 & amp-
% ^
1 Ф
? Ж
Рисунок 2 — Зависимость среднего диаметра сосняков от возраста и среднего расстояния между деревьями
Проверка на адекватность подобранных уравнений осуществлялась с
помощью анализа остатков (величины, которые нельзя объяснить с помощью регрессионного уравнения).
При проведении регрессионного анализа делаются некоторые предположения относительно ошибок. Они состоят в признании ошибок независимыми, имеющими нулевые средние, одинаковую (постоянную) дисперсию о и подчиняющимися нормальному распределению [4].
Следовательно, если подобранная нами модель правильна, то остатки будут проявлять тенденцию к подтверждению сделанных предположений или, по меньшей мере, не будут противоречить им [4].
Результаты исследования остатков представлены в графической форме (рисунки 3, 4).
Рисунок 3 — Остатки в зависимости от предсказанных значений
диаметра
Из рисунка 3 следует, что значения остатков близки к нулевым средним. Разброс остатков относительно предсказанных значений
средневзвешенного диаметра равномерен. «Горизонтальная полоса»
разброса близка к нулевому значению и не указывает на какую-либо неадекватность подобранного уравнения (3). Следует констатировать высокую адекватность подобранной зависимости реальным процессам изменения среднего диаметра древостоев в исследуемых сосняках. Уравнение характеризуется высоким коэффициентом детерминации — 95,3. Его значение свидетельствует о том, что совокупность двух факторов объясняет 95,3% изменчивости средневзвешенного диаметра сосновых древостоев Красноярской лесостепи при стандартной ошибке в 1,8 см.
3
* *
* *
2 ¦ **
5
О
-1
-2
-3
1 23 456 739 10 11
Предсказанные значения среднеквадратического отклонения диаметра, см
Рисунок 4 — Остатки в зависимости от предсказанных значений среднеквадратического отклонения
Анализ подобранного уравнения (4), отражающего связь среднеквадратичного отклонения от возраста и среднего расстояния между деревьями, показал, что данная модель не в полной мере отражает указанную зависимость (коэффициент детерминации — 0,527). Стандартная
ошибка рассматриваемой модели небольшая — 1,2 см. График остатков в зависимости от предсказанных значений (см. рисунок 4) указывает на определенную тенденцию к переходу от положительных остатков к отрицательным при увеличении предсказанных величин среднеквадратического отклонения. Однако в силу малой выраженности этой тенденции (наклон горизонтальной полосы незначим) и равномерного рассеивания остатков подтверждается адекватность подобранного уравнения. Отметим, что перебором различных моделей, отражающих связь среднеквадратичного отклонения диаметра с возрастом и средним расстоянием между деревьями, была подобрана указанная выше модель, как наилучшая регрессия, с минимальным значением функции потерь (LF=169). Для всех полученных нами уравнений коэффициенты регрессии при всех определяющих факторах значимы на 5%-м уровне.
Заключение
В ходе проделанной работы были получены следующие выводы и итоговые результаты:
1. Наблюдения на постоянных пробных площадях в течение 35−45 лет, заложенных на территории Красноярской лесостепи, показали несоответствие действительного роста рассматриваемых древостоев средней линии, отраженной в ТХР.
2. Подобранные уравнения для определения средневзвешенного диаметра и среднеквадратического отклонения с учетом влияния возраста и средней густоты древостоев показали высокую адекватность. Полученные уравнения рекомендуется использовать в системе моделирования строения древостоев по диаметру.
Список литературы
1. Сеннов С. Н. Тенденции роста южно-таежных лесов северо-запада // Лесоведение. — 1996. — № 4. — С. 68−70.
2. Сеннов С. Н. Лесоведение и лесоводство. — М.: Академия, 2005. — 256 с.
3. Фалалеев, Э. Н. Ход роста основных лесообразующих пород Сибири / Э. Н. Фалалеев и др. — Красноярск: РИО СибТИ, 1975. — 196 с.
4. Дрейпер, Н. Прикладной регрессионный анализ: в 2-х кн. кн. 1 / Н. Дрейпер, Г. Смит. — М.: Финансы и статистика, 1986. — 366 с.
5. Schwappach А. №иге и^егеиЛи^еп иЬег Wachstum и^ Ertrag погта1ег Kiefernbestande т der Tiefebene. В., 1896. 76 s.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой