Таксация насаждений, лесосечного фонда и лесной продукции

 

 

Введение

 

Одна из важнейших продуцирующих частей земной биосферы- лесной покров является источником массы продуктов, без которых существование человека вряд ли было бы возможным. Длительное время люди пользовались продуктами леса, не думая об их стоимости, так же как сейчас пользуются воздухом. Однако на определенном историческом этапе развития человечества продукты леса превратились в предмет купли-продажи. С этого периода появилась необходимость определения объема и качества лесной продукции, то есть создались предпосылки возникновения науки, обеспечивающее создание методов оценки лесных ресурсов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теоретическая часть

 

1.   Цели и задачи  лесной таксации, связь таксации  с другими дисциплинами

 

Н.П.Анучиным дается следующее определение термину "Лесная  таксация" и задачам, ею решаемым: "Слово таксация происходит от латинского taxatio, что означает оценка. Отсюда, таксировать лес - это значит его оценивать. Здесь имеется в виду материальная оценка леса, сводящаяся к определению объема целых деревьев и их частей, запаса насаждения (т.е. количества древесины в них), возраста и прироста отдельных деревьев и целых насаждений.

Лесная таксация как наука изучает методы измерения объемов деревьев, объемов заготовленной лесной продукции, запасов отдельных насаждений и целых лесных массивов, приростов отдельных деревьев и насаждений (древостоев) ”.       

М.М.Орлов  писал, раскрывая сущность дисциплины: "По содержанию понятия, лесная таксация есть всесторонняя оценка лесов . . . .соответственно этим задачам в таксации находят широкое применение методы и формулы вариационных исчислений. Это дает основание Тишендорфу, считать эту дисциплину прикладной математикой...".

Лесная таксация тесно связана со многими научными дисциплинами лесохозяйственного профиля.  В вопросах познания законов роста отдельных деревьев и насаждений в целом, таксация связана с ботаникой, дендрологией и лесоводством. Для изучения условий произрастания, определяющих различную количественную и качественную продуктивность лесов, она использует достижения почвоведения; при определении выхода отдельных сортиментов или лесных товаров основывается на данных лесного товароведения; для качественной оценки лесной продукции изучает отдельные пороки древесины, рассматриваемые в курсе древесиноведения, лесной фитопатологии и энтомологии.

 Кроме того,  в лесной таксации  широко используются знания по  геодезии, лесной авиации и аэрофото  и космической съемке. Ее материалы  используются при определении  объемов и размещении лесопользования, а поэтому без нее не могут обойтись лесоэксплуатация и транспорт леса. Лесной таксацией разрабатываются методы определения режимов лесовыращивания хозяйственно целесообразных древостоев, что дает лесоводству возможность назначения мер по уходу за древостоями. Особенно тесно лесная таксация соприкасается с лесоустройством, которое на основе данных лесной таксации разрабатывает перспективные планы организации лесного хозяйства по лесхозам. Ее материалы служат основой всех последующих экономических расчетов. С другой стороны, связь лесной таксации с указанными дисциплинами заключается в том, что они широко используют данные таксации, ее приемы и методы для своих целей. Так, например, на основе таксационных методов возникло и заняло достойное место среди лесных наук лесное ресурсоведение.

 

2.   Стереометрические методы таксации

 

Считая возможным вычислять площади поперечных сечений стволов отдельных деревьев по формуле круга, мы тем самым признаем их за тела вращения. Этот подход связан с множеством попыток найти математическое выражение для образующей древесного ствола, при вращении которой вокруг оси симметрии можно получить тело, равное по объему нашему стволу и обладающее аналогичной формой. Однако было признано, что можно подобрать кривые для образующей древесного ствола, которая позволит точно (с неизбежной погрешностью в ± 2-3%) определить его объем, но не сможет передать особенности формы. Если образующая описывает достаточно надежно среднюю форму ствола, то будут заметные ошибки в объеме деревьев из крайних ступеней толщины. Все же проведенные исследования привели к созданию плодотворных идей, на которых основано изучение объема и формы деревьев.

Первые варианты изучения древесного ствола как тела вращения сводились к сравнению его с наиболее простыми телами вращения. Для них образующую можно выразить степенной зависимостью:

                     ,        

где  y – радиус поперечного сечения ствола, м;

      h – высота ствола, м;

    x – расстояние этого сечения от вершины кривой, м;

     A – параметр, определяющий размер кривой;

     r– показатель степени, характеризующий форму ствола.

При вращении кривой, представленной этим уравнением с разными показателями степени, вокруг оси абсцисс, получаем разные тела вращения.  Когда показатель степени равен нулю, образуется цилиндр, 2/3 – кубический параболоид, 1 – параболоид второго порядка, 2 – конус, 3 – нейлоид. Исследования кривых, характеризующих образующую древесного ствола, убеждают в непостоянстве их формы и несоответствии правильным телам вращения. Однако в отдельных случаях может быть найдено определенное сходство с тем или иным телом вращения. Поэтому много исследований было  посвящено выявлению того, какому телу вращения чаще всего отвечает ствол дерева по своей форме. Такие сопоставления потребовали сравнить между собой по форме показанные выше тела вращения. Результат такого сравнения приводится в таблице 1.

Таблица 1 - Сравнение правильных тел вращения по показателю формы и относительному объему

Правильные тела вращения	Показатель степени	Коэффициент, полученный при сравнении с объемом цилиндра
Цилиндр	0	1
Параболоид кубический	2/3	3/5
Параболоид квадратичный	1	1/2
Конус	2	1/3
Нейлоид	3	1/4

 

При этом было получено важное обобщение, заключающееся в том, что объем каждой из этих фигур составляет некоторую долю объема цилиндра: конус – одну треть, кубический параболоид – три пятых, квадратичный параболоид – половину, нейлоид – одну четвертую.

Однако сравнение непосредственно объемов встречает значительные затруднения, поэтому перешли к сравнению линейных размеров тел вращения и прежде всего – диаметров (или радиусов) на разных долях их высоты.

При помощи измерений двух диаметров, например, на половине и на четверти высоты тела вращения, можно определить показатель степени образующей кривой, использовав соотношение:

                                     

      где     d1 – диаметр на 1/4 высоты, см;

      d2 – диаметр на 1/2 высоты, cм;

     h1 – одна четвертая  часть высоты ствола, м;

      h2 –  половина  высоты  ствола, м ;

     r  -  показатель степени.

Так, для нейлоида показатель степени равен:

                             

Зная показатель степени образующей, можно интегрированием получить значение объема данного тела вращения. Эти две основные идеи, полученные при сравнительном анализе правильных тел вращения (вычисление объема тела вращения сравнением его с объемом цилиндра и замена соотношений объемов линейными размерами для определения показателя формы), были полностью перенесены на анализ формы древесных стволов. Но этим не исчерпывается значение сравнений правильных  тел вращения, поскольку они способствовали формированию ряда теоретических представлений о причинах, влияющих на форму древесных стволов. Та или иная форма деревьев (отличающаяся большой изменчивостью) образуется под влиянием ряда причин, которые трудно поддаются изучению из-за большого количества факторов, действующих в разное время и с неодинаковой интенсивностью (Кофман ). Однако попытки выявить ведущие механизмы образования деревьев разной формы начались в прошлом веке и продолжаются в наше время. Все существующие теории и подходы объединяют в две основные группы: физиологические и механические. В физиологических теориях привлекают к объяснению особенностей формы деревьев (на качественном уровне) воздействие транспирации, изменение освещенности, требования к водной проводимости и т.п. Они ориентированы в основном на крону дерева, от размеров и формы которой зависят особенности формирования древесного ствола. В механических теориях объектом анализа служит способность ствола дерева противостоять внешним нагрузкам (раздавливанию, излому, опрокидыванию), причем объединяет их принцип экономии строительного материала в процессе роста растения.  К. Метцгер рассматривал ствол дерева как тело равного сопротивления изгибу и получил, что в этом случае должно быть постоянным отношение куба диаметра ствола к расстоянию этого сечения от вершины (то есть форма должна соответствовать кубическому параболоиду). Однако эта теория находит лишь частное подтверждение в опытных данных. Более объективным представляется предположение Х. Грея, что площади сечения вдоль ствола пропорциональны изгибающему моменту. И в этом случае ствол должен иметь форму квадратического параболоида. С упругой устойчивостью при продольном изгибе связывают нейлоидальную форму основания ствола дерева, что объясняет большую закомелистость деревьев, подверженных ветровым нагрузкам (например, растущих на свободе). Таким образом, сравнение древесного ствола с правильными телами вращения может рассматриваться как аргумент в споре о ведущих факторах образования их формы.

 

3.    Величины, изучаемые  в лесной таксации, их размерность  точность определения 

 

Ведение лесотаксационных работ постоянно связано c измерениями следующих  основных величин (таблица 2).

 

Таблица 2 -   Измеряемые    величины

№ п.п.	Измеряемая величина	Символ	Размерность
1	Длина срубленного дерева	L , l	метр (м)
2	Высота ствола	H, h	метр (м)
3	Диаметр	D, d	сантиметр (см)
4	Объем ствола или его части	V	метр кубический (м3)
5	Площадь поперечного  сечения ствола	g , g	сантиметр квадратный (см2), метр квадратный (м2)
6	Сумма площадей поперечных сечений стволов	åg	метров квадратных на единицу площади (м2/га)
7	Коэффициенты формы	q	-
8	Видовые числа	F, f	-
9	Число деревьев	N, n	штук на единице площади (шт/га)
10	Запас насаждений	M	метров кубических на гектар (м3/га)
11	Возраст дерева	A	лет
12	Средний возраст древостоя	Acp	лет
13	Прирост средний	D	В соответствии с измеряемой величиной
14	Прирост текущий	Z	В соответствии с измеряемой величиной
15	Площадь земель	S	га

 

При измерении перечисленных выше  величин принято оперировать определенной точностью. Измерение высот и длин стволов отдельных деревьев  ведется с точностью  до  0,1 м. При измерении  диаметра точность 0,1 см.

Площади поперечных сечений определяются с точностью до 0,0001 м2, а объемы до 0,0001 м3.

В зависимости от целей измерений они производятся с различной точностью. Как известно из курса вариационной статистики, точность опыта - это процент расхождения между средними величинами генеральной и выборочной совокупности. Необходимое число наблюдений при заранее установленной точности опыта определяется по формуле:

,           

          где  v- коэффициент варьирования,%;

       p- точность опыта,%;

       t- коэффициент.

При достоверности 0,68 величина t=1; при 0,95 – t =1,96 и при 0,99 – t =2,58. При производственных работах обычно применима достоверность - 0,68. При этом в 68% всех случаев средняя выборочной совокупности отличается от средней генеральной совокупности не более, чем на однократную точность опыта. При научных исследованиях достоверность принимается 0,95 или 0,99.

 

4.   Виды пиломатериалов, методы их таксации

 

Пиломатериалы - это сортименты, получаемые из лесоматериалов  круглых (бревен и кряжей) путем их продольной распиловки.

Пластины - вид пиломатериала, получаемый при раскряжевке бревен вдоль оси.

Четвертины - получают при распиловке пластин на две симметричные части.

Брусья -  пиломатериалы, имеющие толщину и ширину более 100 мм. В зависимости от характера обработки брусья делятся на двухкантные, т.е. пропиленные с двух сторон; трехкантные, т.е. пропиленные с трех сторон; и четырехкантные – пропиленные с четырех сторон.  В свою очередь четырехкантные брусья могут быть острокантными и тупокантные .

Бруски - это пиломатериалы, имеющие толщину не более 100 мм, а их ширина не превышает толщину более чем в 2 раза.

Доски также имеют толщину не более 100 мм, но их ширина превышает толщину более чем в 2 раза.

Шпалы - это пиломатериалы, предназначенные для укладки под рельсы железных дорог.

По форме сечения шпалы бывают двух видов – опиленные с четырех сторон – тип А и опиленные с двух сторон – тип Б.

Шпалы делятся по назначению:

I – для главных путей;

II – для станционных и подъездных  путей;

III – для малодеятельных путей  промышленных предприятий.

Горбыль - это срезанная наружная часть бревна, у которой одна сторона пропилена, а другая сохраняет форму древесного ствола.