Лекция 3. 2.6.3. Анализ хода роста ствола.

2.6.3. Анализ хода роста ствола.

Анализом ствола называются специальные исследования, проводимые с целью получения полного представления об изменениях во времени всех основных таксационных показателей ствола. Он основан на уникальной способности деревьев - откладывать годичные кольца. Данные анализа используются во многих лесоводственно-таксационных работах: при составлении таблиц хода роста древостоев, установлении принадлежности древостоев к одному естественному ряду роста и развития, оценке эффективности лесохозяйственных мероприятий и т.д. В зависимости от целей исследования анализ ствола может проводиться с различной степенью дробности и точности. Как правило, в возрасте дерева до 35-40 лет он проводится по пятилетним, в старшем возрасте – по десятилетним периодам.

Выбор модельных деревьев для анализа определяется целевой установкой исследований. Например, при установлении естественных рядов отбор деревьев на анализ производится из числа наиболее крупных (80-90 рангов), при определении эффективности проводимых в лесу мероприятий – с учетом рангового положения деревьев.

До рубки на модельном дереве, отобранном для анализа, мелом горизонтальной чертой наносится отметка высоты груди и вертикальной чертой – северная сторона дерева. После этого у модельного дерева измеряются диаметр на высоте груди по двум взаимно перпендикулярным направлениям СЮ и ЗВ с точностью до 0.1 см, класс роста и развития по Крафту, диаметр проекции кроны с точностью 0.1 м. Для оценки площади роста модельного дерева определяются направления и расстояния до окружающих деревьев - «соседей» и их диаметры.

После рубки дерева и обрубки сучьев полевая обработка модельного дерева производится в следующей последовательности:

1.Вертикальная черта, обозначающая северную сторону дерева, продолжается до самой его верхушки;

2.Измеряется общая длина (высота) ствола и расстояние от комля до первого мертвого и первого живого сучка;

3.Ствол размечается на секции (длина секции при высоте деревьев до 10-12 м принимается равной 1 м, при большей высоте – 2 м);

4.На стволе мелом или каким-либо режущим инструментом отмечаются середины секций, конец последней секции (основание вершинки), относительные высоты ¼ h, ½ h и ¾ h.

5.Для детального анализа ствола на серединах секций, на 1.3 м, у шейки корня и у основания вершинки выпиливаются кружки (образцы древесины) толщиной 2-3 см; для упрощенного анализа кружки выпиливаются только у шейки корня, на высоте груди и на указанных выше относительных высотах.

6.На каждом кружке на лицевой стороне (пропиленной строго по метке) проводятся две взаимно перпендикулярные линии строго через центр в направлениях СЮ и ВЗ, а на другой отмечаются номер модельного дерева и высота сечения.

Результаты полевых измерений модельного дерева записываются в 1 разделе (лицевой части) бланка анализа ствола.

Анализ хода роста ствола выполняется в камеральных условиях и состоит из следующих основных (последовательно выполняющихся) операций:

1. Подсчет годичных колец на кружках с разделением их на возрастные периоды.

2. Измерение взаимно перпендикулярных диаметров на кружках по выделенным периодам; выявление хода роста ствола по диаметру.

3. Выявление хода роста ствола по высоте.

4. Построение графика продольного сечения ствола.

5. Вычисление объема ствола по возрастным периодам.

6. Вычисление абсолютных и относительных приростов по диаметру, высоте и объему.

7. Вычисление видовых чисел и коэффициентов формы по возрастным периодам.

8. Заключение по ходу роста ствола

Подсчет годичных колец проводится на лицевой стороне кружков вдоль линий направлений СЮ и ВЗ после тщательной зачистки этих линий острым режущим предметом. Эта операция начинается с нулевого кружка (взятого у шейки корня). По всем четырем радиусам в направлении от центра к периферии отсчитываются по 10 или по 5 годичных колец и отделяются выделенные таким образом периоды друг от друга. При этом последний периферийный период может быть неполным, если общее число годичных колец на нулевом кружке не будет кратным 10 или 5.

На всех остальных кружках подсчет годичных колец ведется, наоборот, в направлении от периферии к центру. При этом на каждом кружке вначале отсчитывается то число годичных колец, сколько их оказалось в последнем периферийном периоде нулевого кружка. Затем отсчет ведется также с разделением на 5- или 10-летние периоды. В последнем центральном периоде этих кружков число годичных колец также может быть неполным. Это связано с уменьшением годичных колец по мере увеличения высоты выпила. Причем это уменьшение происходит из-за выпадения годичных колец, прилегающих к сердцевине, то есть за счет предшествующих 10-летий (5-летий). Периферийные годичные кольца имеются на всех кружках. Таким образом, вышеописанный порядок подсчета обеспечивает необходимое для анализа хода роста условие: выделенные возрастные периоды на разных кружках будут состоять из одних и тех же годичных колец.

Для проверки правильности подсчета годичных колец и наглядности возрастные периоды отграничиваются один от другого концентрическими кругами – последнее годичное кольцо в каждом периоде обводится карандашом по поздней части кольца.

Результаты подсчета годичных колец записываются в соответствующей графе таблицы 1 (табл) бланка анализа ствола.

Измерение диаметров на всех кружках по выделенным возрастным периодам проводится с точностью 0.1 см масштабной линейкой или полоской миллиметровой бумаги.

Сначала в каком – то одном направлении (например, в направлении СЮ) измеряются диаметры на нулевом кружке в коре и без коры в данный момент. Затем в этом же направлении измеряются диаметры последующих концентрических кругов, соответствующие 10 – летиям возраста (…, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20 и 10 лет). Результаты измерений записываются в соответствующие графы таблицы 1 бланка анализа ствола (табл.) на строке СЮ нулевого кружка. В таком же порядке измеряются и записываются диаметры по направлению ВЗ. Из измерений диаметра в двух взаимно перпендикулярных направлениях вычисляются средние арифметические значения этого показателя.

В такой же последовательности производятся измерения диаметров на всех остальных кружках. При этом для контроля правильности измерений следует помнить, что при одинаковом возрасте диаметр ствола уменьшается с увеличением высоты сечения, а высота последнего сечения уменьшается с уменьшением возраста дерева.

Данные, полученные по кружку на высоте 1.3 м, наглядно показывают ход роста дерева по диаметру – изменение диаметра по десятилетиям (пятилетиям) возраста.

Исследование хода роста ствола по высоте начинается с установления значений возраста дерева, при которых оно достигало высот сечений, на которых выпилены кружки. Для этого из числа годичных колец на нулевом сечении (у шейки корня) последовательно вычитываются числа годичных колец на вышележащих сечениях. Результаты записываются в последней колонке табл. Например, на сечении №1, расположенном на расстоянии 1 м от шейки корня, насчитывается 100 годичных колец, а на нулевом – 107. Разность 107 – 100 = 7 указывает, что до высоты сечения 1 м выпало 7 центральных конусов нарастания древесины, то есть дерево достигло высоты 1 м в возрасте 7 лет. На основании таких данных графическим способом или методом интерполяции можно определить высоту дерева по 5- или 10-летним периодам. Графический способ более предпочтителен, т.к. позволяет обнаружить и устранить возникающие при подсчетах ошибки. В этом случае на миллиметровой бумаге строится график: в выбранном масштабе на оси абсцисс откладываются возрасты высот сечений, а на оси ординат сами высоты сечений (1, 1.3 м и т.д.). Отложенные на графике точки соединяются, затем полученная ломанная линия (при необходимости) сглаживается по правилам графического выравнивания. Построенная таким образом кривая хода роста ствола по высоте позволяет определить высоту дерева по 5- или 10-летним периодам. Для этого на оси абсцисс (возрастов) в масштабе находятся точки, соответствующие, например, 10, 20, 30 годам и т.д. Из этих точек восстанавливаются перпендикуляры до пересечения с кривой - длины этих перпендикуляров в масштабе на оси ординат покажут искомые высоты. Изменение высоты дерева по 10-летиям (5-летиям) возраста показывается в таблице 2 бланка анализа ствола.

Построение графика продольного сечения ствола выполняется в следующей последовательности:

а) выбираются масштабы по высоте и диаметру в зависимости от размеров дерева;

б) на миллиметровой бумаге намечается положение нулевого сечения и оси симметрии, на оси точками отмечается высота ствола по возрастным периодам;

в) отступив от оси симметрии на несколько см проводится параллельная ей линия, на которой в принятом масштабе отмечаются высоты всех сечений (0, 1, 1.3, 3 и т.д) и вся высот дерева;

г) на перпендикулярных к оси ствола линиях каждого из этих сечений в обе стороны от оси симметрии последовательно откладываются радиусы по 10-летиям (5-летиям) возраста; причем следует помнить, что количество сечений, а, следовательно, и откладываемых радиусов закономерно возрастает с увеличением возраста дерева;

д) соединив плавными линиями точки радиусов и высоты (отмечена ранее на оси), относящиеся к определенному возрасту дерева, получают график продольного сечения ствола в данном возрасте.

На графике продольного сечения ствола для каждого возрастного периода (10-летия или 5-летия) отмечается высота основания вершинки, сама вершинка для наглядности заштриховывается. Затем определяются длина вершинки (как разность между высотой ствола и высотой основания вершинки) и диаметр основания вершинки (снимается по масштабу на схеме продольного сечения ствола). Эти данные записываются в таблицу 1 бланка анализа ствола. Следует иметь в виду, что в молодом возрасте высота ствола может оказаться меньше длины первой секции. В этом случае весь ствол будет представлять собой вершинку.

Вычисление объема ствола в разные возрасты дерева производится по сложной формуле Губера – суммированием объемов всех секций (одно- или двухметровых) и вершинки. Расчеты ведутся в таблице 3 бланка анализа ствола одновременно по всем возрастным периодам. По среднеарифметическим диаметрам (концентрических кругов) каждого кружка, выпиленного на середине секции, находятся площади сечений с точностью 0.0001 м² и размещаются в соответствующие графы таблицы 3. Затем подсчитываются итоги площадей сечений всех секций (по каждой графе) и записываются в специальной строке таблицы. Умножением полученных сумм площадей сечений каждого возрастного периода на длину секции (на 1 или 2 м) получают общий объем всех секций (ствола без вершинки) в соответствующие возрасты дерева. Объем вершинки определяется по формуле конуса. При этом диаметр основания вершинки и ее длина берутся из предыдущих расчетов (табл.). Сложением общего объема одно- или двухметровых секций с объемом вершинки определяется объем ствола для каждого возрастного периода.

Вычисление приростов по диаметру, высоте и объему производится в следующем порядке. В специальную таблицу (табл.) бланка переносятся значения указанных таксационных показателей по 10-летиям (5-летиям) возраста из предыдущих таблиц. Причем возраст по 10-летиям (5-летиям) записывается в 1 колонке табл. в порядке возрастания – 10, 20, 30 лет и т.д. (5, 10, 15 лет и т.д.). Затем для каждого показателя в абсолютном выражении определяются средний общий и средний периодический приросты.

Средний общий прирост вычисляется путем деления величины таксационного показателя в соответствующем возрасте на данный возраст. При вычислении среднего периодического прироста текущий периодический прирост определяется как разность таксационных показателей двух соседних 10-летий (5-летий) возраста. Процент среднего периодического прироста определяется по формуле Пресслера. Средний периодический прирост в абсолютном и относительном выражениях записывается между строк соответствующих 10-летий (5-летий).

Вычисление видовых чисел и коэффициентов формы проводится на основе предыдущих расчетов. Для каждого возрастного периода определяются старое видовое число (отношение объема ствола к объему цилиндра с площадью основания, равной площади сечения ствола на высоте 1.3 м и высотой, равной высоте дерева) и коэффициент формы q₂ (отношение диаметра ствола на половине его высоты к диаметру на высоте 1.3 м). При вычислении коэффициента формы диаметр на половине высоты определяется методом интерполяции по соответствующим диаметрам в том или ином возрасте дерева.

Заключение по ходу роста ствола более объективно можно сделать на основе графического представления возрастной динамики таксационных показателей дерева. При этом наибольший интерес представляют следующие графики:

а) графики хода роста ствола по диаметру, высоте и объему;

б) графики возрастной динамики соотношений между средними общими и средними периодическими приростами этих показателей.

На основе графиков и составленных таблиц устанавливаются особенности возрастной динамики (изменения темпов роста) таксационных показателей дерева: диаметра, высоты, объема, видового числа и коэффициента формы. Определяются периоды кульминации приростов по основным таксационным показателям, возрасты пересечения среднего общего и среднего периодического приростов.