Исследование реакции деревьев ели на обрезку ветвей с помощью приборного комплекса Field-Map

Для ссылок:

Антонов, О. И. Исследование реакции деревьев ели на обрезку ветвей с помощью приборного комплекса Field-Map [Электронный ресурс] / О. И. Антонов, E. И. Антонов // Лесохоз. информ. : электрон. сетевой журн. – 2018. – № 1. – С. 103–111. URL:

Одним из приоритетных направлений развития лесного комплекса страны является повышение не только количественных, но и качественных показателей выращиваемой древесины. При этом на качество конечной продукции и ее себестоимость большое влияние оказывают такие показатели, как сучковатость, плотность древесины, длина волокна и др. Наиболее эффективным способом улучшения свойств выращиваемой древесины считается обрезка ветвей, которая, наряду с рубками ухода и внесением минеральных удобрений, является компонентом комплексного ухода за лесом, а также элементом интенсивного ведения лесного хозяйства. В результате своевременного удаления ветвей формируется древесина с однородной бессучковой структурой, обладающая улучшенными физико-механическими и резонансными свойствами [1]. В странах с развитым лесным хозяйством этот лесоводственный прием считается необходимой мерой ухода за лесом и почти классическим примером выгодности капиталовложений [2].

В результате исследований, проведенных C. А. Карчаускасом [3] и Т. Мариновым [4], установлено, что обрезка ветвей повышает полно-древесность ствола. Годичные кольца в верхней части ствола после обрезки становятся более широкими, ствол приобретает цилиндрическую форму. Сбежистость ствола после обрезки изменяется в зависимости от прироста в высоту: среднюю или малую сбежистость (q2 = 0,68–0,79) имеют деревья с высоким абсолютным приростом и большую сбежистость – деревья, у которых прирост в высоту низкий или его нет [3, 5, 6].

Улучшение формы ствола ели в результате обрезки ветвей отмечали Улеберг [7] и Шольцке [8], Келлер [6] установил, что сбежистость ствола особенно заметно снижается у быстрорастущих пород и менее явно у ели. Однако некоторые авторы считают, что обрезка ветвей не влияет на сбежистость ствола [9] или влияет незначительно [10].

С практической точки зрения, важно установить зависимость формы и полнодревесности нижней части ствола от интенсивности обрезки ветвей, поскольку эта часть дерева является наиболее востребованной в деревообрабатывающем производстве.

Цель исследования – изучить влияние одноприемной обрезки ветвей умеренной интенсивности до высоты 7,5 м на форму очищенной от сучьев и ветвей комлевой части ствола у крупных деревьев в культурах ели с использованием приборного комплекса Field-Map.

Использование электронных приборов – лазерных дальномеров, электронных измерительных вилок, приборов глобального позиционирования (GPS), полевых компьютеров – позволяет осуществлять сбор полевой информации высокой степени точности и формировать разные базы данных. В настоящее время эти приборы нашли применение в лесоустройстве, при инвентаризации лесов, а также в создании цифровых карт местности.

Объекты исследования, методика работ, приборы и оборудование

Исследования проведены в 2016 г. в групповых культурах ели европейской, созданных в 1956 г. в Таицком участковом лесничестве Гатчинского лесничества (кв. 28, выд. 2). Для отработки технологии выращивания высококачественной древесины в 1985 г. сотрудниками лаборатории лесных культур ЛенНИИЛХ (сейчас – СПбНИИЛХ) заложены постоянные пробные площади (ППП) 157, 158, 159 и 160 (контроль) с различной густотой древостоев. У деревьев всех классов роста проведена одноприемная обрезка ветвей на высоту до 7,5 м. Интенсивность обрезки – 35–41 % общей протяженности кроны у средних и мелких деревьев и 28 % у крупных. Повторные сплошные перечеты деревьев на всех ППП выполняли каждые 5 лет с 29-летнего возраста. В настоящее время данные объекты представляют собой высокопродуктивные насаждения, имеющие большую научную ценность (рис. 1).

Рис. 1. Вид деревьев с обрезанными до высоты 7,5 м ветвями (Таицкое участковое лесничество, кв. 28, 2016 г.)

Для оценки влияния обрезки ветвей умеренной интенсивности на рост крупных деревьев в толщину при помощи приборного комплекса Field-Map проведены замеры диаметров стволов на высотах 0; 1,3; 3,5 и 7 м в опытном варианте (ППП 157) и контроле (ППП 160) с последующей статистической обработкой данных [11, 12]. Всего обмерено 15 опытных и 15 контрольных деревьев, изучены величины абсолютного и относительного сбега. Ранее форму комлевой части ствола при подобных исследованиях изучали на срубленных модельных деревьях либо использовали высокие лестницы, что довольно проблематично.

Применяемая в данных исследованиях ГИС-технология Field-Map (полевая карта) разработана специалистами Института исследований лесных экосистем – IFER (Чехия) [13]. Оборудование для полевых работ Field-Map включает комплекс приборов для сбора данных и полевой компьютер со специально разработанной программой (рис. 2, 3).

Рис. 2. Оборудование для полевых работ Field-Map

Рис. 3. Общий вид комплекса электронных приборов

В камеральных условиях разрабатывается проект, структура базы данных и создаются бланки ввода. В полевых условиях все необходимые данные с измерительных приборов при помощи Bluetooth поступают в компьютер. Данная техно-

PKWCt С \OoOMrti «nd $**nfli\AMwwcip«rcp\P«6c»ti C

Рис. 4. Окно ГИС «Field-Map», таблица атрибутов

логия может применяться как для составления карт участков местности, так и для проведения инвентаризации лесов с большим количеством атрибутов. Проекты легко разрабатываются и корректируются.

Программное обеспечение Field-Map состоит из нескольких модулей, необходимых для решения различных задач, но в основном это FieldMap Project Manager (для создания и редактирования баз данных, разработки проектов), а также Field-Map Data Collector (для полевого сбора данных: поддерживает полный набор работ по навигации, картированию, внесению данных атрибутов, полевому контролю данных и т.д.). Лазерный дальномер в сочетании с электронным уклономером и электромагнитным компасом позволяет измерять расстояния, вертикальные и горизонталь-

Рис. 5. Окно ГИС «Field-Map», примеры графических приложений

(графики распределения таксационных величин, объемная модель лесного участка, учет детрита, вертикальные и горизонтальные проекции насаждений)

ные углы. GPS используется для определения координат объекта (рис. 4–5).

Использование таких технологий актуально в научных целях, при инвентаризации и картографировании объектов лесовыращивания и городских зеленых насаждений, а также создании их электронных паспортов, с целью оперативного управления и проведения различных лесовод-ственных мероприятий. Таксация лесосек с применением данного комплекса позволяет оценить запас и сортиментно-сортную структуру растущего леса практически с такой же точностью, как и спиленного [14].

Результаты и обсуждение

Первоначально предполагалось, что обрезка ветвей умеренной интенсивности до высоты 7,5 м у крупных деревьев не окажет существенного влияния на диаметры на нулевой высоте. Однако по мере увеличения высоты влияние будет усиливаться, что приведет к уменьшению сбежисто-сти стволов.

Данные, полученные с помощью технологии Field-Map, показали, что диаметры опытных деревьев ненамного превышают диаметры контрольных, что, по нашему мнению, обусловлено небольшой изначальной разницей (табл. 1). В то же время близкие значения относительного сбе- га на опытном и контрольном объектах доказывают отсутствие заметного влияния данного ле-соводственного ухода на прирост по диаметру, а следовательно, и форму стволов.

Дисперсионный анализ также свидетельствует о несущественном влиянии обрезки ветвей умеренной интенсивности на рост деревьев по диаметру в прикомлевой части ствола (табл. 2).

Таким образом, не подтвердилось предположение о том, что умеренная обрезка ветвей крупных деревьев ели не окажет существенного влияния на диаметры стволов на нулевой отметке, но по мере приближения к вершине эффект от данного приема ухода будет усиливаться. Об этом свидетельствуют и р-значения, во всех случаях превышающие 0,05.

Доказательством этого вывода служит и диаграмма box-and-whisker («ящик с усами»), предназначенная для сравнения распределений между несколькими группами или наборами данных. Диаграмма показывает, что зона статистически значимой выборки на опытном объекте практически полностью перекрывает аналогичную зону на контроле (рис. 6).

Заключение

Использование современных ГИС-техноло-гий, в частности Field-Map, позволяет оператив-

Таблица 1. Статистические показатели абсолютного и относительного сбега ствола

Показатель	Диаметр, см, на высоте, м				Относительный сбег на высоте, м
	0	1,3	3,5	7	0	3,5	7
Опытный объект (ППП 157)
Среднее значение	35,7	29,4	26,8	25,5	1,222	0,915	0,872
Дисперсия	49,21	38,07	30,66	28,94	0,0037	0,0016	0,0027
Минимум	22,8	19,1	17,2	15,7	1,13	0,84	0,77
Максимум	45,3	40,2	35,2	33,6	1,36	1,00	0,98
Контрольный объект (ППП 160)
Среднее значение	33,0	27,6	25,9	24,8	1,191	0,937	0,897
Дисперсия	46,53	24,72	23,62	21,98	0,0042	0,0012	0,0013
Минимум	24,8	21,2	19,7	18,8	1,11	0,88	0,84
Максимум	45,3	35,6	33,8	31,8	1,29	0,99	0,96

Таблица 2. Дисперсионный анализ влияния обрезки ветвей на рост деревьев по диаметру

Высота, м	C2y	C2x	C2z	d 2x,%	d 2z,%	F	p -значение
Абсолютные величины диаметров
0	1 346,52	52,70	1 293,82	3,91	96,09	1,10	0,30
1,3	875,32	21,01	854,31	2,40	97,60	0,66	0,42
3,5	741,83	5,60	736,23	0,75	99,25	0,21	0,65
7,0	694,81	3,96	690,85	0,57	99,43	0,15	0,70
Относительные величины диаметров
0	0,1146	0,0068	0,1078	5,93	94,07	1,70	0,20
3,5	0,0434	0,0039	0,0395	8,99	91,01	2,64	0,16
7,0	0,0606	0,0048	0,0558	7,92	92,08	2,35	0,14