Modelowanie wzrostu drzew i drzewostanów

Transkrypt

1 Modelowanie wzrostu drzew i drzewostanów Zajęcia specjalizacyjne i fakultet Dr hab. Michal Zasada Samodzielny Zakład Dendrometrii i Nauki o Produkcyjności Lasu Wydział Leśny SGGW w Warszawie Stacjonarne Studia II Stopnia

2 Wprowadzenie

3 Wprowadzenie Nowe wymagania stojące przed urządzaniem lasu i leśnictwem prognoza rozwoju zasobów przy założeniach różnych warunków i sposobów postępowania (scenario modeling) Konieczność posiadania narzędzi do prognozy i wspomagania podejmowania decyzji tablice zasobności / modele wzrostu Systemy Wspomagania Decyzji SWD (Decision Support Systems DSS)

4 Ekosystemy leśne różnorodność niepowtarzalność wielkość (poszczególnych elementów i całości) zmienność w czasie i przestrzeni długowieczność skomplikowane powiązania składników

5 Modele wzrostu Modelem jest każde przedstawienie obiektu w postaci innej niż występuje on w rzeczywistości (Gutenbaum 1987) Czyli: model to system ZASTĘPCZY, którego funkcje i/lub struktura odpowiadają systemowi pierwotnemu

6 Modele wzrostu Modele empiryczne (matematyczne) Modele procesów (ekologiczne, fizjologiczne, )

7 Modele wzrostu Matematyczny model wzrostu drzewostanu to system równań i algorytmów przetwarzających informacje o stanie początkowym drzewostanu w celu otrzymania nowych informacji o stanie początkowym oraz informacji o przyszłych stanach drzewostanu w dowolnym roku okresu prognozy (Siekierski 1995)

8 Modele wzrostu narzędzie do: określenia cech taksacyjnych obiektu dla momentu wykonania pomiarów ustalenia przyrostu miąższości każdego z drzewostanów ustalenia cech taksacyjnych obiektu na koniec okresu prognozy opracowania rozmiaru użytkowania przedrębnego i planu cięć przedrębnych obliczenia etatu użytkowania rębnego opracowania planu cięć rębnych optymalizacji kolejności naboru drzewostanów do planu cięć

9 Plan zajęć

10 Plan zajęć Definicje i pojęcia Tablice zasobności i historia badań przyrostowych w Polsce Modele wzrostu, ich klasyfikacja i historia Przyrodnicze podstawy budowy modeli wzrostu Komponenty modeli wzrostu Modele wzrostu

11 Podstawowe pojęcia

12 Wzrost Jest to powiększanie się z wiekiem wartości cechy Graficzny obraz to krzywa o kształcie wydłużonej, pochyłej litery S Niektóre cechy (F, %LK) mogą z upływem wieku zmniejszyć swoją wartość. W takim przypadku mówimy o zmianie z wiekiem wartości cechy drzewa.

13 Wiek Wartość cechy drzewa

14 Przyrost Pochodna funkcji wzrostu Graficznym obrazem jest krzywa przyrostu cechy drzewa Wiek, w którym przyrost przyjmuje największą wartość, to wiek kulminacji przyrostu cechy

15 Wiek Wartość przyrostu cechy drzewa

16 Przyrost Przyrost bieżący (PB) różnica wartości cechy na końcu i początku danego okresu: PB roczny i PB okresowy szczególnym PBO jest przyrost z całego okresu życia drzewa równy wartości cechy drzewa w końcu okresu Przyrost przeciętny (PP) PBO podzielony przez długość okresu szczególnym PP jest przyrost z całego okresu życia drzewa równy wartości cechy drzewa podzielonej przez wiek Zależność PB i PP

17 Wartość przyrostu cechy drzewa Wiek PP PB

18 Podstawowe pojęcia Drzewostan główny stanowią drzewa te, które w ciągu najbliższego okresu pozostaną na pniu do następnego nawrotu trzebieży Drzewostan podrzędny stanowią drzewa, które będą wycięte w ramach danej trzebieży. Sumaryczna produkcja jest to suma miąższości drzewostanu głównego oraz miąższości pozyskanych do danego wieku użytków przedrębnych.

19 Bonitacja miara zasobności / żyzności siedliska, wyrażana w praktyce najczęściej jako funkcja wysokości w danym wieku (im większa wysokość w danym wieku, tym lepsze siedlisko), często wyrażana w postaci umownych klas

20 Wysokość górna przeciętna wysokość pewnej liczby największych / najwyższych / najgrubszych drzew na jednostkę powierzchni (np. 100 najgrubszych drzew na 1ha, 250 najgrubszych drzew na 1ha, 10% najwyższych drzew na 1ha,...)

21 Wiek pierśnicowy liczba lat, jaką drzewo rosło od chwili osiągnięcia wysokości 1,3m liczba słojów na pierśnicy

22 Tablice zasobności

23 Tablice zasobności Przedstawiają się kształtowanie się cech drzewostanu z wiekiem model rozwoju drzewostanu Uwzględniają prowadzone w drzewostanie trzebieże Można z nich odczytać różne cechy drzewostanu dla określonego wieku Jest to pewien model, według którego może być prowadzony drzewostan

24 Tablice zasobności Siatka bonitacyjna w tablicach zasobności przedstawia kształtowanie się z wiekiem wysokości drzewostanu (przeciętnej, np. u Schwappacha, lub górnej, np. u Kenka i Hradetzkiego) Siatka bonitacyjna dzieli drzewostan na grupy różniące się produkcyjnością (sumaryczna produkcja bardzo silnie powiązana jest ze średnią wysokością drzewostanu)

25

26 Tablice zasobności 1. cechy drzewostanu głównego: średnia wysokość, przeciętna pierśnica, liczba drzew, pole przekroju, miąższość, liczba kształtu cechy drzewostanu podrzędnego: średnia wysokość, przeciętna pierśnica, ilość drzew, miąższość (pole przekroju) 3. dane zbiorcze dla w/w części: suma użytków przedrębnych, sumaryczna produkcja, przyrost bieżący i przeciętny (i procent przyrostu miąższosci według Presslera)

27

28 Historia tablic zasobności i badań przyrostowych w Polsce

29 Tablice zasobności Pierwsze tablice Chiny, XV wiek Koniec XVIII wieku - Niemcy Początek XIX wieku - Finlandia (opracowane dla siedliska) 1850 r. - Hartig opracował metodycznie tablice nowe tablice zaczęły powstawać na przełomie XIX i XX wieku Wimmenauer (tablice dla dębu) Schwappach tablice powstałe jako wynik dużego programu badań trzebieżowych

30 Historia badań przyrostowych Pierwsze badania przyrostowe w Polsce = Jedliński, Grochowski i Płoński: opracowanie nowych metod pomiaru drzew i drzewostanów (Grochowski 1933, Jedliński 1921, 1930) opisanie procesu kształtowania się struktury drzewostanu pod wpływem wieku i siedliska (Jedliński 1929) opracowanie metodyki badań przyrostowych (Grochowski 1929, Grochowski i Jedliński 1932) budowa pierwszych polskich tablic zasobności dla sosny (Jedliński 1932, Płoński 1937)

31 Tablice zasobności w Polsce Tablice Jedlińskiego (1932) zbudowane zostały w oparciu o oryginalną metodę: bonitacja określana była w nich na podstawie wieku i pierśnicy d-stanu Dane do budowy tablic pochodziły ze 180 powierzchni badawczych, z których 96 było mierzonych 2-krotnie w odstępach 5-letnich Powierzchnie próbne założone zostały w drzewostanach sosnowych różnych klas wieku, rosnących w różnych regionach kraju i na różnych siedliskach

32 Tablice zasobności w Polsce Tablice Płońskiego (1937) opracowane zostały na bazie danych ze stałych powierzchni badawczych założonych głównie w niepielęgnowanych drzewostanach sosnowych ówczesnej wschodniej Polski Metodyka budowy zbliżona była do zaproponowanej przez Schwappacha (1908) Tablice powstały tuż przed wybuchem II wojny światowej i nie były nigdy stosowane na większą skalę

33 Tablice zasobności w Polsce Specjalne miejsce w leśnictwie polskim zajmują badania i tablice Schwappacha (1908, 1912) jego działalność stanowiła ważny krok naprzód w badaniach przyrostowych tablice Schwappacha nie tylko wciąż znajdują zastosowanie w leśnictwie, ale również stały się podstawą kilku prostych modeli (Socha 1997, Jarosz i Kłapeć 2002, Cieszewski i Zasada 2003, IUL 2003) Tablice zasobności Szymkiewicza (1949) dane z różnych tablic zasobności dla sosny Ia klasa bonitacji

34 Tablice zasobności w Polsce Tablice Schwappacha powstały na podstawie danych ze stałych powierzchni badawczych Sieć takich powierzchni została założona w II połowie XIX wieku przez pracowników instytutu badawczego z Eberswalde. Część powierzchni została początkowo założonych w celu badań więźbowych, a potem w wielu wypadkach zamienionych na powierzchnie trzebieżowe Inne zakładano od razu jako trzebieżowe (Schwappach 1908, Erteld 1958, Pirogowicz 1978)

35 Tablice zasobności w Polsce Były to prawdopodobnie pierwsze w historii powierzchnie badawcze z trwale ponumerowanymi drzewami Krzywe wzrostu wysokości były wykreślane ręcznie dla każdej z wyróżnionych klas produkcyjności na podstawie wieku i wysokości Loreya w danym wieku Szczegółowa metodyka badań oraz charakterystyka materiału pomiarowego dla sosny została opisana i opublikowana na początku XX wieku przez Schwappacha (1908)

36 Tablice zasobności w Polsce

37 wykorzystano za zgodą Instytutu Badawczego Leśnictwa w Warszawie

38 Tablice zasobności w Polsce Po II wojnie światowej: kontynuacja badań przyrostowych Szymkiewicz (1949): zestawienie tablic zasobności używanych do dziś w praktyce leśnej; ekstrapolacja tablic dla sosny (klasa bonitacji Ia) Kontynuacja badań na stałych badawczych powierzchniach Schwappacha (lata 1950-te)

39

40

41 Tablice Schwappacha dotyczą TDU (w Polsce stosuje się trzebież kombinowaną); zbudowane 100 lat temu: do budowy użyte drzewostany jeszcze XVIII-wieczne, odnawiane głównie naturalnie od 1923 r nie są stosowane w Niemczech (!) w Polsce mimo krytycznych uwag wciąż się je stosuje (Tablice zasobności Szymkiewicza)

42 Historia badań przyrostowych koniec lat 1970-tych kontakt z University of Minnesota początek badań nad budową modeli wzrostu w Polsce: model wzrostu wysokości dla sosny (Bruchwald 1977) model wzrostu dla sosny (Bruchwald 1985, 1986)

43 Tablice zasobności: EU i USA Metodyka niemiecka (początek XX wieku) Dane grupowane według wydajności siedliska Budowa tablic (równań, wykresów) dla poszczególnych powierzchni w klasach i ich wyrównanie Tradycyjnie podobny kształt krzywych dla bonitacji Metodyka amerykańska (Chapman i Meyer 1949, Bruce i Schumacher 1950) Krzywe bonitacyjne i określenie bonitacji wzrostowej G(w) dla klas bonitacji kontrola danych Cechy(w) dla klas bonitacji Miąższość / miąższość grubizny / rozkłady pierśnic

44 Tablice zasobności Tradycyjne tablice zasobności normal yield tables : odpowiednie dla drzewostanów jednowiekowych, jednogatunkowych, o pełnym zadrzewieniu Dostarczają dobrych wyników dla drzewostanów podobnych do tych, jakie posłużyły do ich budowy

45 Tablice zasobności Podstawowa różnica między tablicami normalnymi a rzeczywistością: różny wyjściowy stopień zagęszczenia Stąd variable-density yield tables empiryczne tablice zasobności: zagęszczenie wyjściowe trzecią zmienną niezależną obok wieku i bonitacji