Nauka o produkcyjności lasu

Transkrypt

1 Nauka o produkcyjności lasu Wykład 10 Studia I Stopnia, kierunek leśnictwo

2 Modele wzrostu

3 Modele wzrostu Modele a tablice zasobności: RóŜny stan wyjściowy drzewostanu RóŜne nasilenia trzebieŝy RóŜne zagęszczenia RóŜne bonitacje Czynniki zewnętrzne wpływające na drzewostan Zastosowanie techniki komputerowej

4 Czynniki abiotyczne Czynniki biotyczne Czynniki antropogeniczne wzrost konkurencja odnowienie naturalne kształtowanie się struktury drzewostanu SIEDLISKO - BIOTOP

5 Modele wzrostu Modelem jest kaŝde przedstawienie obiektu w postaci innej niŝ występuje on w rzeczywistości (Gutenbaum 1987) 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)

6 Modele wzrostu Leśne modele wzrostu wykorzystują stosunkowo proste koncepcje obecne od lat w innych dziedzinach nauki: Zmiany w czasie mogą być modelowane przez odpowiednie określenie stanu systemu w danym czasie określenie tempa zmian stanu systemu jako funkcji obecnego stanu oraz wartości jakiejś zewnętrznej zmiennej kontrolnej, np. czasu (Garcia 1986)

7 Modele wzrostu Specyfika modelowania w leśnictwie: DuŜe rozmiary drzew DuŜa zmienność obiektów badawczych Obserwacja doświadczenia dotyczącego np. określonego sposobu prowadzenia drzewostanu moŝe trwać kilkadziesiąt i więcej lat

8 Modele wzrostu Pierwsze modele tablice pojawiły się w Chinach kilkaset lat temu (XV wiek) Rozwój badań dendrometrycznych na przełomie XIX i XX wieku (głównie Niemcy) tablice zasobności dla głównych gatunków lasotwórczych w naszej części Europy

9 Modele wzrostu Rozwój elektronicznej techniki obliczeniowej + rozwój metod statystycznych = rozwój wzorów empirycznych i modeli wzrostu Pierwszy model oparty na drzewie indywidualnym (Newnham 1964, daglezja, UBC) Pierwsze prace nad modelami w Katedrze Dendrometrii SGGW w końcu lat 1970-tych

10 Modele wzrostu Klasyfikacja drzewostanowych modeli wzrostu (Munro, 1974; Daniels and Burkhart, 1988) modele drzewa indywidualnego zaleŝne od dystansu (przestrzenne, distance-dependent) niezaleŝne od dystansu (nieprzestrzenne, distance independent) modele całego drzewostanu modele pośrednie (klas grubości)

11 Modele wzrostu W obrębie kaŝdej z grup moŝna wyróŝnić modele deterministyczne i stochastyczne MoŜliwy równieŝ podział na modele Statyczne (prognozujące bezpośrednio zmiany w czasie danej cechy, np. wysokości czy miąŝszości) Dynamiczne (prognozujące raczej tempo zmian w zaleŝności od warunków początkowych)

12 Polskie modele wzrostu Badania nad współczesnymi, empirycznymi modelami wzrostu rozpoczęte w końcu lat 1970-tych Kontakty z UMN, bibliografia modeli wzrostu (Dudek i Ek, 1980a, b) Pierwszy polski model wzrostu dla sosny pospolitej (Bruchwald 1977, 1985, 1986)

13 Polskie modele wzrostu Do tej pory powstały oryginalne modele dla: sosny (1985) sosny wpływem emisji przemysłowych (1990) dębu (1995) buka (1998) świerka (1999) jodły (1999) brzozy (2001) modrzewia (2002) olszy (2003)

14 Polskie modele wzrostu Zgodnie z klasyfikacją Munro, polskie modele wzrostu to: Modele drzewa indywidualnego Modele nieprzestrzenne Modele stochastyczne

15 Schemat polskiego modelu wzrostu

16 Model graniczny Symulujący wzrost drzewostanu, w którym nie wykonuje się trzebieŝy Odpowiada tablicom zasobności (pełne zadrzewienie maksymalne zagęszczenie) Podstawa do określania: maksymalnej liczby drzew (stopień zagęszczenia) maksymalnej miąŝszości (stopień zadrzewienia) cech drzewostanu, gdy nie ma danych pomiarowych

17

18 Pełny model wzrostu Model, w którym symulowane jest wykonywanie trzebieŝy Oddzielne wersje dla trzebieŝy górnej i dolnych MoŜliwość wykonania trzebieŝy w załoŝonym wieku lub określenia momentu, w którym powinna być wykonana trzebieŝ

19

20 Algorytm wstępny generuje drzewa w drzewostanie nadając im odpowiednie wymiary grubości i wysokości, po czym oblicza wartości cech drzewostanu, w tym jego miąŝszość.

21 Algorytm trzebieŝowy określa liczbę drzew do wycięcia w ramach trzebieŝy, po czym oblicza cechy drzew wycinanych i pozostających na pniu

22 Algorytm przyrostowy ustala liczbę drzew które wypadną w przyjętym okresie prognozy, powiększa wymiary grubości i wysokości drzew o wartość okresowego przyrostu, po czym ustala cechy drzewostanu dla końca okresu

23 Algorytm śmiertelności ustala prawdopodobieństwośmierci drzewa, po czym stochastycznie dzieli drzewa na dwie grupy, te które wypadną z drzewostanu i te które w nim pozostaną

24 Zastosowanie modeli wzrostu

25 Zastosowanie modeli wzrostu Badawcze i praktyczne Badawcze Poznanie procesów wzrostu drzew Poznanie procesu konkurencji wewnątrz- i międzygatunkowej w drzewostanie Wykrywanie zakłóceń w dynamice wzrostu drzewostanu Testy modelu na niezaleŝnych danych

26 Zastosowanie modeli wzrostu Przykłady zastosowań badawczych: Model wzrostu dla drzewostanów rosnących pod wpływem emisji przemysłowych (Bruchwald 1991) Wykrywanie zmian w warunkach wzrostowych pod wpływem róŝnych czynników biotycznych i abiotycznych (Bruchwald i Bosiak, 1992; Bruchwald i in., 2003; Tomaszewski, 1978) Europejski model RotStand do określania ryzyka poraŝenia przez hubę korzeniową oraz wpływu poraŝenia hubą na wzrost (Pukkala i Möykkynen 2002)

27 Zastosowanie modeli wzrostu Praktyczne: Określenie cech dendrometrycznych drzewostanu w momencie pomiaru i na końcu okresu prognozy Określenie bieŝącego przyrostu miąŝszości drzewostanu Określenie etatu i planu uŝytkowania przedrębnego Określenie etatu i planu uŝytkowania rębnego Budowa rocznych planów pozyskania z optymalizacją kolejności naboru drzewostanów na poczet etatu

28 kod gat wiek Bon Vp Vk Zv Pow Zag a DB c DB b OL a SO b DB a DB g DB i OL f DB k OL a DB a DB Drzewostany przedrębne o obniŝonej produkcyjności

29 Drzewostany rębne uszeregowane według optymalnej kolejności uŝytkowania kod gat wiek Bon Vp Vk Zv Pow Zag wsp i OL h OL a BRZ f SO A -i SO f SO b SO A -g SO a SO h SO a SO c SO l SO f SO b SO A -a SO

30 Zastosowanie modeli wzrostu W polskim leśnictwie modele wzrostu stosowane są jedynie w okrojonej wersji są to niektóre procedury modelu wchodzące w skład algorytmu wstępnego, słuŝące do określania wysokości i miąŝszości drzew Procedury te stosowane są przy przetwarzaniu danych uzyskiwanych z inwentaryzacji okresowej lasu

31 Zastosowanie modeli wzrostu Elementy wykorzystywane równieŝ w sporządzaniu planów rocznych w nadleśnictwie (Kłapeć 2002) Od 2011 roku moŝliwe jest wykorzystanie modeli do wspomagania tworzenia planów cięć uŝytkowania rębnego w postaci aplikacji opartej na oprogramowaniu Taksator

32 Wykorzystane źródła Zastosowanie modeli wzrostu w regulacji uŝytkowania rębnego drzewostanów (Siekierski, 1995) Growth and yield modeling in Poland: history and samples of present applications (Zasada, Tomusiak, Bruchwald, 2004) Growth Modeling a (Re)view (Garcia, 1986)

33 Wykorzystane źródła Wykład inauguracyjny rok akademicki 2004/2005 (Bruchwald, Tomusiak) Sprawozdania z grantu wewnętrznego SZDiNoPL w 2004 i 2005 roku (Tomusiak)