WIELKOPOWIERZCHNIOWA METODA OKREŚLANIA STOPNIA USZKODZENIA DRZEWOSTANÓW

Transkrypt

1 PRACE INSTYTUTU BADAWCZEGO LEŚNICTWA, Seria A Elżbieta DMYTERKO 1, Arkadiusz 8RUCHWALD 2 'Instytut Badawczy Leśnictwa Zakład Urządzania i Monitoringu Lasu, Warszawa, ul. Bitwy Warszawskiej 1920, nr 3 E.Dmyterko@ibles.waw.pl 2 Szkola Główna Gospodarstwa Wiejskiego Zakład Dendrometrii i Nauki o Produkcyjności Lasu Warszawa, ul. Rakowiecka 26/30 les_kpl@delta.sggw.waw.pl WIELKOPOWIERZCHNIOWA METODA OKREŚLANIA STOPNIA USZKODZENIA DRZEWOSTANÓW DĘBOWYCH I BUKOWYCH THE METHOD OF ASSESSING THE DEGREE OF DAMAGE OF OAK AND BEECH STANDS APPLICABLE OVER LARGE AREA Abstract. The concept of the met hod of assessing the degree of damage of oak and beech stands applicable over large area has been described in the paper. Three following criteria of damage were used: defoliation, vitality and combined tree damage coe.fficient (e.g. product of defoliation and vitality). The method was tested in oak and beech stands located across the country. The results of the study indicated the number of observation (trees evaluated) per one sample and the sample size (number of stands) to mee! assumed accuracy requirements. Key words: method applicable over large area, defoliation, vżtality, combined tree damage coe.fficient, oak, beech. Prac. Inst. Bad. Leś., A, 2000, 3(901 ):

2 1. WSTĘP Kształtowanie polityki leśnej zarówno na szczeblu krajowym, jak i regionalnym wymaga dysponowania szerokim zakresem informacji o stanie lasu (SZUJECKI 1998). Ważna grupa takich informacji dotyczy jego stanu zdrowotnego. Na zdrowotność lasu może wpływać wiele czynników, które dzieli się na biotyczne, abiotyczne i antropogeniczne. Z tych ostatnich negatywny wpływ na środowisko przyrodnicze wywierają emitowane do atmosfery pyły i gazy z zakładów przemysłowych. Często szkodliwe dla lasu są również zmiany w stosunkach wodnych, które nastąpiły w związku z budową kopalń, regulacją cieków i budową zapór na rzekach. Wiarygodne informacje dotyczące stanu zdrowotnego lasu można szybko uzyskać stosując odpowiednie metody pomiaru, które w leśnictwie noszą nazwę wielkoobszarowych lub wielkopowierzchniowych. Teoria tych metod opiera się na dziale statystyki matematycznej zwanym "metodą reprezentacyjną'' (ZASĘPA 1972, 1991; BRACHA 1996). Na podstawie zebranego i przetworzonego materiału empirycznego uzyskanego w wyniku zastosowania metody reprezentacyjnej możliwe jest właściwe wnioskowanie statystyczne. W Polsce po raz pierwszy zastosowano wielkopowierzchniową metodę inwentaryzacji lasu w 1983 r. (Info1macja o wynikach ; Instrukcja przeprowadzania oceny ). Głównym jej celem było uzyskanie infonnacji o stanie sanitarnym i zdrowotnym lasów w całym kraju (SMYKAŁA 1996; ZAJĄCZKOWSKI 1993). Przyczyną posłużenia się tą metodą był brak dokładnych danych o stanie lasu w związku z klęskową gradacją brudnicy mniszki. Przyjęto, że luyteriami oceny stanu zdrowotnego lasu będą następujące cechy drzew: stanowisko biosocjalne, ubytek aparatu asymilacyjnego, barwa liści i stan strzały. Stwierdzony w 1983 r. zły stan sanitarny i zdrowotny drzewostanów był powodem ponownego użycia w 1985 r. wielkopowierzchniowej metody do oceny stanu lasu. Takjak poprzednio, zastosowano w niej te same cechy drzew jako kryteria oceny stanu zdrowotnego (SMYKAŁA 1996). W 1985 r. w ramach Konwencji o Transgranicznym Przemieszczaniu się Zanieczyszczeń Powietrza na Dalekie Odległości powstał międzynarodowy program badawczy "Ocena i monitoring wpływu zanieczyszczef1 powietrza na lasy" (ICP Forest). Za podstawowe luyterium oceny stanu lasu przyjęto ubytek aparatu asymilacyjnego drzewa (defoliacja). Ocenione drzewa przyporządkowywano odpowiednim klasom, oznaczającym stopień ich uszkodzenia (Draft manual on ). Począwszy od 1989 r. Polska uczestniczy w programie!cp-forest, monitorując lasy według ustalonej w Europie metodyki (W A WRZONIAK i in. 1999). Przeprowadzona w Polsce w 1988 r. kolejna wielkopowierzchniowa inwentaryzacja lasu uwzględniła zalecenia metodyczne stosowane w programie ICP- Forest (SMYKAŁA 1991, 1996; Wyniki wielkopowierzchniowej inwentaryzacji ).

3 Wu!lkopow1erzchmowa metoda określama stopnw uszkodzenia 19 Tym samym możliwe było dokonanie porównań stanu zdrowotnego lasów Polski ze stanem zdrowotnym lasów w innych krajach. Wyniki uzyskane w tej inwentaryzacji pozwa l ały również na oc enę drzewostanów według metody stosowanej w naszym kraju do wyznaczania stref uszkodzenia lasu w nadleśnictwach (TRAMPLER, DMYiERKO 1988). Ostatnią wielkopowierzchniową inwentaryzacj ę stanu zdrowotnego lasu przeprowadzono w 1991 r. s to s ując kryteria oceny poprzedniej tego rodzaju inwentaryzacji (SMYKAŁA 1992, 1996; TRAMPLER 1992; TRAMPLER, DMYTERKO 1992; Wyniki wielkopowierzchniowej inwentaryzacji.1992). Dane uzyskiwane w monitoringu europejskim nie pozwalają na dokonanie dokładnych analiz na szczeblu poszczególnych krajów, a tym bardziej ich regionów. Informacje dla tych poziomów są bowiem obarczone dużym błędem i mogą być traktowane jako sygnalne. Wiarygodne dane można otrzymać stosując odpowiednią metodę inwentaryzacji lasu. Celem pracy jest przedstawienie projektu wielkopowierzchniowej metody określania stopnia uszkodzenia lasu. Weryfikacja metody dotyczyć będzie drzewostanów dębowych i bukowych. W szczególności pos211kiwana będzie minimalna próba spełniająca wanmek założonej dokładności metody. 2. MATERIAŁ BADAWCZY Materiał empiryczny zebrano w 131 drzewostanach dębowych i 150 bukowych. Drzewostany dębowe reprezentujące różne nadleśnictwa pogrupowano w 3 rej ony (ryc. I): - północny N (Bierzwik, Gr~fino, Chojna, Barlinek i Bogdaniec), - centralny C (Łochów, Sokołów Podlaski, Płońsk, Nowa Sól i Krotoszyn), - poh1dniowy S (Wołów, Prndnik i Niepołomice). Drzewostany bukowe położone na terenie 8 nadleśnictw pogrupowano również w analogiczne rejony (ryc. 2): - północny N (Gryfino, Sławno, Wejherowo, Kartuzy), - centralny C (Brzeziny), - południowy S (Stuposiany, Dynów i Sucha Beskidzka). Badania przeprowadzono w drzewostanach litych i mieszanych, jedno- i dwupi ętrowych. W górnej warstwie udział gatunków domieszkowych był niewielki ; w drzewostanach dębowych występowały najczęściej jesion, brzoza, osika Prncę wykonono w mmach dzinlulnośc1 statutowej linnnsowancj przez Komitet Badań Naukowych.

4 20 E. Dmy terko. A. Bruchwa/d Ryc. 1. Lokalizacja d ębowych powierzchni badawczych Fig. 1. Localization of oak research plots Ryc. 2. Lokalizacja bukowych powierzchni badawczych Fig.2. Localization of beech research plots oprac. graficzne map G. Zaj~c.zkowski compurcr grapl1ics by G. Zajączkow s ki

5 Wielkopowierzchniowa metoda określania stopnia uszkodzenia 21 i lipa, a w drzewostanach bukowych dąb i jodła. Dolna warstwa, składająca się głównie z grabu i lipy, występowała w dębinach. Drzewostany były jedno- i wielowiekowe, najmłodsze z nich reprezentowane były przez II klasę wieku, a najstarsze przez IX (buk) i XI (dąb). Bardziej szczegółowy opis tych drzewostanów znajduje się w opublikowanych już pracach (DMYTERKO, BRUCHWALD 1998, 2000). Na drzewach próbnych, średnio po 1 O z każdego drzewostanu, oceniono defoliację i witalność. Do szacowania defoliacji posłużono się atlasem ubytku aparatu asymilacyjnego drzew (MDLLER, STIERLIN 1990), a do witalności - klasyfikację stanu koron wraz z graficznymi schematami (ROLOFF 1986, 1989). Drzewa próbne wybierano z I i II klasy Krafta, a tylko w nielicznych przypadkach z III klasy. Ocenie podlegała górna część koron w okresie pełnego ulistnienia. W niektórych drzewostanach witalność drzew szacowano ponownie w okresie bezlistnym. Defoliacja i witalność były podstawą ustalenia syntetycznego wskaźnika uszkodzenia drzewa (DMYTERKO 1998, 1999). 3. METODA OKREŚLANIA STANU ZDROWOTNEGO LASU Pracę opisującą wielkopowierzchniową metodę określania miąższości obiektu leśnego opartą na losowaniu warstwowym opublikowano w "Sylwanie' 1 (BRUCHWALD 2000). W metodzie tej przyjęto następujące założenia: 1) znane i dostępne są informacje dotyczące każdego drzewostanu mierzonego obiektu leśnego: usytuowanie przestrzenne, wielkość powierzchni, średni wiek i gatunek główny budujący drzewostan; 2) metoda oparta jest na losowaniu warstwowym, a cechami tworzącymi warstwy są wiek i gatunek główny budujący drzewostan; 3) dokładność określania miąższości poszczególnych warstw uzależniona jest od rozkładu wieku i wielkości powierzchni drzewostanów zaliczonych do danej warstwy; warstwy w drzewostanach starszych klas wieku i o większej powierzchni określane są z większą dokładnością. Takie same założenia przyjęto również do opracowania wielkopowierzchniowej metody określania stanu zdrowotnego lasu. Do jego oceny zastosowano następujące kryteria: ubytek aparatu asymilacyjnego drzewa (defoliacja) oraz witalność i syntetyczny wskaźnik uszkodzenia (DMYTERKO 1998). Stąd wielkopowierzchniowa metoda oceny stanu zdrowotnego lasu składa się z trzech wariantów, opartych na różnych kryteriach. Wariant 1. Oparty jest na kryterium defoliacji. Dla obiektu leśnego przeprowadza się warstwowanie, w którym uwzględnia się wiek i gatunek główny drzewa. W poszczególnych warstwach losuje się określoną liczbę miejsc pomiarowych, będących środkami powierzchni w metodzie ustal.ania miąższości. Defo-

6 22 E. Dmyterko, A. Bruchwald liację ocenia się na pewnej liczbie drzew należących do I lub II klasy Krafta, rosnących najbliżej środka powierzchni. Dla drzewostanu (powierzchni) oblicza się średnią wartość defoliacji, a następnie wartość średnią dla warstwy i całego obiektu leśnego. Na podstawie uzyskanych wyników można opracować empiryczny rozkład defoliacji drzewostanów. Buduje się go przyporządkowując wyniki do odpowiednich klas. Rozważyć można dwa warianty budowy rozkładu: 1) szerokości klas stosowane w europejskim programie ICP- Forest: Klasa Defol ia ~ja w % ~IO o > 60 2) jednakowe szerokości klas, równe 25%. W metodzie tej pomijany jest posusz. Wariant 2. Oparty jest na kryterium witalności drzewa. Analogicznie do wariantu 1 przeprowadza się w obiekcie leśnym warstwowanie, uwzględniające wiek i gatunek główny drzewa tworzący drzewostan. Dla utworzonych warstw losuje się miejsca do założenia powierzchni próbnych. Po zlokalizowaniu tych miejsc, na olaeślonej liczbie drzew należących do I lub II klasy Krafta ocenia się witalność. Wartość średnia witalności dla warstw i całego obiektu leśnego jest podstawą wnioskowania o stopniu uszkodzenia lasu. Analizę można pogłębić o empiryczny rozkład witalności. W rozkł a dzie przyjmuje się następujące szerokości klas: Kl as a o 2 3 Wit a lno ś ć <0,50 0,50-1,49 1,50-2,49 ~2, 50 Wariant 3. Za kryterium uszkodzenia przyjmuje się syntetyczny wskaźnik. Po przeprowadzeniu warstwowania, losowania próby i lokalizacji miejsc pomiarowych, na olaeślonej liczbie drzew zaliczonych do grupy górujących lub panujących, rosnących najbliżej środka powierzchni, ocenia się defoliację i witalność. Średnią wartość syntetycznego wskaźnika uszkodzenia dla powierzchni olaeśla się na podstawie wzoru: 0,03IDef + 'LWit Syn= k [1] gdzie: Syn - syntetyczny wskaźnik uszkodzenia, Def- defoliacja drzewa, Wit- wita lność drzewa, k - liczba drzew przyjętych do oceny defoliacji i witalności na powierzchni próbnej.

7 Wielkopowierzchniowa metoda określania stopnia uszkodzenia 23 Analizie podlega średnia wartość syntetycznego wskaźnika dla warstwy i całego obiektu leśnego, a także rozkład tego wskaźnika. Ponieważ cecha ta może przyjmować wartości z przedziału od O do 3, dlatego klasy syntetycznego wskaźnika buduje się podobnie jak klasy witalności. 4. OCENA METODY Aby uściślić metodycznie ocenę dokładności określania badanej cechy, a więc defoliacji, witalności lub syntetycznego wskaźnika uszkodzenia drzew, przyjęto następujące założenia: obiektem oceny są lasy podlegające regionalnej dyrekcji Lasów Państwowych. Ocenę lasów w kraju można uzyskać z informacji zebranych dla poszczególnych regionalnych dyrekcji LP; w lasach zarządzanych przez regionalną dyrekcję LP pomiarowi podlegają tylko drzewostany dębowe lub tylko bukowe. Liczba warstw przy takim założeniu ulega zmniejszeniu do liczby klas wieku reprezentowanych przez drzewostany dębowe lub bukowe w mierzonym obiekcie. Przy pełnej ich rozpiętości będą to następujące klasy wieku: Il, III, IV, V i VI+ starsze drzewostany. Uzyskane wyniki badań uzasadniają potrzebę wyróżnienia jeszcze jednej warstwy: drzewostanów będących w przebudowie, o niskim stopniu zagęszczenia (klasa odnowienia). W klasie tej stwierdzono duże wartości defoliacji drzewostanów, zwłaszcza bukowych (ryc. 3). Na potrzebę wyróżnienia takiej warstwy wskazują także wyniki badań uzyskane w drzewostanach dębowych i sosnowych, wykazujące związek defoliacji ze stopniem zwarcia drzewostanu (BORECKI, WÓJCIK 1996). [ D dąb (oak) ~buk (beech) J -40 ~ --c: ~ 30 ;g IU "C -;;20 "O'.!!;!.g ~ IV V VI klasy wieku (age classes) KO Ryc. 3. Średnie wartości defoliacji dla klas wieku Fig. 3. Mean values of defoliation for age classes

8 24 E. Dmyterlw, A. Bruchwald Średnia wartość badanej cechy dla poszczególnych warstw.x h jest równa: x - =- i Ł-X h nh I i =l,2,...,n1i [2] gdzie: n1i - liczebność próby ustalona dla warstwy, h-indeks poszczególnych warstw liczony od l do!, gdzie l jest liczbą warstw, [2] Nieobciążonym estymatorem średniej wartości badanej cechy X dla populacji jest średnia z próby.x określona na podstawie wzonl I.x = Łwh.xh h = 1, 2.., 1 [3] h=i N w =-h " N ' h=i gdzie: N1i - liczba jednostek statystycznych w warstwie, N - liczba jednostek statystycznych w całej populacji, Błąd standardowy estymatora.x, gdy w warstwie przeprowadza się losowanie bezzwrotne, określa się na podstawie wzoru: [4] gdzie S:, jest wariancją badąnej cechy dla warstwy. Podczas dalszej analizy metody przyjęto następne założenie : liczebności prób w poszczególnych warstwach, w stosunku do liczby jednostek statystycznych w odpowiednich warstwach, są bardzo małe. Założenie to pozwala uprościć wzór [ 4] do postaci: W praktycznym stosowaniu metody zwykle ustala się małą liczbę prób dla poszczególnych warstw. W takim przypadku wariancja dla warstw określona jest z dużym błędem. Upoważnia to do wprowadzenia kolejnego założenia: dla warstw przyjmuje się taką samą wartość wariancji, wyznaczonej ze średniej arytmetycznej odchyleń standardowych dla warstw.

9 Wielkopowierzchniowa metoda określania stopnia uszkodzenia drzewostanów 25 gdzie: h =l, 2,..., l, s 2 =- 1 I n S 2 h h m I m= In". h=i Wzór [5] będzie miał teraz postać: [6] [7] Przeprowadzając analizę metody dla różnych obiektów leśnych uzyska się zwykle zróżnicowany układ wag dla poszczególnych warstw. Dlatego ocena metody dotyczyć powinna konkretnego obiektu leśnego, o określonej, znanej strukturze częstości warstw. Problem ten uproszczono przyjmując następne założenie: rozkład częstości warstw jest jednostajny. Ponieważ suma częstości warstw jest równa jedności, dlatego wzór [7] można sprowadzić do prostej postaci: d(x) = _ rm gdziem jest ustaloną dla całego obiektu leśnego liczebnością próby. Zawarte we wzorze [8] odchylenie standardowe S wynika z dwóch źródeł zmienności: - zmienności cechy drzew drzewostanu (zmienność populacyjna), - zmienności średnich wartości cechy drzewostanu (zmienność międzypopulacyjna w ramach warstw). Wariancję uwzględniającą wymienione źródła zmienności można ująć za pomocą wzo1u: [8] 2 =-+s S 2 si 2 k 2 [9] gdzie: s~ - wariancja charakteryzująca zmienność populacyjną, s~ - wariancja charakteryzująca zmienność międzypopulacyjną w obrębie warstw, k- liczba drzew służących do określenia średniej wartości badanej cechy dla drzewostanu. Wzór [8] przyjmie więc postać: d(x)=- 1 - Fm [l OJ

10 26 E. Dmyterlw, A. Bruchwald Wyrażając ten wzór w procentach otrzymuje się: p(x) d\x) loo [ 11] X W dalszej części rozdziału metoda zostanie przeanalizowana pod kątem badań empirycznych. Dla każdego drzewostanu obliczono wartość średnią i odchylenie standardowe defoliacji, witalności i syntetycznego wskaźnika uszkodzenia drzew. Uwzględniając wszystkie drzewostany obliczono wartości średnie tych miar, a na ich podstawie współczynniki zmienno~ci. Uzyskane wartości miar charakteryzują zmienność populacyjną cech uszkodzenia drzew. Średnie wartości cech uszkodzenia dla drzewostanów stanowiły podstawę obliczenia odchylenia standardowego i współczynnika zmienności, charakteryzujących dyspersję międzypopulacyjną dla warstw. Tworząc warstwy uwzględniono wiek drzewostanów oraz ich położenie geograficzne. Dla kraju wyróżniono 3 rejony (warstwy): północny, centralny i południowy. Podział taki zwiększa efektywność metody losowania warstwowego, średnie bowiem wartości defoliacji i innych cech uszkodzenia są zróżnicowane w poszczególnych rejonach (ryc. 4). Zmienność populacyjna badanych cech mierzona odchyleniem standardowym jest na ogół inniejsza od zmienności międzypopulacyjnej (tab. 1). Stwierdzenie to dotyczy zarówno drzewostanów dębowych, jak i bukowych. Ocenę dokładności wielkopowierzchniowej metody określania uszkodzenia obiektu leśnego przeprowadzono z zastosowaniem wzorów [ 1 OJ i [ 11]. Analiza dotyczyła różnej liczby drzew, uwzględnionej przy określaniu średniej wartości danej cechy drzewostanu i różnej liczebności próby (o dąb (oak) ~buk (beech) J : '2 o ~ 30 ;g QJ "O.._...!!!_20 o.~ ;g ~10 N C S rejony kraju (country regions) Ryc. 4. Średnie wartości defoliacji dla rejonów Polski (N - północny, C - centralny, S - południowy) Fig. 4. Mean values of defoliation for reg1ons of Poland (N - north, C - central, S - south)

11 Wielkopowierzchniowa metoda określania stopnia uszkodzenia drzewostanów 27 Dokładność określania badanej cechy wzrasta wraz ze zwiększaniem liczby drzew służących do ustalania wartości średniej dla drzewostanu, jak i liczby drzewostanów wylosowanych do próby. Analizując spadek wartości błędu dla danej cechy, przy wzroście liczby ocenianych drzew w drzewostanie i takiej samej liczbie drzewostanów pobranych do próby, można dojść do wniosku, że istnieje pewna liczba drzew służąca do określenia średniej wartości badanej cechy dla drzewostanu, powyżej której błąd metody tylko nieznacznie maleje. Dla wariantu 1 metody, w którym kryterium uszkodzenia drzewa jest defoliacja, po przekroczeniu 4 drzew ocenianych w drzewostanie, dokładność metody wzrasta o niewielką wartość. Wzrost dokładności jest tym mniejszy, im większa jest liczba drzewostanów uwzględnionych w metodzie, a więc im większa jest liczba prób. Stwierdzenia te dotyczą defoliacji ocenianej zarówno w drzewostanacą dębowych (ryc. 5), jak i bukowych (ryc. 6). Analogiczny wynik otrzymuje się po przeprowadzeniu analizy wariantu 2 metody, uwzględniającego witalność (ryc. 7), i wariantu 3, uwzględniającego syntetyczny wskaźnik uszkodzenia (ryc. 8). Dokładność poszczególnych wariantów ulega zwiększeniu o niewielkie wartości, gdy liczba drzew służących do olueślenia badanej cechy dla drzewostanu przekracza 4. Aby ustalić dokładność metody przyjęto, że średnia wartość badanej cechy dla drzewostanu (powierzchni próbnej) zostanie olu eślona na 4 drzewach. Położone one będą najbliżej środka powierzchni i będą reprezentowały drzewa I lub II klasy Krafta. Miary cech uszkodzenia dla drzewostanów dębowych i bukowych Measures of damage features for oak and beech stands - Gatunek Liczba Badana cecha' Miary statystyczne drzewa drzewostan ów Feature tested Statistical measurements Tree species Number of stands Ą X s, V, S2 Dąb Dej 38,6 9,72 25,2 8,77 Oak 131 Wit ,309 24,I 0,326 Svn 1, o 0,286 Buk Dej 29,6 9,19 3 1,0 10,18 Bee eh 150 Wit 0,90 0,357 39,7 0,361 Svn o 317 Tabela 1 Table I V2 22,7 25, ,4 40, 'Dej-defoliacja, Wit- witalność, Syn - syntetyczny wskaźnik uszkodzenia drzewa, x- ś1 ednia arytmetyczna, s 1 (Vi) - odchylenie standardowe (współczynnik zmienności) cha.-akteryzujące zmienność populacyjn_ą, s 2 (V 2 ) - odchylenie standardowe (współczynnik zmienności) charakteryzujące zmienność międzypopulacyjną dla warstw Dej - defoliation, Wit. -- vitality, Syn. - combined tree damage coefficients, x - arithmetic mean, s 1 ( V 1 ) - stanpart deviation (variability coefficient) characterizing population variability, s2(v2) - standard deviation (variability coefficient) characterizing variability between populations

12 28 E. Dmyterko. A. Bruchwald 4~--~ , liczba próbek (number of samples) 5 liczba próbek (number of samples) f ao ł drzewa próbne (sample trees) {)00 o -' ' drzewa próbne (sample trees) Ryc. 5. Błąd określania średniej wartości defoliacji dla drzewostanów dębowych Fig. 5. Estimation error of the mean value of defoliation for oak stands Ryc. 6. Błąd określania średniej wartości defoliacji dla drzewostanów bukowych Fig. 6. Estimation error of the rnean value of defoliation for beech stands 4 buk (beech) buk beech) d~b_(o_alq d b oak) drzewa próbne (sample trees) drzewa próbne (sample trees) Ryc. 7. Bląd określania średniej wartości witalności przy 200 próbkach Fig. 7. Estirnation error of the rnean value of vitality (200 stands sample) Ryc. 8. Błąd określania średniej wartości syntetycznego wskaźnika uszkodzenia drzew przy 200 próbkach Fig. 8. Estimation error of the mean value of combined tree damage coefficient (200 stands sample) Błędy charakteryzujące dokładność badanej cechy określono dla zakresu próby od 1 OO do 2000 powierzchni. Gdy próba składa się ze 1 OO drzewostanów, dokładność oceny średniej wartości defoliacji dla obiektu leśnego jest mała (ryc. 9). Dla drzewostanów dębowych otrzymano błąd standardowy około 2,6 /o, a dla drzewostanów bukowych -3,8%. Zwiększenie liczebności próby do 600 powierzchni sprawia, że dla drzewostanów dębowych błąd ten spada do 1,0%, a dla bukowych - do 1,5%. Spadek błędu standardowego do 1 % dla drzewostanów bukowych wymaga oceny około 1400 powierzchni. Analiza dokładności wariantu 2 metody podbudowuje wcześniejsze stwierdzenie: 1 OO powierzchni stanowi za małą próbę do precyzyjnego scharakte-

13 Wielkopowierzchniowa metoda określania stopnia uszkodzenia drzewostanów ~ 0 1~ ir t t-~ ooo liczba próbek (number of samples) ooo liczba próbek (number of samptes) Ryc. 9. Dokładność określania średniej wartości defoliacji dla różnej liczby próbek (pomiar 4 drzew w drzewostanje) Fig. 9. Estirnation error of the mean value of defoliation for a number of sample stands ( assessrnent of 4 trees per stand) Ryc. 10. Dokładność określania średnie.i wartości witalności dla różnej liczby próbek (pomiar 4 drzew w drzewostanie) Fig. I O. Estimation error of the rnean value of vitality for a number of sample stands (assessment of 4 trees per stand) _ ~ o -'-+--+-ll-+--t ł-ł ł--t _µ 1 oo ooo liczba próbek (number of samples) Ryc. 11. Dokładność określania średnie.i wartości syntetycznego wskaźnika uszkodzenia drzew dla różnej liczby próbek (pomiar 4 drzew w drzewostanie) Fig. 11. Estimation error of the mean value of combined tree damage coefficient for a number of sample stands (assessment of 4 trees per stand) ryzowania średniej witalności obiektu leśnego (ryc. 1 O). W wariancie tym rozważyć można propozycję uzyskania błędu nie przeluaczającego 1,5%. Dla drzewostanów dębowych wymaga on zastosowania próby o liczebności około 350 powierzchni, a dla drzewostanów bukowych - około 900 powierzchni. Godny polecenia jest wariant 3 metody, oparty na syntetycznym wskaźniku uszkodzenia drzewa. Próba złożona ze 1 OO drzewostanów daje dość duży błąd w ocenie średniej wartości tego wskaźnika (1yc. 11 ). Wzrost liczebności próby do 700 powierzchni powoduje, że dla drzewostanów dębowych błąd standardowy wynosi około 1,0%, a dla bukowych - około I,4%. Aby uzyskać błąd 1 % w drzewostanach bukowych, należy próbę powięks zyć do około 1500 powierzchni.

14 30 E. Dmyterko, A. Bruchwald 5. PODSUMOWANIE I WNIOSKI Praca przedstawia projekt wielkopowierzchniowej metody określania stopnia uszkodzenia drzewostanów dębowych i bukowych obiektu leśnego. Składa się ona z trzech wariantów, w któ1ych layte1iami uszkodzenia są: defoliacja, witalność i cecha łącząca wymienione kryteria, nazwana syntetycznym wskaźnikiem uszkodzenia drzewa. Metoda opiera się na losowaniu warstwowym. Przy tworzeniu warstw uwzględnione są dwie cechy drzewostanu: wiek i gatunek główny drzewa. W przypadku zastosowania metody na skalę całego kraju warstwowaniem byłyby również objęte regionalne dyrekcje LP. Zakłada się, że wymienione informacje, a także powierzchnie drzewostanów i ich usytuowanie zawarte są w bazie danych Systemu Informatycznego Lasów Państwowych. Baza jest dostępna dla użytkownika metody. W metodzie rozdziela się ogólną liczebność próby na warstwy według opracowanego schematu. Zakłada się w nim, że dokładniej określone będą średnie wartości cechy dla tych warstw, które mają większą powierzchnię i w których znajdują się starsze drzewostany. Projekt skorelowano z wielkopowierzchniową metodą określania miąższości obiektu leśnego (BRUCHWALD 2000). Na podstawie badań sformułowano następujące wnioski: 1. Zmienność badanej cechy dla warstw utworzonych w obiekcie leśnym można podzielić na dwie składowe: populacyjną i międzypopulacyjną. Zarówno dla drzewostanów dębowych, jak i bukowych, populacyjna zmienność defoliacji, witalności i syntetycznego wskaźnika uszkodzenia jest na ogół mniejsza od zmienności międzypopulacyjnej. 2. Błąd wynikający ze zmienności populacyjnej można regulować dobierając określoną liczbę drzew, służących do określania średniej wartości cechy analizowanej dla drzewostanu. Badania wykazały, że do ustalenia średnich wartości cech drzewostanu wystarczy ocenić defoliację, witalność lub syntetyczny wskaźnik na 4 drzewach. Zwiększenie tej liczby drzew powoduje, zarówno w drzewostanach dębowych, jak i bukowych, tylko nieznaczny wzrost dokładności metody. 3. O dokładności metody decyduje głównie zmienność międzypopulacyjna zastosowanych kryteriów. Błąd wynikający z tej zmienności może być regulowany doborem odpowiednio licznej próby (liczby powierzchni próbnych). Oszacowanie wariancji międzypopulacyjnej cech uszkodzenia może okazać się złożonym zagadnieniem. W niektó1ych obiektach drzewostany charakte1yzują się niskim stopniem uszkodzenia - wówczas wariancja będzie mała. W innych obiektach, zwłaszcza powierzchniowo dużych, może wystąpić cały zakres stopni uszkodzenia - wówczas wariancja będzie duża. Z metodycznego punktu widzenia oszacowanie wariancji charakteryzującej zmienność międzypopulacyjną wymaga przeprowadzenia wstępnego badania obiektu metodą reprezentacyjną z zastosowaniem nawet małej próby.

15 Wielkopowierzchniowa metoda określania stopnia uszkodzenia Do oceny dokładności wielkopowierzchniowej metody określania stopnia uszkodzenia drzewostanów dębowych i bukowych zastosowano średnią wartość wariancji międzypopulacyjnej poszczególnych cech, z uwzględnieniem jednak wariancji populacyjnej. Stwierdzono, że gdy liczebność próby wynosi 1 OO drzewostanów, dokładność metody jest mała. Wyraźny wzrost dokładności uzyskuje się przy zwiększeniu liczebności próby do około 500 powierzchni. Zakładając tę samą wielkość próby, większą dokładność metody uzyskano dla drzewostanów dębowych. 5. Godny polecenia jest wariant wielkopowierzchniowej metody oceny stanu zdrowotnego lasu, w którym zastosowano jako layterium syntetyczny wskaźnik uszkodzenia. Błąd standardowy 1,5% określania średniej wartości tego wskaźnika uzyskuje się dla próby wynoszącej około 300 powierzchni w dębinach i około 600 powierzchni w buczynach. Łączna liczba dębów z oszacowaną defoliacją i witalnością wynosiłaby wówczas 1200, a buków Defoliacja i witalność są cechami niemierzalnymi. Szacowanie wartości takich cech powoduje zwykle wystąpienie błędu systematycznego w ocenie ich średnich wartości. Obniżenie prawdopodobieństwa powstawania błędu systematycznego można uzyskać stosując do oceny defoliacji odpowiedni atlas, a do oceny witalności - odpowiedni klucz. Niezbędne jest również przeszkolenie taksatorów przed przystąpieniem do pomiarów i ocen. 7. Zwiększenie dokładności wielkopowierzchniowej metody oceny stanu zdrowotnego lasu można uzyskać ograniczając zmienność międzypopulacyjną badanych cech w obrębie warstw. Celowe jest więc wprowadzenie warstwy drzewostanów zaliczonych do klasy odnowienia. Charakteryzują się one silniejszym uszkodzeniem niż średnio drzewostany w całym obiekcie. W przypadku zastosowania metody wielkopowierzchniowej dla lasów całego kraju uzasadnione jest również wprowadzenie warstw te1ytorialnych, np. utworzonych z lasów podlegających regionalnym dyrekcjom LP. Praca została złożona 30 marca 2000 r. i przyjęta przez Komitet Redakcyjny 15 maja 2000 r. THE METHOD OF ASSESSING THE DEGREE OF DAMAGE OF OAK AND BEECH STANDS APPLICABLE OVER LARGE AREA Surnrnary The concept of the method of assessing the degree of damage of oak and beech stands applicable 0ver large area has been described in the paper. Three following criteria of damage were used: defoliation, vitality and combined tree damage coefficient (e.g. product of

16 32 E. Dmyterko, A. Bruchwald defoliation and vitality). The rnethod is based on stratified drawing. Layers were detem1ined due to stand mean age and dominant tree species. In the case of study conducted over the entire country, stratification should also include the administrative units (Regional Directorate of State Forest). The method was tested in oak and beech stands located across the country. It was also hannonized with the stand volume estimation method (BRUCHWALD 2000). The variability of a given feature in a certain forest area layers might be divided in two constituents: population variability and variability between populations. For both oak and beech stands, population variability of defoliation, vitality and combined tree damage coefficient was usually!ower than variability between populations. Estimation error derived from the population variability might be controlled through the number of observations (trees), the mean value for stand is counted on. Studies have shown that to detennine the stand rnean values of defoliation, vitality or cornbined tree damage coefficient only 4 trees have to be assessed. A grater number of trees caused both in oak and beech stands only slight increase in accuracy. The method accuracy depended mostly on the feature variability between populations. The error derived from this kind of variability might be controlled by the size of sample - the number of stands ( observation plots) included in the study. The evaluation of the varia bili ty of the damage feature between populations might be a complex issue. In some forest complexes damage of stands is low, such is also variability there, while in other forest complexes damage intensity may va1y from stand to stand, causing high variability (as expressed by variance) of a given feature. To overcome such difficulties the initial investigation of the forest complex is required to properly estimate the variance representing variability between population. (transl. P. L.) PIŚMIENNICTWO BORECKI T, WÓJCIK R Ocena stanu uszkodzeń drzewostanów Nadleśnictwa Krotoszyn. Sylwan, 7: BRACHA C Teoretyczne podstawy metody reprezentacyjnej. PWN, Warszawa. BRUCHWALD A Wielkopowierzchniowa metoda określania miąższości obiektu leśnego oparta na losowaniu warstwowym. Sylwan, 3: Draft manual on methodologies and criteria for harmonized sampling, assessrnent, monitoring and ana lysis of the effects of air pollution on forests G!obal environment monitoring system UN-ECE (maszyn. w Zakł. Urządzania Lasu Inst. Bad. Leś. ). DMYTERKO E Metody określania uszkodzenia drzewostanów dębowych. Sylwan, I O: DMYTERKO E Kryteria oceny uszkodzenia drzewostanów bukowych. Sylwan, 9: DMYTERKO E., BRUCJ-IWALD A Weryfikacja metod określania uszkodzenia drzewostanów dębowych. Sylwan, 12: DMYTERKO E., BRUCHWALD A Metody określania stopnia uszkodzenia drzewostanów bukowych i ich weryfikacja. Sylwan, 5: Informacja o wynikach wielkopowierzchniowej inwentaryzacji stanu zdrowotnego i sanitarnego lasu wg stanu na BULiGL, Warszawa, Instrukcja przeprowadzania oceny stanu zdrowotnego i sanitarnego lasu za pomocą statystycznej inwentaryzacji wielkoobszarowej. NZLP, Warszawa, MOLLER E., STIERLIN H., R., Sanasilva Kronenbilder mit Nade!- und Blattverlustprozenten. Eidgenóssische Forschungsanstalt for Wald, Schnee und Landschaft. Birmensdorf.

17 Wielkopowierzchniowa metoda określania stopnia uszkodzenia 33 ROLOFF A Morphologie der Kronenentwicklung von Fagus sy!vatica L. (Rotbuche) unter besonderer Beriicksichtigung mogli cherweise neuartiger Veranderu ngen. O iss. F orstw iss. Fachber. Univ. Gottingen. ROLO FF A Kronenentwickl ung und Vital i tatsbeu rtei Jung ausgewah lter Baumarten der gemar3igtcn Brcitcn. Schriften aus der Forstlichen Fakultat der Universitat Gottingen und der Niedcrsachsischen Forstlichen Versuchsanstalt, Frankfurt am Main. SMYKAŁA J Stan zdrowotny i sanitarny lasu w organizacji gospodarczej Lasy Państwowe w świetle "kryteriów europejskich". Sylwan, 4/6: SMYK.ALA J Stan zdrowotny i sanitarny lasów w Lasach Państwowych w l 991 roku. Sylwan, 7: SMYKAŁA J Wyniki inwentaryzacji wielkopowierzchniowych stanu zdrowotnego i sanitarnego lasów w Polsce. W: Reakc_ie biologiczne drzew na zanieczyszczenia przemysłowe. Tom I. (red.) R. Siwecki. JIJ Kraj. Symp. Kórnik, Wyd. Sorus, Poznań: SZUJECKJ A Zadania urządzania lasu na progu XXI wieku w świetle polityki łe$nej państwa. Sylwan, 5: TRAMPLER T., DMYTERKO E Ocena metodą bioindykacyjną (defoliacji) stanu uszkodzenia lasów w Polsce na podstawie wyników wielkoobszarowej inwentaryzacji 1988 r. Dok. Inst. Bad. Leś Warszawa. TRAMPLER T Opracowanie wyników wielkoobszarowej inwentaryzacji stanu uszkodzenia lasu z I 99 I roki1 w zakresie struktury uszkodzenia drzewostanów. Dok. Inst. Bad. Leś Warszawa. TRAMPLER T., DMYTERKO E Struktura uszkodzenia drzewostanów na podstawie wielkoobszarowej inwentaryzacji stanu uszkodzenia lasu w 199 I roku. Not. Nauk. Inst. Bad. Leśn. 9. W A WRZONIAK J MAŁACHOWSKA J ZAJĄCZKOWSKI S., WYRZYKOWSKI S SOLD N l, FAŁ TY NOWICZ W., SIEROTA Z ZAŁĘSKI A, KOLKA., LECH P., ADAMSKI L Stan uszkodzenia lasów w Polsce w I 998 roku na podstawie badań monitoringowych. Państwowa Inspekcja Ochrony Środowiska. Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa. Wyniki wielkopowierzchniowej inwentaryzacji stanu zdrowotnego i sanitarnego lasu w Lasach Państwowych wg stanu na I 985 r. BULiGL, Warszawa, I 986. Wyniki wielkopowierzchniowej inwentaryzacji stanu zdrowotnego i sanitarnego lasu w Lasach Pa1'lstwowych wg stanu na I 988 r. BULiGL, Warszawa, Wyniki wielkopowierzchniowej inwentaryzacji stanu zdrowotnego i sanitarnego lasu w Lasach Pai'tstwowych wg stanu na l 99 I r. BUL i GL, Warszawa, ZAJĄCZKOWSKI S Ocena zdrowotnego i sanitarnego stanu lasu w praktyce urządzeniowej. Pr. Inst. Bad. Leś., Ser. B, 18: ZASĘPA R Metoda reprezentacyjna. PWE, Warszawa. ZASĘPA R Zarys metody reprezentacyjnej. Biblioteka Wiadomości Statystycznych. T.39. GUS i PTS, Warszawa.