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
Wprowadzenie
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)
Ekosystemy leśne różnorodność niepowtarzalność wielkość (poszczególnych elementów i całości) zmienność w czasie i przestrzeni długowieczność skomplikowane powiązania składników
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
Modele wzrostu Modele empiryczne (matematyczne) Modele procesów (ekologiczne, fizjologiczne, )
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)
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
Plan zajęć
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
Podstawowe pojęcia
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.
Wiek Wartość cechy drzewa
Przyrost Pochodna funkcji wzrostu Graficznym obrazem jest krzywa przyrostu cechy drzewa Wiek, w którym przyrost przyjmuje największą wartość, to wiek kulminacji przyrostu cechy
Wiek Wartość przyrostu cechy drzewa
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
Wartość przyrostu cechy drzewa Wiek PP PB
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.
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
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,...)
Wiek pierśnicowy liczba lat, jaką drzewo rosło od chwili osiągnięcia wysokości 1,3m liczba słojów na pierśnicy
Tablice zasobności
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
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)
Tablice zasobności 1. cechy drzewostanu głównego: średnia wysokość, przeciętna pierśnica, liczba drzew, pole przekroju, miąższość, liczba kształtu... 2. 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)
Historia tablic zasobności i badań przyrostowych w Polsce
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
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)
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
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
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
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)
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)
Tablice zasobności w Polsce
wykorzystano za zgodą Instytutu Badawczego Leśnictwa w Warszawie
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)
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)
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)
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
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
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