sylwan 155 (5): 301−312, 2011 Dynamic site index curves for Scots pine stands in Niepołomice Primeval Forest

Description
sylwan 155 (5): 301−312, 2011 Dynamic site index curves for Scots pine stands in Niepołomice Primeval Forest

Please download to get full document.

View again

of 12
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Information
Category:

Articles & News Stories

Publish on:

Views: 2 | Pages: 12

Extension: PDF | Download: 0

Share
Tags
Transcript
  sylwan 155 (5): 301−312, 2011 Jarosław Socha, Stanisław Orzeł Socha J., Orzeł S. 2011. Dynamiczne krzywe bonitacyjne dla drzewostanów sosnowych Puszczy Niepoło−mickiej. Sylwan 155 (5): 301−312.The aim of the research was to evaluate, under the conditions of the Niepołomice Primeval Forest, theusefulness of site index models applied in forest practice in Poland and to develop a local system of siteindex curves for Scots pine. The research materials included measurement results for the trees growing on74 circular, 0.05 ha sample plots. On the basis of the completed analyses, the age−related change in standheights in the Niepołomice Primeval Forest is different than the height growth described by means of thesite index models used in forest practice in Poland. As a result of several−stage analyses, a dynamic systemof site index curves was developed for the Niepołomice Primeval Forest allowing calculation of the siteindex, as well as forecast of the height of stands at any age. KEY WORDS site index model, base−age invariant, height growth,  Pinus sylvestris L. Dynamic site index curves for Scots pine stands in Niepołomice Primeval Forest ABSTRACT  Dynamiczne krzywe bonitacyjne dla drzewostanów sosnowych Puszczy Niepołomickiej Addresses  Jarosław Socha – e−mail: rlsocha@cyf−kr.edu.plStanisław Orzeł – e−mail: rlorzel@cyf−kr.edu.plKatedra Dendrometrii; Uniwersytet Rolniczy; Al. 29 Listopada 46; 31−425 Kraków Wstęp Informacje o potencjalnej produkcyjności siedlisk mają kluczowe znaczenie dla prowadzeniagospodarki leśnej, mającej na celu trwały i zrównoważony rozwój lasu. Stanowią bowiem podsta−wowe kryterium uwzględniane przy podejmowaniu specyficznych dla poszczególnych siedlisk i gatunków decyzji gospodarczych dotyczących zabiegów hodowlanych, ustalania wielkościetatu oraz wieku rębności [Chen i in. 1998; Kayahara i in. 1998; Splechtna 2001]. O produkcyj−ności drzewostanów decydują w głównej mierze warunki siedliskowe, które w praktyce opisujesię za pomocą siedliskowego typu lasu, zawierającego informacje o żyzności i wilgotności sie−dliska. O ile dosyć precyzyjnie opracowana została klasyfikacja wilgotności siedlisk, to dokładnezdefiniowanie żyzności siedliska jest bardziej skomplikowane z uwagi na jego powiązanie z wieloma czynnikami [Bruchwald, Kliczkowska 1997]. Zdaniem Assmanna [1968] duża nie−pewność, jaką obarczona jest diagnoza zdolności produkcyjnych, oparta tylko na właściwościachgleby i klimatu, powoduje potrzebę określania bonitacji na podstawie wydajności plonów. Za dogodną miarę bonitacji przyjęto wysokość drzewostanu w wieku bazowym, z uwagi na nie−wielki wpływ na jej wielkość warunków zewnętrznych i zabiegów gospodarczych. W praktycebonitację siedliska określa się na podstawie krzywych bonitacyjnych opisujących zmianę z wie−kiem wysokości drzewostanu. Przebieg tych zmian jest charakterystyczny dla poszczególnych   Jarosław Socha, Stanisław Orzeł 302 gatunków lasotwórczych. Inną przyczyną polimorfizmu krzywych bonitacyjnych jest regionalnezróżnicowanie warunków wzrostu. Zjawisko to stwierdzono między innymi w drzewostanachlimbowych (  Pinus cembra L.) wHiszpanii [Calama i in. 2003] oraz sosny pospolitej w Polsce[Bruchwald i in. 2000]. Zdaniem Johanssona [1995] sam typ gleby może być przyczyną zróżnico−wania przebiegu krzywych bonitacyjnych. W badaniach wzrostu świerka czarnego (  Picea mariana )w Kolumbii Brytyjskiej wykazano natomiast istotny wpływ warunków klimatycznych na jegoprzebieg [Nigh i in. 2002]. O ile w młodym wieku przebieg wzrostu wysokości nie zależy odstrefy klimatycznej, to u świerków w wieku powyżej 60−70 lat, wzrastających w strefie chłodnej,stwierdzono znaczne zahamowanie przyrostu wysokości. Specyfika warunków wzrostu sprawia,że krzywe bonitacyjne opracowane dla terenów nizinnych nie nadają się do zastosowania w górach[Socha 2008]. Poza odmiennymi warunkami geoklimatycznymi, na przebieg wzrostu wysokościdrzewostanu wpływa również zmienność genetyczna i strategia adaptacyjna drzew [Chen, Klinka2000; Kulej, Socha 2008]. W zależności od proweniencji krzywe wzrostu wysokości danegogatunku mogą się różnić między innymi parametrem opisującym asymptoty [Buford, Burkhart1987]. Stosowanie systemów krzywych bonitacyjnych niedostosowanych do warunków lokalnychmoże być przyczyną znacznych błędów oszacowania potencjalnej produkcyjności drzewosta−nów, a w konsekwencji i niewłaściwych decyzji gospodarczych [Socha 2008]. Dlatego budowakrzywych bonitacyjnych jest fundamentalnym zagadnieniem z zakresu produkcyjności lasu[Elfving, Kiviste 1997].Celem badań była ocena przydatności w warunkach Puszczy Niepołomickiej modeli boni−tacyjnych wykorzystywanych w praktyce leśnej w Polsce oraz opracowanie lokalnego systemukrzywych bonitacyjnych dla sosny. Materiał i metody Materiał badawczy stanowią wyniki pomiarów drzew rosnących na 74 kołowych, 0,05 ha po−wierzchniach, wybranych ze 185, założonych w Puszczy Niepołomickiej w regularnej siatce (750×750 m) w ramach projektu Forest Environmental Monitoring and Management System(FOREMMS; 5FP IST) [Socha, Wężyk 2007]. Uwzględniono tylko powierzchnie założone w drzewostanach sosnowych w wieku powyżej 15 lat i zadrzewieniu przekraczającym 0,5. Pomiarem objęto pierśnice wszystkich oraz wysokość części drzew rosnących na powierz−chni. Wiek drzewostanów określono jako średnią arytmetyczną wieku co najmniej 6 sosen,określonego na podstawie odwiertów wykonanych w szyi korzeniowej świdrem przyrostowymPresslera. Z każdej powierzchni wybrano jedno drzewo o przeciętnych wymiarach, które pościęciu poddano analizie pniowej. W tym celu pobrano krążki z wysokości: 0,0 m, 0,5 m, 1,3 m,2,0 m, 4,0 m, i dalej co 2 m. Na podstawie liczby słojów rocznych na wysokości poszczególnychkrążków uzyskano krzywe wzrostu wysokości, które wstępnie oceniono wzrokowo pod wzglę−dem prawidłowości przebiegu wzrostu. Drzew, u których stwierdzono zaburzenia w przebieguwzrostu, nie uwzględniono w dalszych analizach, co spowodowało, że do opracowania lokalnychkrzywych bonitacyjnych wykorzystano dane z analizy pniowej 66 drzew próbnych.Dla poszczególnych powierzchni próbnych wykreślono krzywe wysokości, które posłużyłydo określenia wysokości przeciętnej wzorem Lorey’a oraz wysokości górnej. Za wysokość górnąprzyjęto, stosowaną powszechnie w krajach europejskich, średnią wysokość 100 najgrubszychdrzew na hektarze. Bonitację drzewostanów określono na podstawie:– modelu krzywych bonitacyjnych dla drzewostanów sosnowych Polski [Bruchwald i in.2000]: [1]  A H  SI   B    Dynamiczne krzywe bonitacyjne dla drzewostanów sosnowych 303 gdzie:  SI   B – wskaźnik bonitacji (wysokość górna w wieku bazowym 100 lat),  H  – wysokość górna drzewostanu,  A – funkcja zależna od wieku drzewostanu T  , określona wzorem: [1.1]– tablic zasobności i przyrostu [Schwappach 1943], opisanych matematycznie przez Cieszew−skiego i Zasadę [2003]: [2]gdzie:[2.1]  H  1 – wysokość drzewostanu w wieku T  1 ,  SI   S  – bonitacja (wysokość w wieku 100 lat), e  – podstawa logarytmu naturalnego. Wstępną ocenę powyższych modeli w warunkach Puszczy Niepołomickiej oparto na zależnościokreślonych bonitacji od wieku. Związek między bonitacją drzewostanów i wiekiem wynikabowiem na ogół z innego niż opisany za pomocą modeli rzeczywistego przebiegu wzrostuwysokości drzewostanów w lokalnych warunkach siedliskowych.Dane o przebiegu wzrostu na wysokość uzyskane z analiz strzał 66 drzew posłużyły donumerycznego opisania wzrostu wysokości drzewostanów sosnowych Puszczy Niepołomickiej.Założono, że system krzywych bonitacyjnych powinien się charakteryzować następującymiwłaściwościami:– dopasowanie krzywych modelowych do danych empirycznych,– polimorfizm krzywych bonitacyjnych, który pozwoli na uwzględnienie ewentualnychróżnic w przebiegu wzrostu wysokości, wynikających z odmiennych warunkówsiedliskowych,– zmienne asymptoty dla różnych siedlisk,– równość wartości wskaźnika bonitacji i wysokości w wieku bazowym,– możliwość biologicznej interpretacji parametrów równania bonitacji.Biorąc pod uwagę powyższe kryteria, ze znanych z literatury funkcji krzywych bonitacyjnych[Monserud 1984; Elfving, Kiviste 1997; Cieszewski 2001; Splechtna 2001; Barrio Anta,Diéguez−Aranda 2005], do opracowania lokalnego modelu zakwalifikowano trzy równania:– wzór Baileya i Cluttera [1974]: [3]gdzie: [3.1]   1 ,   2 ,   3 –parametry równania. 2 777778022222222      T T  A  10,19711,446041,44604110,19711,4460411,446041 100100 e  RT e  RT  H  SI   S     1,44604110,19711211 25,154285,15428 T e  H  H  H  R            3 2212 1       T  H    3 1112       T  H        Jarosław Socha, Stanisław Orzeł 304 – model Cieszewskiego [2001] opracowany dla daglezji zielonej (  Pseudotsuga menziesii  ):[4]gdzie:[4.1][4.2]– wzór zbudowany na bazie równania Chapmana−Richardsa stosowany między innymi domodelowania krzywych bonitacyjnych dla głównych gatunków lasotwórczych Kanady[Payandeh, Wang 1994]:[5]Wybrane modele spełniają wszystkie bądź większość przyjętych kryteriów oraz są powszechnieuznawane za odpowiednie z metodycznego punktu widzenia. Parametry wybranych funkcji określono z wykorzystaniem metody niezależnej od wiekubazowego [Bailey, Clutter 1974; Goelz, Burk 1996; Cieszewski 2001; Cieszewski, Zasada 2002],w której zastosowano dynamiczne postaci poszczególnych modeli. W tym celu w bazie danychumieszczono wszystkie możliwe dla poszczególnych analizowanych drzew kombinacje dwóchpar wartości wiek−wysokość (T 1 −H 1 , T 2 −H 2 ). Wyboru najlepszego modelu, stanowiącego lokalny system krzywych bonitacyjnych, doko−nano w oparciu o 4 kryteria: – średni błąd kwadratowy wyrównania (RMSE),– udział wariancji wyjaśnionej przez model regresji (R 2adj ),– rozkład wartości resztowych,– rozrzut wartości resztowych względem przewidywanych.Obliczone na podstawie wybranego modelu bonitacje porównano z bonitacjami ustalonymi w oparciu o krzywe bonitacyjne Bruchwalda [wzór 1] i Schwappacha [wzór 2].Większość analiz statystycznych wykonano programem STATISTICA (StatSoft, Inc.).Przy wyliczaniu parametrów modeli krzywych bonitacyjnych wykorzystano również oprogramo−wanie statystyczne SAS. Wyniki Wartości bonitacji wyliczone dla poszczególnych drzewostanów na podstawie modelu SI B [wzór1] oraz modelu SI S [wzór 2] przedstawiono na rycinie 1. Zaobserwować można wyraźny związektej cechy z wiekiem drzewostanu. Szczególnie wysokie wartości wskaźnika bonitacji, niespo−tykane w drzewostanach starszych, uzyskano dla powierzchni w wieku do około 30 lat.Wskaźnik bonitacji SI S przekracza w niektórych przypadkach 35 m, a określony modelemBruchwalda (SI B ) nawet 45 m. Obserwowana zależność świadczy o tym, że w lokalnych warun−kach Puszczy Niepołomickiej przebieg zmiany z wiekiem wysokości drzewostanów jest inny niżprzebieg wzrostu opisywany za pomocą modeli SI B oraz SI S , wykorzystywanych do określaniabonitacji drzewostanów w praktyce leśnej w Polsce. Stosując te modele w lokalnych warunkach  222112 111112           RT T  RT T  H  H  50112211 1 2            T  H Z Z  R 311      H Z  3121121 11 12        H T T  e e  H  H         Dynamiczne krzywe bonitacyjne dla drzewostanów sosnowych 305 Puszczy Niepołomickiej należy oczekiwać znacznego zawyżania bonitacji drzewostanówmłodszych klas wieku oraz jej zaniżania w drzewostanach starszych.W wyniku oszacowania parametrów równań 3−5 (tab.) uzyskano 3 różniące się przebiegiemsystemy krzywych bonitacyjnych (ryc. 2). Najlepsze dopasowanie do danych empirycznychuzyskano w przypadku zastosowania równania 4 (ryc. 3), co potwierdza najmniejsza, wynosząca0,7603, wartość średniego błędu kwadratowego (RMSE) oraz największy udział wariancji wyja−śnionej (R 2adj =0,9884). Nieco większe wartości średniego błędu kwadratowego i mniejszą war−tość skorygowanego współczynnika determinacji uzyskano natomiast w przypadku równania 5.Najsłabszym dopasowaniem do danych empirycznych charakteryzował się model Baileya i Cluttera(równanie 3). Ryc. 1. Zależność między bonitacją określoną na podstawie modelu Bruchwalda i in. [2000] [wzór 1] i Schwappacha[1943] [wzór 2] a wiekiem drzewostanuDependence of site indices predicted on the base of Bruchwald i in. [2000] [formula 1] and Schwappach[1943] [formula 2] models and age of the stand WartośćBłądStatystykaPoziom prawdo−ModelParametrRMSER 2 adj parametrustandardowytpodobieństwa   1 3,826990,00909420,9   0,000011,07790,9831Wzór 3   3 0,737160,00697105,8   0,00001   1 1,546760,00740209,0   0,000010,76030,9884Wzór 4    2 9989,67747,45113,4   0,00001   3 15,46891,4305810,8   0,00001   1 –0,535340,02673–20,0   0,00001Wzór 5    2 –0,030410,00022–137,0   0,000010,78600,9880   2 7,551020,6347411,9   0,00001 Tabela. Parametry różnych postaci lokalnych modeli bonitacyjnych opracowanych na danych z analiz strzał metodąniezmienną od wieku bazowego dla równań 3−5Parameters of different forms of local site index models elaborated with use of stem analysis data usingbase age invariant method for equations 3−5
Related Search
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks