Рассчитайте площадь сечения ствола отдельных деревьев или плотность лесонасаждений на основе измерений диаметра на высоте груди (DBH) для лесохозяйственного управления и оценки древесины.
Площадь сечения ствола представляет собой одно из наиболее важных измерений в лесной науке и управлении лесными ресурсами, количественно определяя площадь поперечного сечения стволов деревьев на высоте груди (1,3 метра или 4,5 фута над уровнем земли). Эта стандартизированная точка измерения, называемая диаметром на высоте груди или DBH, обеспечивает последовательное контрольное местоположение, которое сильно коррелирует с общим объемом дерева, биомассой и коммерческой ценностью. Хотя площадь сечения может быть рассчитана для отдельных деревьев, ее основное применение происходит на уровне насаждения, где она описывает плотность и полноту леса, выражая общую площадь поперечного сечения всех деревьев на единицу площади земли, обычно в квадратных метрах на гектар (м²/га) в метрических единицах или квадратных футах на акр (ft²/ac) в имперских единицах. Понимание площади сечения ствола помогает лесоводам оценивать здоровье леса, определять оптимальные уровни полноты для различных целей управления, планировать операции по прореживанию, оценивать объемы древесины и прогнозировать темпы роста. Коммерческая таксация леса в значительной степени опирается на измерения площади сечения для оценки стоимости насаждения и определения целесообразности рубки. Специалисты по управлению дикой природой используют площадь сечения для оценки качества среды обитания, поскольку разные виды предпочитают разную плотность леса. Исследователи, изучающие связывание углерода, используют площадь сечения ствола как ключевой параметр для оценки лесной биомассы и накопления углерода. Калькулятор площади сечения упрощает эти определения, преобразуя измерения DBH непосредственно в площади поперечного сечения с использованием стандартизированных формул, устраняя ручные расчеты и уменьшая ошибки при сборе полевых данных.
Математический расчет площади сечения ствола выводится из фундаментальной геометрической формулы площади круга: A = πr², где r представляет радиус. Поскольку лесоводы измеряют диаметр, а не радиус, формула преобразуется в A = π(d/2)² = πd²/4, где d представляет диаметр на высоте груди. Для упрощения полевых расчетов и устранения необходимости в калькуляторах в лесу специалисты лесного хозяйства используют константы, которые включают π и преобразования единиц. Для имперских измерений с DBH в дюймах и площадью сечения в квадратных футах формула становится: BA = 0,005454 × DBH². Эта константа (0,005454) равна π/4, деленному на 144, для преобразования квадратных дюймов в квадратные футы. Для метрических измерений с DBH в сантиметрах и площадью сечения в квадратных метрах формула: BA = 0,00007854 × DBH². Эта константа (0,00007854) равна π/4, деленному на 10 000, для преобразования квадратных сантиметров в квадратные метры. Например, дерево с DBH 50 см имеет площадь сечения 0,00007854 × 50² = 0,00007854 × 2500 = 0,196 квадратных метров. Дерево с 20-дюймовым DBH имеет площадь сечения 0,005454 × 20² = 0,005454 × 400 = 2,18 квадратных футов. Расчет площади сечения насаждения требует измерения DBH всех деревьев в пределах определенной области, расчета отдельных площадей сечения, суммирования результатов и деления на измеренную площадь для выражения результатов на стандартную единицу (на гектар или на акр). Протоколы лесной инвентаризации обычно устанавливают пробные площадки фиксированной площади или используют методы пробных площадок переменного радиуса с угломерными приборами или призмами, которые отбирают деревья на основе площади сечения.
Значения площади сечения насаждения информируют многочисленные решения по управлению лесами и существенно варьируются в зависимости от состава пород, качества участка, целей управления и применяемой лесохозяйственной системы. Молодые возобновляющиеся насаждения могут иметь площади сечения всего 4-9 м²/га, поскольку деревья малого диаметра устанавливаются, постепенно увеличиваясь по мере развития насаждения и роста отдельных деревьев. Зрелые, полностью сформированные леса обычно имеют 18-46 м²/га в зависимости от пород и продуктивности участка, при этом высокопродуктивные участки поддерживают большие площади сечения, чем бедные участки. Переуплотненные насаждения, превышающие эти диапазоны, испытывают интенсивную конкуренцию, сниженные темпы роста отдельных деревьев и повышенную восприимчивость к вредителям, болезням и ветровалу. Лесоводы часто назначают операции по прореживанию для снижения площади сечения до оптимальных диапазонов, обычно удаляя 25-40% общей площади сечения для облегчения конкуренции при сохранении сомкнутости крон. Целевые остаточные площади сечения варьируются в зависимости от цели управления: производство древесины может нацеливаться на 14-18 м²/га для максимизации роста на товарных деревьях, управление средой обитания дикой природы может поддерживать более высокую плотность на 23-28 м²/га для укрытия, а восстановительные обработки могут снижать насаждения до 9-14 м²/га для поощрения развития подлеска. Модели роста и урожайности прогнозируют будущее накопление площади сечения на основе текущей полноты, пород, индекса участка и времени, позволяя лесоводам проектировать развитие насаждения и планировать будущие вмешательства. Анализ распределения по диаметрам исследует, как общая площадь сечения распределяется по размерным классам, при этом сбалансированные распределения указывают на здоровую структуру насаждения, а смещенные распределения предполагают прошлые нарушения или воздействия управления. Связь между площадью сечения и объемом древесины позволяет лесоводам оценивать товарный объем из измерений площади сечения с использованием видоспецифичных объемных уравнений или регрессионных моделей, что необходимо для продаж древесины и планирования рубок.
Высота, диаметр, возраст, стоимость деревьев и лесохозяйственные расчеты
Explore CategoryДиаметр на высоте груди (DBH) представляет собой стандартное лесоводственное измерение диаметра ствола дерева, выполняемое точно на высоте 1,3 метра (4,5 фута) над уровнем земли с верхней стороны склона дерева. Эта стандартизированная высота обеспечивает последовательные измерения у разных наблюдателей, местоположений и периодов времени, облегчая сравнение данных и исследовательские применения. Измеряйте DBH с использованием мерной ленты для диаметра, которая автоматически преобразует окружность в диаметр, или используйте стандартную рулетку для записи окружности, затем разделите на π (3,14159) для расчета диаметра. Располагайте измерительную ленту перпендикулярно основной оси дерева, обеспечивая ее обертывание вокруг неровностей коры без сжатия или перекрытия рыхлой коры. Для деревьев на склонах измеряйте с верхней стороны склона для установления контрольной точки высоты 1,3 метра. Деревья с множественными стволами требуют особого рассмотрения: измеряйте каждый ствол отдельно, если разветвление происходит ниже высоты груди, затем рассчитайте площадь сечения для каждого ствола индивидуально и суммируйте результаты. Если ветвление происходит выше высоты груди, измеряйте единственный основной ствол как одно дерево. Для деревьев с утолщениями, деформациями или ветвями точно на высоте груди измеряйте непосредственно выше или ниже неровности в репрезентативном месте, отмечая положение измерения. На наклонных деревьях измеряйте вдоль нижней стороны наклона на соответствующем вертикальном расстоянии от уровня земли, а не 1,3 метра вдоль наклонного ствола. Деревья с корневыми выростами, обычные в тропических лесах, требуют измерения выше утолщения выростов, где ствол принимает нормальную форму. Стандартизированные методы измерения обеспечивают надежность данных для мониторинга роста, сравнения инвентаризаций и исследовательских применений, где даже небольшие ошибки измерения усугубляются при расчете площадей и объемов.
Площадь сечения ствола сильно коррелирует с объемом древесины и общей биомассой дерева, формируя основу для большинства систем оценки объема и биомассы, используемых в лесоводстве по всему миру. Эта связь существует потому, что деревья растут постепенно, добавляя древесину в цилиндрических слоях вокруг существующего ствола, делая площадь поперечного сечения на высоте груди пропорциональной общему объему ствола. Объемные уравнения обычно имеют форму: Объем = b₀ + b₁(BA) + b₂(Высота) + b₃(BA × Высота), где BA представляет площадь сечения, Высота — общая или товарная высота, а b₀-b₃ — видоспецифичные регрессионные коэффициенты, выведенные из деструктивно отобранных деревьев. Эти уравнения достигают высокой точности, часто предсказывая объемы отдельных деревьев в пределах 5-10% от фактических значений. Оценка объема на уровне насаждения умножает средний объем дерева на количество деревьев на гектар или использует таблицы насаждений, которые стратифицируют деревья по классам диаметра, рассчитывают объемы для каждого класса и суммируют результаты. Площадь сечения также предсказывает общую надземную биомассу через аллометрические уравнения аналогичной формы, обеспечивая оценку запасов углерода для исследований изменения климата и применений на углеродных рынках. Однако соотношение площади сечения и объема варьируется по породам из-за различий в сбеге ствола, форме и плотности древесины. Быстрорастущие хвойные породы, такие как сосны, обычно производят больше объема на единицу площади сечения, чем медленнорастущие лиственные породы из-за меньшего сбега и большей высоты. Плотные лиственные породы, такие как дуб и гикори, имеют большую биомассу на единицу площади сечения, чем виды с низкой плотностью, такие как тополь, несмотря на аналогичные объемы, поскольку плотность древесины влияет на массу. Качество участка также влияет на эти отношения, при этом продуктивные участки выращивают более высокие деревья, которые содержат больше объема на единицу площади сечения, чем бедные участки, где деревья остаются ниже. Современные системы лесной инвентаризации часто комбинируют измерения площади сечения с выборками высоты и видоспецифичными объемными уравнениями для достижения точных оценок объема на уровне насаждения, необходимых для продаж древесины, планирования рубок и соблюдения нормативных требований.
Оптимальная площадь сечения резко варьируется в зависимости от целей управления, древесных пород, продуктивности участка, возраста насаждения и лесохозяйственной системы, что делает универсальные рекомендации невозможными. Однако общие рекомендации помогают лесоводам оценивать адекватность полноты и планировать соответствующие обработки. Для одновозрастных сосновых плантаций в умеренном климате оптимальная полнота обычно варьируется от 18-28 м²/га в середине оборота рубки (возраст 15-30 лет), с более высокими значениями на лучших участках и более низкими значениями на бедных участках. Лиственные насаждения в центральных и восточных лесах часто поддерживают 18-32 м²/га в зависимости от состава пород, при этом теневыносливые породы, такие как клен и бук, поддерживают более высокие площади сечения, чем светолюбивые породы, такие как дуб и ясень. Западные хвойные леса варьируются чрезвычайно: от плотных прибрежных насаждений дугласовой пихты, превышающих 46 м²/га, до открытых лесов желтой сосны, поддерживаемых на 9-18 м²/га для исторических экологических условий. Недополные насаждения с площадями сечения на 30-50% ниже этих диапазонов растут медленно из-за недоиспользования ресурсов участка, хотя отдельные деревья могут показывать отличные темпы роста. Переуплотненные насаждения, превышающие рекомендуемые диапазоны, испытывают сниженный рост на дерево из-за интенсивной конкуренции, повышенную смертность от угнетения и усиленную уязвимость к вредителям, болезням и засухе. Остаточная площадь сечения после операций прореживания должна отражать цели управления: максимальное производство древесины требует умеренной полноты (14-18 м²/га), концентрирующей рост на высококачественных товарных деревьях, среда обитания дикой природы часто поддерживает более высокую полноту (23-28+ м²/га), обеспечивая укрытие и производство кормов, а обработки по снижению пожарной опасности могут снижать насаждения до 9-14 м²/га для нарушения потенциала верховых пожаров. Руководства по полноте и диаграммы управления плотностью, опубликованные для разных пород и регионов, предоставляют детальные рекомендации, связывающие площадь сечения с размером дерева, возрастом насаждения и качеством участка, помогая лесоводам определять, когда необходимо прореживание и какую площадь сечения удалять.
Измерение площади сечения лесного насаждения требует систематической выборки с использованием либо пробных площадок фиксированной площади, либо пробных площадок переменного радиуса, каждая с отличными преимуществами и соответствующими применениями. Методология пробных площадок фиксированной площади устанавливает круговые площадки предопределенного размера (обычно 0,04 га, 0,08 га или 0,4 га в зависимости от плотности насаждения и изменчивости) в случайных или систематических местоположениях по всему насаждению. В пределах каждой площадки измерьте DBH каждого дерева, соответствующего минимальным размерным критериям (обычно 10-15 см), рассчитайте отдельные площади сечения, суммируйте их и умножьте на коэффициент расширения на гектар на основе размера площадки. Например, деревья, измеренные на площадке 0,1 га, умножаются на 10 для оценки значений на гектар. Установка нескольких площадок (обычно 5-20 в зависимости от размера насаждения и желаемой точности) по всему насаждению и усреднение результатов обеспечивает репрезентативные оценки на уровне насаждения с вычисляемыми статистическими доверительными интервалами. Пробные площадки переменного радиуса с использованием угломеров или призм предлагают более быструю выборку, отбирая деревья на основе площади сечения, а не измеряя каждое дерево в пределах фиксированного расстояния. Стоя в каждом центре площадки, вращайтесь на 360°, глядя через призму или угломер, подсчитывая каждое дерево, где смещенное изображение или угловая проекция делает дерево «в пределах» относительно центра площадки. Каждое подсчитанное дерево представляет конкретный вклад площади сечения (фактор площади сечения или BAF, обычно 1 или 2 в метрических единицах), поэтому просто умножьте счет деревьев на BAF для определения площади сечения площадки на гектар. Этот метод автоматически взвешивает более крупные деревья более тяжело и не требует измерений расстояния, хотя он требует тщательной техники для обеспечения точной оценки пограничных деревьев. Оба метода требуют стратификации, когда насаждения содержат отдельные области разной плотности или состава пород, отбирая каждый страт отдельно и рассчитывая взвешенные по площади средние для общих значений насаждения.
Площадь сечения и расстояние между деревьями взаимодействуют сложно, поскольку площадь сечения зависит как от количества деревьев на гектар, так и от размера (DBH) этих деревьев, в то время как расстояние напрямую определяет счет деревьев. Молодые плантации, установленные с широким расстоянием (например, 3×3 метра = 1111 деревьев на гектар), первоначально имеют очень низкую площадь сечения, поскольку саженцы малого диаметра вносят минимальную площадь поперечного сечения. По мере роста деревьев площадь сечения накапливается даже без изменения счета деревьев, поскольку диаметры отдельных деревьев увеличиваются. В конечном итоге смертность, вызванная конкуренцией, начинает снижать число деревьев, в то время как выжившие растут крупнее, при этом площадь сечения продолжает увеличиваться, пока насаждение не достигнет максимальной несущей способности для участка. Два насаждения с идентичной площадью сечения могут иметь совершенно разные структуры: одно может содержать много деревьев малого диаметра при тесном расстоянии, в то время как другое имеет меньше деревьев большого диаметра при широком расстоянии. Например, 23 м²/га могут быть результатом 200 деревьев в среднем 12 см DBH, или 100 деревьев в среднем 17 см DBH, или 50 деревьев в среднем 24 см DBH. Эти насаждения выглядят совершенно по-разному на местности и требуют разных подходов к управлению, несмотря на идентичные площади сечения. Операции прореживания манипулируют этой связью, удаляя деревья (увеличивая расстояние), в то же время в идеале поддерживая или постепенно снижая площадь сечения, перенаправляя рост на меньшее количество более качественных товарных деревьев. Калькулятор помогает определить площадь сечения после прореживания, вычитая площади сечения убранных деревьев из общей предобработочной суммы. Мониторинг восстановления площади сечения после прореживания указывает, когда становятся необходимыми последующие вмешательства — многим лесам требуется несколько прореживаний за оборот рубки для поддержания оптимальной плотности. Региональные руководства по прореживанию определяют целевые площади сечения для разных стадий развития насаждения, помогая лесоводам поддерживать условия, которые отвечают целям землевладельца по производству древесины, среде обитания дикой природы или другим ценностям, при этом способствуя здоровому, энергичному росту деревьев.