Выборочно-статистические методы контроля состояния лесного фонда

Выборочно-статистическая инвентаризация лесов

Понятие о выборочно-статистическом методе инвентаризации лесов

Типы выборок и применяемые схемы

Выборочно-статистические методы контроля состояния лесного фонда

Область применения и точность статистического метода

Инвентаризацией лесного фонда называется регулярно проводимый учет лесов с составлением таксационных описаний и планов лесонасаждений. В таксационных описаниях приводится полная таксационная характеристика древостоя на выделе: порода, возраст, средние высота и диаметр, запас на выделе, тип леса и тип условий местопроизрастания, подрост и подлесок и др.

В условиях интенсивного ведения лесного хозяйства (в т.ч. в Беларуси) инвентаризацию проводят путем сплошного наземного обследования обычно с использованием аэроснимков.

В то же время в многолесных районах, а также в ряде зарубежных стран (Швеции, Финляндии, Австрии и др.) широко применяют статистические методы лесоинвентаризации.

Математико-статистические методы инвентаризации лесов основаны на выборочном обследовании, по данным которого судят обо всей генеральной совокупности. Эти методы применяются как к отдельным древостоям, так и к целым лесным массивам. Выборочные схемы в лесу довольно разнообразны. Различают три основных вида отбора: случайный, систематический и комбинированный.

Развитие математической статистики, распространение в лесном хозяйстве компьютеров и широкое применение материалов аэрофотосъемки способствовали возрождению и широкому применению выборочных методов инвентаризации лесов. Выборочные методы инвентаризации лесов применяются с различными целями в разных странах мира. Сторонники этого метода считают, что основное достоинство выборочного метода инвентаризации лесов – большая, чем при глазомерной таксации, точность получаемых таксационных характеристик лесных массивов.

Выборочные методы инвентаризации лесов широко используются для решения отдельных вопросов оптимизации роста, как лесных массивов, так и отдельных древостоев.

Привлечение дополнительной информации о приросте древесной массы, сортиментации древостоев, сведений о качестве лесорастительных условий и другим направлениям позволяет решать не только обычные проектные, но и научные вопросы.

Основной же недостаток выборочных методов инвентаризации лесных массивов заключается в том, что они не показывают пространственного размещения древостоев.

Основными направлениями использования выборочных методов инвентаризации лесных массивов являются:

· выявление динамики лесного фонда;

· выявление количественных и объемных показателей эксплуатируемых лесных ресурсов;

· выявление санитарного и иного состояний лесов;

· проведения других аналогичных мероприятий.

При статистическом, или выборочном методе основное значение имеет процесс формирования выборки. При этом различают три ее типа:

· строго случайная выборка;

· выборка по стратам;

· систематическая выборка.

На рисунке приведен пример типов выборок.

Рисунок – Типы выборок

В верхней его части дана схема строго случайной выборки. Средняя часть иллюстрируют выборку по стратам и нижняя часть рисунка — систематическую выборку.

На рисунке изображен участок леса прямоугольной формы. Он поделен на 150 квадратов. Каждый из этих квадратов представляет собой возможную единицу выборки. Если мы ставим себе задачу сделать выборку 8%, то нам надо выбрать 150 ´ 8 / 100 =12 квадратов, которые мы будем инвентаризировать возможно точными методами таксации леса.

Для осуществления случайной выборки нумеруем все вычерченные на рисунке квадраты. Эти же номера (от 1 до 150) записываем на листке бумаги строго одинаковых размеров. Таких листков, точно так же как и квадратов, должно быть 150. Листки, получившие каждый свой номер, тщательно перемешиваем и после этого наудачу берем 12 листков, номера которых определяют местоположение тех 12 квадратов, в которых должна быть произведена точная таксация леса.

В соответствии с заданным процентом выборки 12 листков выбираем наугад, но такой отбор является строго объективным, так как каждый квадрат имеет одинаковый шанс быть выбранным. Существуют специальные таблицы случайных чисел, по которым более удобно выбирать нужные номера.

Достоинством случайной выборки является то, что при ней применима “ожидаемая ошибка”, как она вычислена выше. При этом способе можно изменить процент выборки в процессе самой работы.

Метод случайной выборки все же сложен, нужные точки трудно находить в лесу, особенно, когда процент выборки высок. При таксации леса этим методом может оказаться, что целые части массива не представлены пробами.

Совокупности однородных участков леса называют стратами. В пределах страт таксационные показатели имеют меньшее варьирование. Это их свойство и должно быть использовано при размещении проб в пространстве.

Термин “стратификация” происходит от латинского слова stratum, что означает слой, настил. Соответственно этому стратификацией лесов или древостоев называют распределение или расслоение их на однородные категории (страты) или группы. Следовательно, слово страта означает однородную категорию (группу) лесов, выделенную по тем или иным общим признакам.

На рисунке массив разделен на шесть блоков — страт. Для упрощения они взяты равными по площади. В каждой страте возьмем по одинаковому числу проб, в нашем примере — по два квадрата.

Распределение насаждений в страты осуществляется на аэрофотоснимках при помощи сетки точек, равномерно расположенных на тонкой прозрачной пленке. Классификацию точек производят с помощью стереоскопа.

В пределах страты производят случайную выборку проб по определенным процентам.

Выборка по стратам как нельзя лучше учитывает варьирование насаждений и позволяет определить процент выборки в зависимости от коэффициентов вариации страт.

При делении леса на страты вычисление ожидаемой ошибки более сложно, чем при простой случайной выборке. Здесь необходимо применение дисперсионного анализа, который позволяет разделить общее варьирование на варьирование между стратами (блоками) и варьирование внутри страт. Варьирование между стратами служит основанием для вычисления ошибки.

Дисперсионный анализ является крупнейшим достижением современной статистики. Он позволяет исключить из вычисленной ошибки варьирование, вызванное неслучайными факторами. Вычисление при этом методе сложнее, но полученная информация многостороннее, и она оправдывает дополнительную затрату труда.

Сложность метода страт заключается в том, что имеются определенные затруднения для надежного и объективного разделения на страты, особенно при отсутствии аэрофотоснимков. При наличии последних стратификация осуществляется легче, но закладка страт в пространстве все же сложна.

Систематическая выборка сводится к автоматической закладке проб через постоянные расстояния по параллельным, равноотстоящим линиям. Систематическую выборку довольно просто осуществить в натуре. Она позволяет регулировать густоту распределения проб.

Учет лесов выборочным статистическим способом в ряде развитых стран Европы и Америки в последние годы стал основным способом выявления государственных лесных ресурсов, методом планирования пользования лесом на долгосрочную перспективу и других аспектов государственной лесной политики. В этих странах в зависимости от экономических и природных условий разработаны различные технические приемы и способы таксации, основывающиеся на систематической и стратифицированной выборках. Общим для всех стран является размещение первичных единиц выборки по определенным группам и отказ от равномерного единичного размещения площадок, как менее экономичного.

Интерес проявляется к статистическому способу учета лесного фонда в США. При инвентаризации лесов северо-востока США был применен метод случайной многоступенчатой выборки. По этому методу массив делится на ряд участков, отбираемых случайно, в участках выделяются более дробные единицы, соответствующие таксационному выделу, а внутри выделов по принципу случайной выборки закладываются пробные площади.

В мировой лесной практике еще не выработано общепринятой для статистического способа учета лесов системы проведения полевых работ. Нет единого мнения о размерах и способах группировки и размещения площадок.

В целях экономии затрат на инвентаризацию леса проявляется общее стремление к группировке проб в своего рода «гнезда» и укрупнению их площади. Однако строго научного обоснования наиболее экономичных вариантов размеров и концентрации учетных площадок пока не найдено.

Работа по изучению статистического способа учета леса ранее проводилась в СССР в 60 годах прошлого века во Всесоюзном научно-исследовательском институте лесоводства и механизации лесного хозяйства (ВНИИЛМе). Основные полученные выводы заключаются в следующем:

1. Статистический метод является наиболее объективным методом контроля таксации древесных запасов при лесоустройстве и периодических переучетах лесного фонда в период между ревизиями лесоустройства. Он не подменяет лесоустройства, так как не дает пространственного размещения лесов и таксационной характеристики для отдельных таксационных участков. Применение его ограничено областью контроля итоговых результатов учета по однородным совокупностям насаждений и в целом по объекту.

2. Для контроля объектов с общей площадью до 100 тыс. га при наличии планово-картографических материалов допустимо равномерное размещение учетных площадок в пределах однородных совокупностей насаждений. При таком размещении возможны контроль площадей и запасов этих совокупностей, оценка качества лесоустроительных работ и изменений, происшедших в лесном фонде после лесоустройства.

3. В объектах со сходными лесорастительными и экономическими условиями различие в варьировании запасов и сумм площадей сечений по одноименным стратам несущественно, поэтому в таких объектах для достижения одной и той же точности работ необходимо одинаковое число площадок, т.е. к таким объектам при расчетах полевых работ допустим одинаковый подход.

4. На производительность труда при статистическом учете применение разных по трудоемкости измерительных методов практически не влияет, поэтому целесообразнее пользоваться методами, обеспечивающими получение большого количества информации о лесном фонде, а также большее число учитываемых на площадке стволов и в связи с этим большую точность получаемых данных.

5. Статистический метод обеспечивает возможность получения данных о размерах, качестве, числе стволов, запасах и возрасте для всех составляющих пород в страте, что облегчает планирование рубок ухода и рубок главного пользования лесом.

Выборочно-статистические методы контроля состояния лесного фонда

Описанные методы применяются и для контроля состояния лесного фонда:

· учет пожаров и повреждений от них;

· учет повреждений фито- и энтомовредителей;

· контроль массовых вырубок;

· учет экологического состояния лесов.

Основой для оценки и принятия решений являются наблюдения на площадках, заложеных по статистическому методу, анализ аэрофотоснимков и т.д. Основой здесь являются площадки, которые закладываются по описанным схемам.