Stem volume by height classes of immature, mature and overmature stands of the main forest-forming species of Ukraine

Abstract

Generally, it is impossible to measure diameters and heights of all trees in a forest stand. Therefore, models of relationships between heights (h) and diameters (d) of trees are commonly used in practice for stem volume estimation. This study aimed at developing models of tree height-diameter (h-d) relationships as well as corresponding models of the tree stem volume for immature, mature and overmature stands of the main forest-forming species of Ukraine. This paper is a aggregation of long-term studies of the stem volume, which are based on the results of measuring about 10 thousand sample trees. Modelling of the tree height-diameter relationships was performed using relative height values. The methodology used in this study allowed generalising the measurements of sample trees collected in stands of various forest site types, productivity levels, and age categories. The average height of trees with a diameter of 24 cm was taken as the reference during modelling relative heights, while the diameter of 40 cm was chosen as the reference for overmature Scots pine stands. As a result, the parameters of a unified mathematical model of relative heights for immature, mature, and overmature stands of the main forest-forming tree species of Ukraine were established. Based on these models, height-diameter relationships in forest stands of different height classes were predicted. The authors demonstrated that the developed mathematical models substantially simplify the methodology of field work during timber surveys. The paper also presents models of the tree stem volume. These models predict the stem volume outside the bark based on diameters and heights of trees or using the developed models of h-d relationships. In this study, a unified system of mathematical models of stem volume by height classes were created for immature, mature, and overmature stands of the main forest-forming species of Ukraine. The results of the study are introduced to the National Forest Inventory of Ukraine for growing stock volume calculation at sample plot level using measurements of individual trees. The developed models can be used both by operation forestry (estimation of the timber volume during harvesting), and forest management (forecasting the future structure of forests and estimating the growing stock volume), as well as in the forest ecology.

Alternate abstract:

У більшості випадків забезпечити вимірювання діаметра та висот усіх дерев неможливе, тому на практиці під час визначення об'єму стовбурів прийнято застосовувати моделі співвідношення висоти та діаметра дерев у насадженні. Мета роботи полягає в розробці моделей співвідношення висоти та діаметра дерев для пристиглих, стиглих і перестійних деревостанів основних лісоутворювальних видів України, а також відповідних моделей об'єму стовбурів дерев зазначених категорій лісових насаджень. Дослідження базується на узагальненні багаторічних досліджень об'єму стовбурів, в основу яких покладено результати обміру близько 10 тис. модельних дерев. Моделювання співвідношення висоти і діаметра дерев у деревостанах виконувалося за допомогою відносних значень висоти. Використаний методичний підхід дозволив узагальнювати матеріали обміру модельних дерев у деревостанах різних лісорослинних умов, рівнів продуктивності та вікових категорій. За базове значення висоти під час моделювання приймалася середня висота дерев діаметром 24 см, для перестійних соснових деревостанів як базовий обирався діаметр 40 см. Встановлено параметри єдиної математичної моделі відносної висоти для пристиглих, стиглих і перестиглих деревостанів основних лісотвірних деревних видів України. На основі неї спрогнозовано можливі співвідношення висоти і діаметрів у насадженнях за різними розрядами висот. Обґрунтована можливість використання розроблених математичних моделей, що значно спрощує методику польових робіт. У роботі також представлено моделі об'єму стовбурів дерев. Зазначені моделі дозволяють спрогнозувати об'єми стовбурів у корі залежно від діаметра та висоти дерев, або, використовуючи розроблені співвідношення висот і діаметрів дерев. На основі проведеного дослідження було створено єдину систему математичних моделей об'єму стовбурів за розрядами висот для пристиглих, стиглих і перестиглих деревостанів основних лісоутворювальних видів України. Результати дослідження запропоновано використовувати під час національної інвентаризації лісів України для визначення запасу лісових насаджень на рівні пробних площ, використовуючи обміри окремих дерев. Розроблені моделі можуть використовуватися як для вирішення практичних задач лісового господарства (визначення об'єму деревини під час рубок), лісоуправління (прогнозування майбутньої структури лісів і оцінки запасів стовбурової деревини), так і під час дослідження екології лісових екосистем.