Калькулятор базальної площі для лісових дерев

Вступ

Калькулятор базальної площі є важливим інструментом для лісівників, екологів та лісових менеджерів для кількісної оцінки щільності дерев та структури лісу. Базальна площа представляє собою площу поперечного перерізу стовбурів дерев на висоті грудей (зазвичай 1,3 метра або 4,5 фути над землею) і є основним вимірюванням у лісовій інвентаризації та управлінні. Цей калькулятор дозволяє швидко визначити базальну площу окремих дерев або цілого лісового ділянки, ввівши діаметр на висоті грудей (DBH) для кожного дерева. Розуміючи базальну площу, лісівники можуть приймати обґрунтовані рішення щодо операцій проріджування, заготівлі деревини, оцінки середовища проживання диких тварин та моніторингу загального здоров'я лісу.

Вимірювання базальної площі надає цінні відомості про щільність лісового насадження, конкуренцію між деревами та потенційний обсяг деревини. Це є більш точною репрезентацією зайнятості лісу, ніж просте підрахування кількості дерев, оскільки враховує фактичний простір, зайнятий стовбурами дерев. Наш калькулятор базальної площі спрощує це критично важливе лісове обчислення, роблячи його доступним як для професіоналів, так і для студентів у цій галузі.

Що таке базальна площа?

Базальна площа визначається як площа поперечного перерізу стовбура дерева, виміряна на висоті грудей (1,3 метра або 4,5 фути над рівнем землі). Для одного дерева вона представляє собою площу гіпотетичного "зрізу" через стовбур дерева на висоті грудей. Коли вона обчислюється для лісового насадження, базальна площа представляє собою суму всіх індивідуальних базальних площ дерев, зазвичай виражену в квадратних метрах на гектар (м²/га) або квадратних футах на акр (фут²/акр).

Концепція базальної площі є особливо корисною, оскільки:

• Вона надає стандартизоване вимірювання щільності лісу
• Вона добре корелює з обсягом насадження та біомасою
• Вона вказує на рівень конкуренції між деревами
• Вона допомагає визначити відповідні інтенсивності проріджування
• Вона слугує вхідними даними для різних моделей росту лісу

Формула обчислення

Базальна площа дерева обчислюється за формулою:

$\text{Базальна площа} = \frac{\pi}{4} \times \text{DBH}^2$

Де:

• Базальна площа вимірюється в квадратних сантиметрах (см²) або квадратних метрах (м²)
• DBH (діаметр на висоті грудей) вимірюється в сантиметрах (см)
• π (Пі) приблизно 3,14159

Для практичних лісових застосувань базальна площа часто перетворюється в квадратні метри за допомогою:

$\text{Базальна площа (м²)} = \frac{\pi}{4} \times \text{DBH}^2 \times \frac{1}{10000}$

Ділення на 10 000 перетворює квадратні сантиметри в квадратні метри.

Для лісового насадження загальна базальна площа є сумою базальних площ усіх індивідуальних дерев:

$\text{Загальна базальна площа} = \sum_{i=1}^{n} \text{Базальна площа}_i$

Де n - це кількість дерев у насадженні.

Граничні випадки та міркування

• Дуже маленькі дерева: Дерева з DBH менше 1 см матимуть незначну базальну площу, але можуть бути враховані в комплексних лісових інвентаризаціях.
• Дуже великі дерева: Дерев'яні старожили з великими діаметрами непропорційно сприяють загальній базальній площі насадження.
• Неправильні стовбури: Формула передбачає круглі поперечні перерізи дерев, що може бути неточно для дерев з нерегулярними формами або корінням, що підпирає.
• Помилки вимірювання: Невеликі помилки в вимірюванні DBH можуть призвести до значних помилок у розрахунках базальної площі через квадратний член у формулі.

Як користуватися цим калькулятором

Наш калькулятор базальної площі розроблений так, щоб бути інтуїтивно зрозумілим і простим у використанні. Дотримуйтеся цих кроків, щоб обчислити базальну площу окремих дерев або лісових ділянок:

1. Введіть діаметри дерев: Введіть діаметр на висоті грудей (DBH) для кожного дерева в сантиметрах. Ви можете додати стільки дерев, скільки потрібно, натиснувши кнопку "Додати дерево".

2. Перегляньте індивідуальні результати: Калькулятор миттєво обчислить базальну площу для кожного дерева, коли ви вводите діаметри.

3. Отримайте загальну базальну площу: Калькулятор автоматично підсумовує базальні площі всіх дерев і відображає загальну базальну площу в квадратних метрах.

4. Візуалізуйте дані: Калькулятор включає компонент візуалізації, який допомагає вам зрозуміти відносний внесок кожного дерева в загальну базальну площу.

5. Скопіюйте результати: Використовуйте кнопку "Скопіювати результат", щоб скопіювати обчислену базальну площу для використання в звітах або подальшому аналізі.

Поради для точних вимірювань

• Вимірюйте DBH точно на висоті 1,3 метра (4,5 фути) над рівнем землі з боку, що піднімається.
• Використовуйте діаметричну стрічку (d-tape) для найточніших вимірювань DBH.
• Для дерев з нерегулярними стовбурами зробіть кілька вимірювань і використовуйте середнє значення.
• Виключайте дерева з DBH менше мінімального порогу, що стосується вашої інвентаризації (зазвичай 5 або 10 см).
• Для нахилених дерев вимірюйте DBH перпендикулярно до осі стовбура.

Сфери використання

Обчислення базальної площі є життєво важливими в численних лісових та екологічних застосуваннях:

Лісове управління

Лісівники використовують базальну площу для:

• Визначення щільності насадження та рівнів запасу
• Планування операцій проріджування для оптимізації росту дерев
• Оцінки обсягу деревини та потенційних обсягів заготівлі
• Моніторингу росту лісу з часом
• Розробки та впровадження лісогосподарських рекомендацій

Екологічні дослідження

Екологи та дослідники використовують базальну площу для:

• Кількісної оцінки структури та складу лісу
• Вивчення конкуренції між видами дерев
• Оцінки якості середовища проживання для диких тварин
• Моніторингу змін в екосистемах лісу
• Оцінки зберігання та секвестрації вуглецю

Охорона та відновлення

Практики охорони використовують базальну площу для:

• Встановлення базових умов для охоронюваних територій
• Моніторингу успіху проектів відновлення лісу
• Оцінки впливу порушень, таких як пожежі або хвороби
• Планування стратегій охорони для зникаючих типів лісу
• Порівняння структури лісу в різних місцях

Приклади застосування

1. Інвентаризація деревини: Лісівник вимірює DBH усіх дерев у вибірковій ділянці, щоб обчислити загальну базальну площу, що допомагає оцінити обсяг деревини та її вартість.

2. Рішення про проріджування: Обчисливши поточну базальну площу насадження (наприклад, 30 м²/га) і порівнявши її з цільовою базальною площею (наприклад, 20 м²/га), лісівник може визначити, скільки потрібно прорідити.

3. Оцінка середовища проживання диких тварин: Дослідники використовують вимірювання базальної площі для характеристики структури лісу та оцінки придатності середовища проживання для видів, які потребують специфічних щільностей лісу.

4. Секвестрація вуглецю: Вчені використовують базальну площу як вхідну змінну в моделях, що оцінюють кількість вуглецю, що зберігається в екосистемах лісу.

5. Моніторинг здоров'я лісу: Відстежуючи зміни в базальній площі з часом, менеджери можуть виявити зниження здоров'я лісу через захворювання, шкідників або зміни клімату.

Альтернативи базальній площі

Хоча базальна площа є широко використовуваною метрикою в лісівництві, існує кілька альтернативних або доповнюючих вимірювань:

Індекс щільності насадження (SDI)

SDI враховує як кількість дерев, так і їх розмір, що робить його корисним для порівняння насаджень з різними віковими структурами. Він обчислюється за формулою:

$\text{SDI} = N \times \left(\frac{\text{QMD}}{25}\right)^{1.605}$

Де N - це кількість дерев на гектар, а QMD - це квадратичний середній діаметр.

Відносна щільність (RD)

RD порівнює поточну щільність насадження з максимально можливою щільністю для дерев такого розміру та виду. Це допомагає визначити, коли насадження наближається до умов самопроріджування.

Індекс площі листя (LAI)

LAI вимірює загальну односторонню площу листя на одиницю площі ґрунту. Це особливо корисно для вивчення продуктивності лісу та перехоплення світла.

Індекс важливості (IVI)

Використовується в екологічних дослідженнях, IVI поєднує вимірювання відносної щільності, відносної домінантності (часто на основі базальної площі) та відносної частоти для оцінки загальної екологічної важливості видів у спільноті.

Історія базальної площі в лісівництві

Концепція базальної площі має багатий історичний контекст у розвитку сучасних лісових практик:

Ранні розробки

Використання базальної площі як метрики в лісівництві датується ранніми днями наукового лісівництва в 18 столітті в Німеччині. Німецький лісівник Генріх Котта (1763-1844) був одним з перших, хто розробив систематичні методи для інвентаризації та управління лісом, заклавши основи для кількісних вимірювань, таких як базальна площа.

Стандартизація в 19 столітті

До середини 19 століття європейські лісівники встановили стандартизовані методи вимірювання діаметрів дерев і обчислення базальної площі. Концепція поширилася в Північну Америку з установленням професійних лісівничих шкіл наприкінці 19 століття.

Сучасні застосування

20 століття стало свідком вдосконалення технік вимірювання базальної площі та їх інтеграції в комплексні системи інвентаризації лісу. Розробка методів вибіркового обліку з змінним радіусом (також відомого як призматичне облікування) Вальтера Біттерліха в 1940-х роках революціонізувала ефективність оцінки базальної площі в лісових інвентаризаціях.

Технологічні досягнення

Останні десятиліття стали свідками інтеграції вимірювань базальної площі з сучасними технологіями:

• Лазерні дендрометри для точних вимірювань діаметра
• Техніки дистанційного зондування для оцінки базальної площі на великих територіях
• Мобільні додатки, які розраховують базальну площу в польових умовах
• Інтеграція з ГІС для просторового аналізу структури лісу

Сьогодні базальна площа залишається основною метрикою в сталому управлінні лісами по всьому світу, а її застосування розширюється в дослідженнях зміни клімату, охороні біорізноманіття та оцінці екосистемних послуг.

Приклади коду для обчислення базальної площі

Ось приклади на різних мовах програмування для обчислення базальної площі:

1' Excel формула для базальної площі одного дерева (см²)
2=PI()*(A1^2)/4
3
4' Excel формула для базальної площі одного дерева (м²)
5=PI()*(A1^2)/40000
6
7' Excel VBA функція для загальної базальної площі
8Function TotalBasalArea(diameters As Range) As Double
9    Dim total As Double
10    Dim cell As Range
11    
12    total = 0
13    For Each cell In diameters
14        If IsNumeric(cell.Value) And cell.Value > 0 Then
15            total = total + (Application.WorksheetFunction.Pi() * (cell.Value ^ 2)) / 40000
16        End If
17    Next cell
18    
19    TotalBasalArea = total
20End Function
21

1import math
2
3def calculate_basal_area_cm2(dbh_cm):
4    """Обчислити базальну площу в квадратних сантиметрах."""
5    if dbh_cm <= 0:
6        return 0
7    return (math.pi / 4) * (dbh_cm ** 2)
8
9def calculate_basal_area_m2(dbh_cm):
10    """Обчислити базальну площу в квадратних метрах."""
11    return calculate_basal_area_cm2(dbh_cm) / 10000
12
13def calculate_total_basal_area(dbh_list):
14    """Обчислити загальну базальну площу для списку діаметрів дерев."""
15    return sum(calculate_basal_area_m2(dbh) for dbh in dbh_list if dbh > 0)
16
17# Приклад використання
18tree_diameters = [15, 22, 18, 30, 25]
19total_ba = calculate_total_basal_area(tree_diameters)
20print(f"Загальна базальна площа: {total_ba:.4f} м²")
21

1function calculateBasalArea(dbh) {
2  // dbh в сантиметрах, повертає базальну площу в квадратних метрах
3  if (dbh <= 0) return 0;
4  return (Math.PI / 4) * Math.pow(dbh, 2) / 10000;
5}
6
7function calculateTotalBasalArea(diameters) {
8  return diameters
9    .filter(dbh => dbh > 0)
10    .reduce((total, dbh) => total + calculateBasalArea(dbh), 0);
11}
12
13// Приклад використання
14const treeDiameters = [15, 22, 18, 30, 25];
15const totalBasalArea = calculateTotalBasalArea(treeDiameters);
16console.log(`Загальна базальна площа: ${totalBasalArea.toFixed(4)} м²`);
17

1public class BasalAreaCalculator {
2    public static double calculateBasalArea(double dbhCm) {
3        // Повертає базальну площу в квадратних метрах
4        if (dbhCm <= 0) return 0;
5        return (Math.PI / 4) * Math.pow(dbhCm, 2) / 10000;
6    }
7    
8    public static double calculateTotalBasalArea(double[] diameters) {
9        double total = 0;
10        for (double dbh : diameters) {
11            if (dbh > 0) {
12                total += calculateBasalArea(dbh);
13            }
14        }
15        return total;
16    }
17    
18    public static void main(String[] args) {
19        double[] treeDiameters = {15, 22, 18, 30, 25};
20        double totalBA = calculateTotalBasalArea(treeDiameters);
21        System.out.printf("Загальна базальна площа: %.4f м²%n", totalBA);
22    }
23}
24

1# R функція для обчислення базальної площі
2calculate_basal_area <- function(dbh_cm) {
3  # Повертає базальну площу в квадратних метрах
4  if (dbh_cm <= 0) return(0)
5  return((pi / 4) * (dbh_cm^2) / 10000)
6}
7
8calculate_total_basal_area <- function(dbh_vector) {
9  valid_dbh <- dbh_vector[dbh_vector > 0]
10  return(sum(sapply(valid_dbh, calculate_basal_area)))
11}
12
13# Приклад використання
14tree_diameters <- c(15, 22, 18, 30, 25)
15total_ba <- calculate_total_basal_area(tree_diameters)
16cat(sprintf("Загальна базальна площа: %.4f м²\n", total_ba))
17

1using System;
2
3public class BasalAreaCalculator
4{
5    public static double CalculateBasalArea(double dbhCm)
6    {
7        // Повертає базальну площу в квадратних метрах
8        if (dbhCm <= 0) return 0;
9        return (Math.PI / 4) * Math.Pow(dbhCm, 2) / 10000;
10    }
11    
12    public static double CalculateTotalBasalArea(double[] diameters)
13    {
14        double total = 0;
15        foreach (double dbh in diameters)
16        {
17            if (dbh > 0)
18            {
19                total += CalculateBasalArea(dbh);
20            }
21        }
22        return total;
23    }
24    
25    public static void Main()
26    {
27        double[] treeDiameters = {15, 22, 18, 30, 25};
28        double totalBA = CalculateTotalBasalArea(treeDiameters);
29        Console.WriteLine($"Загальна базальна площа: {totalBA:F4} м²");
30    }
31}
32

Часто задавані питання

Що таке базальна площа в лісівництві?

Базальна площа в лісівництві - це площа поперечного перерізу стовбура дерева, виміряна на висоті грудей (1,3 метра або 4,5 фути над землею). Для лісового насадження це сума всіх індивідуальних базальних площ дерев, зазвичай виражена в квадратних метрах на гектар (м²/га) або квадратних футах на акр (фут²/акр).

Чому базальна площа важлива в управлінні лісом?

Базальна площа важлива, оскільки вона надає стандартизоване вимірювання щільності лісу, добре корелює з обсягом насадження та біомасою, вказує на конкуренцію між деревами, допомагає визначити відповідні інтенсивності проріджування і слугує вхідними даними для різних моделей росту лісу.

Як вимірюється DBH (діаметр на висоті грудей)?

DBH вимірюється на стандартній висоті 1,3 метра (4,5 фути) над рівнем землі з боку, що піднімається. Зазвичай вимірюється за допомогою діаметричної стрічки (d-tape), яка безпосередньо перетворює вимірювання окружності на діаметр.

Яка хороша базальна площа для лісу?

Оптимальна базальна площа залежить від типу лісу, управлінських цілей і умов ділянки. Загалом:

• Для лісів, що вирощуються для деревини: 18-25 м²/га
• Для змішаних листяних лісів: 20-30 м²/га
• Для старих лісів: Може перевищувати 40 м²/га
• Для відкритих лісів: 5-15 м²/га

Як обчислюється базальна площа на гектар?

Базальна площа на гектар обчислюється шляхом:

1. Вимірювання DBH усіх дерев у вибірковій ділянці
2. Обчислення базальної площі кожного дерева
3. Підсумовування цих значень для отримання загальної базальної площі в ділянці
4. Ділення на площу ділянки в гектарах
5. Множення на відповідний коефіцієнт розширення

Чи можу я оцінити базальну площу без вимірювання кожного дерева?

Так, лісівники часто використовують методи вибіркового обліку, такі як облікові ділянки з змінним радіусом (призматичне облікування) або фіксовані ділянки, щоб ефективно оцінити базальну площу на великих лісових територіях без вимірювання кожного дерева.

Як базальна площа пов'язана з секвестрацією вуглецю?

Базальна площа позитивно корелює з біомасою та зберіганням вуглецю. Ліси з вищими базальними площами зазвичай зберігають більше вуглецю, хоча зв'язок варіюється в залежності від видів, віку та умов ділянки. Вимірювання базальної площі часто використовуються як вхідні дані в моделях оцінки вуглецю.

Посилання

1. Avery, T.E., & Burkhart, H.E. (2015). Forest Measurements (5th ed.). Waveland Press.

2. Husch, B., Beers, T.W., & Kershaw, J.A. (2003). Forest Mensuration (4th ed.). John Wiley & Sons.

3. West, P.W. (2009). Tree and Forest Measurement (2nd ed.). Springer.

4. Van Laar, A., & Akça, A. (2007). Forest Mensuration. Springer.

5. Kershaw, J.A., Ducey, M.J., Beers, T.W., & Husch, B. (2016). Forest Mensuration (5th ed.). Wiley-Blackwell.

6. Society of American Foresters. (2018). The Dictionary of Forestry. Society of American Foresters.

7. Food and Agriculture Organization of the United Nations. (2020). Global Forest Resources Assessment 2020. FAO. https://www.fao.org/forest-resources-assessment/en/

8. USDA Forest Service. (2021). Forest Inventory and Analysis National Program. https://www.fia.fs.fed.us/

9. Bitterlich, W. (1984). The Relascope Idea: Relative Measurements in Forestry. Commonwealth Agricultural Bureaux.

10. Pretzsch, H. (2009). Forest Dynamics, Growth and Yield: From Measurement to Model. Springer.

---

Пропозиція мета заголовка: Калькулятор базальної площі для лісових дерев: Обчисліть DBH та щільність лісу

Пропозиція мета опису: Обчисліть базальну площу лісових дерев за допомогою нашого безкоштовного онлайн-інструменту. Введіть діаметр на висоті грудей (DBH), щоб виміряти щільність лісу та структуру для управління лісом.