Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек



Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек
Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек

 


Владельцы патента RU 2489717:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет (RU)

Изобретение относится к лесной промышленности и может быть использовано для анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек. Для этого проводят выбор учетного дерева ели и ее мутовку. Затем выбирают ветвь первого порядка внутри выбранной мутовки с измерением геодезического направления ее стебля, с конца стебля срезают основную пробу в виде веточки для анализа ее водоудерживающей способности. После срезки каждую веточку помещают в емкость для транспортировки. Определяют ретроспективный возраст выбранных ветвей, начиная с терминального побега, после срезки с отметкой текущего времени срезания и номера мутовки. В лабораторных условиях срезанные веточки взвешивают с записью в журнал времени, прошедшего после срезки каждой веточки до момента взвешивания. Разделяют каждую веточку на черешок и пробу хвоинок, причем черешок и пробу хвоинок также взвешивают с указанием момента времени измерения, а после многократного взвешивания черешков и проб хвоинок со срезанных веточек с сушкой их в комнатных условиях до достижения постоянной массы сосчитывают количество хвоинок в каждой пробе. Изобретение обеспечивает комплексность анализа кроны ели. 18 з.п. ф-лы, 19 ил., 4 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к экологической таксации лесных, нелесных и одиночных деревьев ели и оно может быть использовано в природообустройстве и инженерной экологии, дендроэкологическом мониторинге, защите и охране окружающей природной среды путем анализа результатов измерений распределения в кроне и испытаний годичных веточек ели. Анализ кроны учетных деревьев ели можно проводить при однократной или многократной экологической оценке городских и лесных территорий по вегетационным периодам развития и роста еловых веточек по разным мутовкам кроны с южной стороны ели.

Известен способ испытания еловых хвоинок от веточек учетного дерева ели по патенту №2408184, включающий выбор учетных деревьев ели, находящихся под различным антропогенным воздействием, взятие проб в виде веточек ели, отделение хвоинок от каждого стебелька, причем после выбора учетного дерева ели выбирают мутовку, после этого на выбранной ветви намечают веточки одного года возраста, в дальнейшем хвоинки раскладывают в емкости для сушки в комнатных условиях, а после срезки и в процессе сушки пробы хвоинок от каждой веточки взвешивают на весах с погрешностью измерений 0,0005 грамм.

Недостатком является отсутствие геометрической привязки годичных веточек и массы их хвоинок к структуре и параметрам кроны учетной ели.

Известен также способ испытания дерева ели для оценки влагоудерживающей способности срезанных веточек по патенту №2411717, включающий выбор учетного дерева ели и ее мутовку, затем выбирают ветвь первого порядка внутри выбранной мутовки с измерением геодезического направления ее стебля, с конца стебля срезают основную пробу в виде веточки для анализа ее влагоудерживающей способности, после срезки каждую веточку помещают в емкость для транспортировки, а затем все срезанные веточки в лабораторных условиях многократно взвешивают с сушкой в комнатных условиях до достижения постоянной массы.

Недостатком также является отсутствие геометрической привязки годичных веточек и массы их хвоинок к структуре и параметрам кроны учетной ели. Поэтому по результатам испытания веточек на влагоудерживающую способность не удается по прототипу провести анализ кроны учетной ели. При этом высушивание всех срезанных веточек без разделения каждой веточки на хвою и черешок не дает возможности изучать содержание влаги и относительную влажность отдельно в черешке и хвоинках.

При этом анализ кроны у учетной ели можно проводить только по одному геодезическому направлению, например, для экологической оценки месса произрастания учетной ели только южную сторону.

Измерения с южной стороны известны. В испытаниях, например, по патенту №2194385, для экологического мониторинга берутся пробы с южной стороны учетного дерева ели, а для технологического мониторинга для целей выращивания высококачественной технической древесины ствола - с северной стороны.

Таким образом, объект измерения известен в виде веточек от ветвей из различных мутовок дерева ели с южной стороны растения, но прототип не позволяет сопоставлять результаты испытаний веточек в целом, а также их частей в идее черешков и хвоинок по отдельным мутовкам по всей высоте растущей учетной ели.

Технический результат - повышение комплексности анализа кроны учетной ели по результатам измерений и испытаний каждой веточки, срезанной осенью или вначале зимы с одного геодезического направления, например, для экологической оценки места произрастания ели с южной ее стороны, причем по одной годичной веточке у каждой южной ветви по всем мутовкам ели без учета ее терминального побега.

Этот технический результат достигается тем, что способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек, включающий выбор учетного дерева ели и ее мутовку, затем выбирают ветвь первого порядка внутри выбранной мутовки с измерением геодезического направления ее стебля, с конца стебля срезают основную пробу в виде веточки для анализа ее водоудерживающей способности, после срезки каждую веточку помещают в емкость для транспортировки, а затем все срезанные веточки в лабораторных условиях многократно взвешивают с сушкой в комнатных условиях до достижения постоянной массы, отличающийся тем, что после определения учетного дерева ели выбирают геодезическое направление, затем по высоте учетного дерева ели в заданном геодезическом направлении выбирают ветви первого порядка в части мутовок или во всех мутовках, определяют ретроспективный возраст выбранных в мутовках ветвей, начиная с терминального побега у учетного дерева ели, после срезки с отметкой текущего времени срезания и номера мутовки, а также последующей транспортировки каждой срезанной веточки в отдельной емкости, в лабораторных условиях срезанные веточки взвешивают с записью в журнал наблюдения времени, прошедшей после срезки каждой веточки до момента взвешивания, затем разделяют каждую веточку на черешок и пробу хвоинок, причем черешок и пробу хвоинок также взвешивают с указанием момента времени измерения, а после многократного взвешивания черешков и проб хвоинок со срезанных веточек с сушкой их в комнатных условиях до достижения постоянной массы сосчитывают количество хвоинок в каждой пробе, после достижения постоянной массы у проб хвоинок по измеренным значениям текущей массы выполняют моделирование динамики сушки проб хвоинок, затем по полученным статистическим моделям динамики сушки выписывают расчетные значения массы сухой пробы хвоинок и массы влаги, содержащейся в пробе хвоинок в момент времени срезания веточек, при этом суммированием получают общую расчетную массу хвои срезанной веточки, которую сравнивают для оценки погрешности моделирования с измеренными на весах значениями массы хвоинок веточки, кроме этого по измеренным данным делением сухой и сырой массы хвои веточки и массы влаги в ней вычисляют средние значения удельной массы одной хвоинки, и по всем измеренным и расчетным данным выполняют идентификацию биотехнических закономерностей изменения параметров массы в зависимости от ретроспективного возраста веточек учетного дерева ели.

Веточки срезают от ветвей из всех или различных по группам распределения мутовок с южной стороны учетного дерева ели, причем за южную сторону принимается ветвь, у которой продольная ось стебля находится по азимуту в пределах ±15 градусов от южного геодезического направления.

Общее количество направлений может быть равно 12 и в особых случаях испытания учетного дерева ели может быть взято до 12 веточек с каждой мутовки, что дает возможность оценить влияние внешней среды по 12 направлениям или же по количеству ветвей в каждой мутовке, причем при учете числа ветвей в мутовках измеряется азимут каждой ветви первого порядка по направлению ее стебля.

Южная сторона дерева ели дает наибольшую изменчивость в параметрах физиологических процессов развития и роста хвоинок и годичных веточек, поэтому через массу однолетних веточек наилучшими образом выявляются биотехнические закономерности влияния экологического состояния воздуха, воды и почвы на месте произрастания учетной ели в вегетационный период.

Взятие годичных веточек выполняют в конце вегетационного периода у хвоинок в октябре или ноябре месяце.

Срезка одной веточки на конце на один вегетационный период не приводит к разрушению структуры веточек на одной ветви, поэтому испытания веточек можно продолжить на одном и том же учетном дереве ели многократно, что позволяет наладить простой экологический мониторинг территории на 10-25 лет.

Для повышения уровня коррелятивной вариации показателей оценки экологического режима на данной территории принимают несколько учетных деревьев ели, при этом каждая учетная ель оценивается по годичным веточкам отдельно, с учетом индивидуальных особенностей развития и роста ее веточек и ветвей, при этом по параметрам влагоудерживающей способности хвои у веточек разных учетных деревьев ели проводится факторный анализ для возможности среднестатистической оценки по коррелятивной вариации экологической обстановки на прошлый вегетационный период и экологического режима за периоды многолетних наблюдений.

После первой серии испытаний веточек от одной ветви с каждой мутовки, исключая терминальный побег, на второй и последующие года годичные веточки срезаются с южной стороны только у нижних мутовок, причем первая серия опытов позволяет выявить основные биотехнические закономерности изменения параметров водоудерживающей способности у хвои веточек по всей высоте дерева и всему ретроспективному возрасту мутовок, начиная от второй после терминального побега мутовки и завершая приземной мутовкой, при этом многосерийные испытания годичных веточек снижает трудоемкость экспериментов, в ходе экологического мониторинга уточнять ранее выявленные закономерности на основе учета новых факторов внешней среды.

Веточки срезаются от биогруппы или даже куртины деревьев ели, находящихся в естественном процессе развитии и роста популяции еловой породы древесных растений, причем на молодых учетных деревьях ели веточки срезаются с южной стороны по всем мутовкам, а от взрослых деревьев ели срезка веточек выполняется только с нижних мутовок, что повышает комплексность экологической оценки от одной особи до всей биогруппы, семейства или даже всего лесного ельника.

По измеренным значениям текущей массы выполняют моделирование динамики сушки проб хвоинок по формуле:

m = m 1 + m 2 = m 1 + m в 0 exp ( a 1 t a 2 ) ,

где m - динамическая масса пробы хвои с одной веточки ели, г;

m1 - масса сухой хвои после естественной сушки, г;

m2 - динамическая масса влаги, содержащейся в растительной массе хвоинок с одной веточки в процессе естественной сушки, г;

mв0 - масса влаги в хвое при срезании веточки, г;

t - текущее время естественной сушки хвоинок с одной веточки ели с момента ее срезания, ч;

a 1, a 2 - параметры формулы динамики удерживания влаги растительной массой хвоинок после срезания веточки, причем:

a 1 - активность спада водоудерживающей способности хвоинок по закону гибели;

a 2 - интенсивность спада по закону гибели водоудерживающей способности срезанной с одной веточки хвои.

Суммированием получают общую расчетную массу хвои срезанной веточки по формуле:

mt=0=m1+mв0,

где mt=0 - расчетная масса хвои одной срезанной веточки, г;

m1 - масса сухой хвои после естественной сушки, г;

mв0 - масса влаги в хвое при срезании веточки, г.

Общую расчетную массу хвои срезанной веточки, для оценки погрешности статистического моделирования, сравнивают с измеренными на весах фактическими значениями массы хвоинок веточки по формуле

Δ = 100 ( m ф m t = 0 ) / m ф ,

где Δ - относительная погрешность моделирования, %;

mф - фактически измеренная при первом взвешивании после срезания масса пробы хвоинок с одной веточки, г;

mt=0 - расчетная масса хвои одной срезанной веточки, г.

По измеренным данным делением сухой и сырой массы хвои веточки и массы влаги в ней вычисляют средние значения удельной массы одной хвоинки по формулам:

- масса сухой хвоинки в среднем m 1 ' , мг

m 1 ' = m 1 / N ;

- масса воды в сырой хвоинке в среднем m в 0 ' , мг

m в 0 ' = m в 0 / N ;

- масса свежей хвоинки в среднем m t = 0 ' , мг

m t = 0 ' = m t = 0 / N ,

где m1 - масса сухой хвои после естественной сушки, г;

mв0 - масса влаги в хвое при срезании веточки, г;

mt=0 - расчетная масса хвои одной срезанной веточки, г;

N - количество хвоинок в одной срезанной веточке, шт.

По измеренным значениям текущей массы высушиваемой хвои после моделирования идентификацией закона динамики сушки проб хвоинок вычисляют показатели относительной влажности проб хвои веточки по формулам:

- начальную влажность W0 (%) хвои срезанной веточки

W0=100mв0/m1;

- безразмерный закон водоудерживающей способности срезанной хвои веточки

W = 1 0 0 m в 0 m 1 e x p ( a 1 t a 2 ) ;

- безразмерный закон обезвоживания хвои веточки

W 0 - W = 1 0 0 m в 0 m 1 ( 1 - e x p ( a 1 t a 2 ) ) ,

где W0 - начальная относительная влажность сырых хвоинок веточки, %;

W - динамическая относительная влажность пробы хвои от одной веточки в конце ветви мутовки ели в процессе естественной сушки, %;

m1 - масса сухой хвои после естественной сушки, г;

mв0 - масса влаги в хвое при срезании веточки, г;

t - текущее время естественной сушки хвоинок с одной веточки ели с момента ее срезания, ч.

Водоудерживающая способность пробы хвоинок веточки ели определяется как отношение динамически удерживаемой в процессе сушки воды к отнятой массе воды по формулам:

KBC=W/(W0-W);

K B C = 1 e x p ( a 1 t a 2 ) 1 ,

где KBC - коэффициент водоудерживающей способности растений;

W - динамическая относительная влажность пробы хвои от одной веточки в конце ветви мутовки ели в процессе естественной сушки, %;

W0 - начальная относительная влажность сырых хвоинок веточки, %;

t - текущее время естественной сушки хвоинок с одной веточки ели с момента ее срезания, ч;

a 1 - активность спада водоудерживающей способности хвоинок по закону гибели;

a 2 - интенсивность спада по закону гибели водоудерживающей способности срезанной с одной веточки хвои.

После моделирования идентификацией закона динамики сушки вычисляют фактический период обезвоживания проб хвоинок веточки при разнице относительной влажности между предыдущим и последующим замерами динамической массы у пробы хвоинок веточки при условии не более 0,1% от значений относительной динамической влажности.

Сущность технического решения заключается в том, что ветви вырастают в мутовках не случайным, а вполне определенным образом. Поэтому общее количество живых годичных веточек в каждой ветви и в любой мутовке вырастает исходя из взаимодействия нескольких сил:

во-первых, организм каждой веточки существует обособленно от других веточек и это определяет пластичность поведения всей ели;

во-вторых, каждая веточка питается минеральными веществами от корневой системы, то есть от общего материнского дерева, поэтому зависит от общего физиологического состояния и поведения всего учетного дерева ели; ель в целом и ее структурные элементы, в том числе веточки и хвоинки, живет по генетически заданной и подкрепленной прошлым ростом и развитием кроны, то есть питание продуктами от фотосинтеза;

в-третьих, противодействие этому напору жизни (давление жизни по В.И.Вернадскому) дерева в ходе его биологического времени со стороны фенотипических факторов среды, прежде всего антропогенного воздействия, нарастает и постепенно прекращает дальнейшую генерацию веточек на концах ветвей мутовок;

в-четвертых, генерация веточек во многом зависит от геодезической ориентации стебля и других элементов ветви, поэтому для анализа кроны и сопоставления учетных деревьев ели, произрастающих в различных по условиям загрязнения воздуха, следует принять одно направление - южное.

Сущность технического решения заключается также в том, что за южную сторону дерева ели принимаются ветви, стебли которых в каждой мутовки по высоте дерева направлены относительно южного геодезического направления в горизонтальном сегменте с углами 180±15 градусов при отсчете азимута относительно главного северного направления света. Тогда общее количество направлений может быть равно 12 и в особых случаях испытания учетного дерева ели может быть взято до 12 веточек с каждой мутовки. В этом случае появляется возможность оценить влияние внешней среды по 12 направлениям или же по количеству ветвей в мутовке. При учете числа ветвей в мутовках измеряется азимут каждой ветви первого порядка по направлению ее стебля.

Сущность технического решения заключается также в том, что южная сторона дерева ели дает наибольшую изменчивость в параметрах физиологических процессов развития и роста хвоинок и годичных веточек, поэтому через массу однолетних (точнее, с марта по сентябрь) веточек наилучшими образом выявляются биотехнические закономерности влияния экологического состояния воздуха, воды и почвы на месте произрастания учетной ели в вегетационный период.

Сущность технического решения заключается также и в том, что срезка одной веточки на конце на один вегетационный период не приводит к разрушению структуры веточек на одной ветви, поэтому испытания веточек можно продолжить на одном и том же учетном дереве ели многократно, что позволяет наладить простой экологический мониторинг территории на 10-25 лет. Если же учесть возможность взятия веточек из концов ветвей разного геодезического направления, то, с учетом поправок на стороны света, одним учетным деревом ели можно проводить непредвзятый и очень точный по результатам измерений экологический мониторинг во всю продолжительность ее жизнедеятельности. Для повышения уровня коррелятивной вариации экологического режима на данной территории можно принять несколько учетных деревьев ели. Но при этом каждая ель оценивается отдельно, с учетом индивидуальных особенностей развития и роста веточек и ветвей. А по параметрам водоудерживающей способности хвои у веточек разных учетных деревьев ели проводится факторный анализ для возможности среднестатистической оценки по коррелятивной вариации экологической обстановки (на прошлый вегетационный период) и экологического режима за периоды многолетних наблюдений за деревьями, измерений веток и испытаний веточек с хвоей.

Сущность технического решения заключается также и в том, что после первой серии испытаний веточек от одной ветви с каждой мутовки, исключая терминальный побег, на второй и последующие года можно срезать веточки с южной стороны только у нижних мутовок. Первая серия опытов позволяет выявить основные биотехнические закономерности изменения параметров хвои веточек по всей высоте дерева и всему ретроспективному возрасту мутовок, начиная от второй после терминального побега мутовки и завершая приземной мутовкой. Это позволяет не только снизить трудовые затраты на эксперименты, но и узнавать в ходе экологического мониторинга уточняющие ранее выявленные закономерности на основе учета новых факторов внешней среды.

Сущность технического решения заключается также и в том, что веточки срезаются от биогруппы или даже куртины деревьев ели, находящихся в естественном процессе развитии и роста популяции (семейства) еловой породы древесных растений. Тогда, например, на молодых учетных деревьях ели проводиться срезка веточке с южной стороны по всем мутовкам, а со взрослых деревьев ели срезка веточек выполняется только с нижних мутовок. Такой вариант предлагаемо8о способа позволяет повысить уровень комплексности экологической оценки от одно особи до биогруппы. семейства или даже до всего ельника.

Положительный эффект заключается в том, что повышается комплексность анализа кроны учетной ели по результатам измерений и испытаний каждой веточки из ветвей южного направления, расположенных на разных мутовках (части или всех) и повышается точность экологической оценки прошедшего до срезки веточек вегетационного периода. При этом веточки можно срезать из разных сочетаний мутовок, например, из сформировавшихся за несколько лет и относительно окрепших физически. Тогда оставляется на доращивание не только терминальный побег, но и смежные верхние мутовки, например, до 3-4 летнего ретроспективного возраста. В этом случае изъятие веточек с нижних мутовок молодых деревьев ели не оказывает существенного влияния на здоровье растения. В разновозрастном ельнике без применения подъемников и других приспособлений (например, кусторезов со штангами и кусачками, обеспечивающими срезку веточке до уровня 8 метров) удается срезать веточки и с крупных деревьев ели, например, материнских семенных деревьев.

Существенной новизной является привязка срезанной веточки и испытанной ее хвои к структуре кроны ели с различных сторон света, появляется возможность поиска принципиально новых научно-технических решений, после накопления достаточных экспериментальных данных, анализа взаимодействия крон соседних деревьев ели, учтенных в биогруппе, куртине и даже в ельнике.

Существенной новизной в предлагаемом научно-техническом решении становится также и то, что появляется практическая возможность экологической оценки места произрастания учетной ели по свойствам хвои веточек на разных уровнях мутовок с южных ветвей. Эти свойства хвои отдельных веточек в зависимости от ретроспективного возраста мутовки (по защищаемым в первом пункте формулы изобретения отличительным признакам) относятся к фундаментальным исследованиям в физиологии древесных растений.

Из научно-технической и патентной литературы материалов, порочащих новизну предлагаемого способа, не обнаружено.

На фиг.1 приведена схема ветви 1 со срезаемой крайней по стеблю веточкой 2; на фиг.2 показана принципиальная расчетная схема динамики массы хвои веточки в процессе естественной сушки в комнатных условиях; на фиг.3 - то же на фиг.2 динамики относительной влажности высушиваемой пробы хвои от одной веточки; на фиг.4 дан график закона динамики естественной сушки пробы хвоинок с южной веточки ели от первой мутовки; на фиг.5 - то же на фиг.4 от 17-ой мутовки; на фиг.6 изображен график тренда изменения численности хвоинок в веточках в зависимости от ретроспективного возраста мутовок учетной ели; на фиг.7 - то же на фиг.6 по тренду и трем волновым составляющим колебательного возмущения численности хвоинок в веточках; на фиг.8 показан график влияния ретроспективного возраста мутовки (или веточки на ее южной ветви) на изменение массы сухой хвои веточки по всем 17 мутовкам; на фиг.9 - то же на фиг.8 массы воды в сырой хвое веточки; на фиг.10 - то же на фиг.8 массы сырой хвои веточки; на фиг.11 показан график влияния ретроспективного возраста мутовки на параметр активности a 1 закона спада массы в динамике сушки в комнатных условиях; на фиг.12 - то же на фиг.11 по параметру интенсивности a 2; на фиг.13 показан график тренда влияния ретроспективного возраста мутовки на влажность сырой хвои веточки; на фиг.14 - то же на фиг.13 график общей модели с волновыми составляющими; на фиг.15 показан график трехчленного тренда влияния ретроспективного возраста мутовки на коэффициент водоудерживающей способности хвои веточки; на фиг.16 - то же на фиг.15 по общей модели с волновыми составляющими колебательного возмущение годичных веточек; на фиг.17 изображен график влияния ретроспективного возраста мутовки на массу сухой хвоинки в среднем по всей срезанной веточке; на фиг.18 - то же на фиг.17 по массе воды в одной сырой хвоинке; на фиг.19 - то же на фиг.17 по массе сырой хвоинки в среднем по веточке всех 17 мутовок ученой ели.

Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек включает следующие действия.

После определения учетного дерева ели выбирают геодезическое направление, затем по высоте учетного дерева ели в заданном геодезическом направлении выбирают ветви 1 первого порядка в части мутовок или во всех мутовках. Затем определяют ретроспективный возраст выбранных в мутовках ветвей, начиная с терминального побега у учетного дерева ели. После срезки с отметкой текущего времени срезания и номера мутовки, а также последующей транспортировки каждой срезанной веточки в отдельной емкости, в лабораторных условиях срезанные веточки 2 взвешивают с записью в журнал наблюдения времени, прошедшей после срезки каждой веточки до момента взвешивания.

Затем разделяют каждую веточку на черешок и пробу хвоинок, причем черешок и пробу хвоинок также взвешивают с указанием момента времени измерения. А после многократного взвешивания черешков и проб хвоинок со срезанных веточек с сушкой их в комнатных условиях до достижения постоянной массы сосчитывают количество хвоинок в каждой пробе. После достижения постоянной массы у проб хвоинок по измеренным значениям текущей массы выполняют моделирование динамики сушки проб хвоинок.

По полученным статистическим моделям динамики сушки выписывают расчетные значения массы сухой пробы хвоинок и массы влаги, содержащейся в пробе хвоинок в момент времени срезания веточек. При этом суммированием получают общую расчетную массу хвои срезанной веточки, которую сравнивают для оценки погрешности моделирования с измеренными на весах значениями массы хвоинок веточки.

Кроме этого по измеренным данным делением сухой и сырой массы хвои веточки и массы влаги в ней вычисляют средние значения удельной массы одной хвоинки.

По всем измеренным и расчетным данным выполняют идентификацию биотехнических закономерностей изменения параметров массы в зависимости от ретроспективного возраста веточек учетного дерева ели.

Веточки срезают от ветвей из всех или различных по группам распределения мутовок с южной стороны учетного дерева ели, причем за южную сторону принимается ветвь, у которой продольная ось стебля находится по азимуту в пределах ±15 градусов от южного геодезического направления.

Общее количество направлений может быть равно 12 и в особых случаях испытания учетного дерева ели может быть взято до 12 веточек с каждой мутовки, что дает возможность оценить влияние внешней среды по 12 направлениям или же по количеству ветвей в каждой мутовке, причем при учете числа ветвей в мутовках измеряется азимут каждой ветви первого порядка по направлению ее стебля.

Южная сторона дерева ели дает наибольшую изменчивость в параметрах физиологических процессов развития и роста хвоинок и годичных веточек, поэтому через массу однолетних веточек наилучшими образом выявляются биотехнические закономерности влияния экологического состояния воздуха, воды и почвы на месте произрастания учетной ели в вегетационный период.

Взятие годичных веточек выполняют в конце вегетационного периода у хвоинок в октябре или ноябре месяце.

Срезка одной веточки на конце на один вегетационный период не приводит к разрушению структуры веточек на одной ветви, поэтому испытания веточек можно продолжить на одном и том же учетном дереве ели многократно, что позволяет наладить простой экологический мониторинг территории на 10-25 лет.

Для повышения уровня коррелятивной вариации показателей оценки экологического режима на данной территории принимают несколько учетных деревьев ели, при этом каждая учетная ель оценивается по годичным веточкам отдельно, с учетом индивидуальных особенностей развития и роста ее веточек и ветвей. При этом по параметрам влагоудерживающей способности хвои у веточек разных учетных деревьев ели проводится факторный анализ для возможности среднестатистической оценки по коррелятивной вариации экологической обстановки на прошлый вегетационный период и экологического режима за периоды многолетних наблюдений.

После первой серии испытаний веточек от одной ветви с каждой мутовки, исключая терминальный побег, на второй и последующие года годичные веточки срезаются с южной стороны только у нижних мутовок. Причем первая серия опытов позволяет выявить основные биотехнические закономерности изменения параметров водоудерживания у хвои веточек по всей высоте дерева и всему ретроспективному возрасту мутовок, начиная от второй после терминального побега мутовки и завершая приземной мутовкой. При этом многосерийные испытания годичных веточек снижает трудоемкость экспериментов, в ходе экологического мониторинга уточнять ранее выявленные закономерности на основе учета новых факторов внешней среды.

Веточки срезаются от биогруппы или даже куртины деревьев ели, находящихся в естественном процессе развитии и роста популяции еловой породы древесных растений. Причем на молодых учетных деревьях ели веточки срезаются с южной стороны по всем мутовкам, а от взрослых деревьев ели срезка веточек выполняется только с нижних мутовок, что повышает комплексность экологической оценки от одной особи до всей биогруппы, семейства или даже всего лесного ельника.

Далее выполняют действия по моделированию и расчетам на основе полученных биотехнических закономерностей.

Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек реализуется, например, при экологической оценке территории городской среды, следующим образом.

На городской территории выделяется участок с одной или несколькими учетными деревьями ели.

Визуально далее составляют описание значений свойств выбранного учетного дерева и места его произрастания, наносят с помощью компаса на ствол отметки о южной стороне ели, устанавливают местоположения шейки корня. Измерения вдоль ствола выполняют от шейки корня до верхушки терминального побега по мутовкам ветвей кроны, а расстояния между мутовками измеряют сверху вниз. При этом за начало координат принимают верхнюю точку терминального побега ели.

После определения учетного дерева ели выбирают геодезическое направление, затем по высоте учетного дерева ели в заданном геодезическом направлении выбирают ветви 1 первого порядка в части мутовок или во всех мутовках. Затем определяют ретроспективный возраст выбранных в мутовках ветвей, начиная с терминального побега у учетного дерева ели. После срезки с отметкой текущего времени срезания и номера мутовки, а также последующей транспортировки каждой срезанной веточки 2 в отдельной емкости, в лабораторных условиях срезанные веточки взвешивают с записью в журнал наблюдения времени, прошедшей после срезки каждой веточки до момента взвешивания.

Затем разделяют каждую веточку на черешок и пробу хвоинок, причем черешок и пробу хвоинок также взвешивают с указанием момента времени измерения. А после многократного взвешивания черешков и проб хвоинок со срезанных веточек с сушкой их в комнатных условиях до достижения постоянной массы сосчитывают количество хвоинок в каждой пробе. После достижения постоянной массы у проб хвоинок по измеренным значениям текущей массы выполняют моделирование динамики сушки проб хвоинок.

По полученным статистическим моделям динамики сушки выписывают расчетные значения массы сухой пробы хвоинок и массы влаги, содержащейся в пробе хвоинок в момент времени срезания веточек. При этом суммированием получают общую расчетную массу хвои срезанной веточки, которую сравнивают для оценки погрешности моделирования с измеренными на весах значениями массы хвоинок веточки.

Кроме этого по измеренным данным делением сухой и сырой массы хвои веточки и массы влаги в ней вычисляют средние значения удельной массы одной хвоинки.

По всем измеренным и расчетным данным выполняют идентификацию биотехнических закономерностей изменения параметров массы в зависимости от ретроспективного возраста веточек учетного дерева ели.

Веточки срезают от ветвей из всех или различных по группам распределения мутовок с южной стороны учетного дерева ели, причем за южную сторону принимается ветвь, у которой продольная ось стебля находится по азимуту в пределах ±15 градусов от южного геодезического направления.

Общее количество направлений может быть равно 12 и в особых случаях испытания учетного дерева ели может быть взято до 12 веточек с каждой мутовки, что дает возможность оценить влияние внешней среды по 12 направлениям или же по количеству ветвей в каждой мутовке, причем при учете числа ветвей в мутовках измеряется азимут каждой ветви первого порядка по направлению ее стебля.

Южная сторона дерева ели дает наибольшую изменчивость в параметрах физиологических процессов развития и роста хвоинок и годичных веточек, поэтому через массу однолетних веточек наилучшими образом выявляются биотехнические закономерности влияния экологического состояния воздуха, воды и почвы на месте произрастания учетной ели в вегетационный период.

Взятие годичных веточек выполняют в конце вегетационного периода у хвоинок в октябре или ноябре месяце.

Срезка одной веточки на конце на один вегетационный период не приводит к разрушению структуры веточек на одной ветви, поэтому испытания веточек можно продолжить на одном и том же учетном дереве ели многократно, что позволяет наладить простой экологический мониторинг территории на 10-25 лет.

Для повышения уровня коррелятивной вариации показателей оценки экологического режима на данной территории принимают несколько учетных деревьев ели, при этом каждая учетная ель оценивается по годичным веточкам отдельно, с учетом индивидуальных особенностей развития и роста ее веточек и ветвей. При этом по параметрам влагоудерживающей способности хвои у веточек разных учетных деревьев ели проводится факторный анализ для возможности среднестатистической оценки по коррелятивной вариации экологической обстановки на прошлый вегетационный период и экологического режима за периоды многолетних наблюдений.

После первой серии испытаний веточек от одной ветви с каждой мутовки, исключая терминальный побег, на второй и последующие года годичные веточки срезаются с южной стороны только у нижних мутовок. Причем первая серия опытов позволяет выявить основные биотехнические закономерности изменения параметров водоудерживания у хвои веточек по всей высоте дерева и всему ретроспективному возрасту мутовок, начиная от второй после терминального побега мутовки и завершая приземной мутовкой. При этом многосерийные испытания годичных веточек снижает трудоемкость экспериментов, в ходе экологического мониторинга уточнять ранее выявленные закономерности на основе учета новых факторов внешней среды.

Веточки срезаются от биогруппы или даже куртины деревьев ели, находящихся в естественном процессе развитии и роста популяции еловой породы древесных растений. Причем на молодых учетных деревьях ели веточки срезаются с южной стороны по всем мутовкам, а от взрослых деревьев ели срезка веточек выполняется только с нижних мутовок, что повышает комплексность экологической оценки от одной особи до всей биогруппы, семейства или даже всего лесного ельника.

Далее выполняют действия по моделированию и расчетам на основе полученных биотехнических закономерностей.

Пример. Измерения проводили осенью, в конце вегетационного периода годичных веточек ели.

Для проведения эксперимента было выбрано одно учетное дерево ели европейской, растущее на территории городской местности. Экологическое состояние ели на период измерений (октябрь 2010 г.) нормальное, она обладает обильным покровом хвои с мутовчатым ветвлением, хвоинки темно-зеленого цвета, игловидные и колючие. Из всего визуального наблюдения можно сделать вывод, что учетная ель находится в хорошем физиологическом состоянии, несмотря на расположение в городской среде.

Учетная ель имеет биологический возраст 18 лет и 17 мутовок от терминального побега (нулевой ранг и годичный возраст). Веточка 2 (фиг.1) срезалась с конца стебля южной ветви 1. Далее от каждой веточки отдельно срезались все хвоинки, и пробы взвешивались с учетом времени от момента срезания веточки.

Результаты эксперимента по динамике сушки хвои у 17 веточек, фрагментарно показано для двух южных веточек мутовок №1 и №17, приведены в данных таблицы 1.

Таблица 1
Влияние времени сушки на динамическую массу хвои веточки
№ мутовки Возраст Ap, лет Результаты эксперимента № мутовки Возраст Ap, лет Результаты эксперимента
время сушки t, ч масса хвои mф, г время сушки t, ч масса хвои mф, г
1 2 0 0.578 17 18 0 1.032
1 2 1 0.529 17 18 1 0.949
1 2 2 0.512 17 18 2 0.937
1 2 6 0.488 17 18 6 0.925
1 2 16 0.375 17 18 16 0.823
1 2 20 0.367 17 18 20 0.812
1 2 35 0.345 17 18 35 0.765
1 2 39 0.342 17 18 39 0.754
1 2 43 0.336 17 18 43 0.738
1 2 61 0.276 17 18 61 0.687
1 2 65 0.258 17 18 65 0.570
1 2 86 0.252 17 18 86 0.517
1 2 118 0.251 17 18 118 0.499
1 2 217 0.253 17 18 217 0.483
1 2 409 0.250 17 18 409 0.481
1 2 602 0.249 17 18 602 0.478
1 2 795 0.237 17 18 795 0.480
1 2 987 0.236 17 18 987 0.476

В таблице 1 приведены следующие условные обозначения:

r - ранг мутовки, r=0 для терминального побега;

Ap - ретроспективный возраст мутовки ели (по количеству мутовок, начиная от терминального побега), лет;

t - время естественной сушки с момента срезки пробы в виде крайней веточки на южной ветви (черешка и хвоинок), ч;

mф - фактически измеренная взвешиванием масса проб хвои, г.

Общий график (фиг.2) динамики водоудерживающей способности в процессе сушки характеризуется законом в виде двухчленного уравнения

m = m 1 + m 2 = m 1 + m в 0 exp ( a 1 t a 2 ) ,                      (1)

где m - динамическая масса пробы хвои с одной веточки ели, г;

m1 - масса сухой хвои после естественной сушки, г;

m2 - динамическая масса влаги, содержащейся в растительной массе хвоинок с одной веточки в процессе естественной сушки, г;

mв0 - масса влаги в хвое при срезании веточки, г;

t - текущее время естественной сушки хвоинок с одной веточки ели с момента ее срезания, ч;

a 1, a 2 - параметры формулы динамики влагоудерживания растительной массой хвоинок после срезания веточки, причем:

a 1 - активность спада водоудерживающей способности хвоинок по закону гибели;

a 2 - интенсивность спада по закону гибели водоудерживающей способности срезанной с одной веточки хвои.

По измеренным значениям текущей массы высушиваемой хвои после моделирования идентификацией закона динамики сушки проб хвоинок вычисляли показатели относительной влажности проб хвои веточки по следующим формулам:

- начальную влажность W0 (%) хвои срезанной веточки

W 0 = 100m в0 /m 1 ;                 (2)

- безразмерный закон удерживания влаги срезанной хвои веточки

W = 1 0 0 m в 0 m 1 e x p ( a 1 t a 2 ) ;                       (3)

- безразмерный закон обезвоживания хвои веточки

W 0 - W = 1 0 0 m в 0 m 1 ( 1 - e x p ( a 1 t a 2 ) ) ,          (4)

где W0 - начальная относительная влажность сырых хвоинок веточки, %;

W - динамическая относительная влажность пробы хвои от одной веточки в конце ветви мутовки ели в процессе естественной сушки, %;

m1 - масса сухой хвои после естественной сушки, г;

mв0 - масса влаги в хвое при срезании веточки, г;

t - текущее время естественной сушки хвоинок с одной веточки ели с момента ее срезания, ч.

График конкретной динамики (фиг.4) пробы хвоинок с мутовки №1 получил уравнение с четырьмя параметрами модели

m = 0,24153 + 0,32850 exp ( 0,10010 t 0,72653 ) .                          (5)

График динамики (фиг.5) пробы хвоинок с мутовки №17 получил уравнение статистической модели

m = 0,47426 + 0,49648 exp ( 0,0096850 t 1,16290 ) .                          (6)

При условии t=0, то есть в момент срезки веточки и хвоинок от нее, получаем из уравнения (1) формулу

m t = 0 = m 1 + m в 0 .                                                 (7)

где mt=0 - расчетная масса сырой хвои после срезания веточки с южной ветви мутовки, г;

m1 - расчетная масса сухой хвои после высушивания пробы с одной веточки через полное время высушивания в 987 часов, г;

mв0 - расчетная масса воды в сырой хвое у одной веточки, г.

Для веточки от мутовки №1 получаем mt=0=m1+mв0=mt=987+mв0 или 0,2415+0,3285=0,5700, а для крайней веточки от южной ветви в мутовке №170,4743+0,4965=0,9708 (табл.2).

В данных таблицы 2 приведено сравнение фактически измеренных значений начальной массы хвои и расчетной общей массы хвои в момент срезания веточки от каждой южной ветви всех 17 мутовок учетной ели.

По всем 17 мутовкам максимальная относительная погрешность закона по формуле (1) составляет не более 7,10%.

С учетом количества N хвоинок в каждой срезанной веточке результаты испытаний и расчетов приведены в таблице 3.

Таблица 3
Динамика поведения веточек на конце ветвей с южной стороны ели и потери влаги хвоинками каждой веточки после естественной сушки
Возраст мутовки и южной ветви Ар, лет Результаты естественной сушки проб хвои с южных веточек
Количество хвоинок в веточке N, шт. Параметры модели (2.1) влагоудерживания хвои Влажность сырой хвои W0, %
масса сухой хвои mt=987, г масса воды в сырой хвое mв0, г масса сырой хвои mt=0, г Параметр α1 модели Параметр α2 модели
2 56 0.2415 0.3285 0.5700 0.10010 0.72653 136.02
3 60 0.1946 0.2213 0.4159 0.012243 1.08745 113.72
4 93 0.2695 0.3078 0.5773 0.076741 0.73526 114.21
5 70 0.2058 0.2343 0.4401 0.093016 0.76266 113.85
6 83 0.2185 0.2570 0.4755 0.061465 0.72924 117.62
7 80 0.2389 0.2951 0.5340 0.058998 0.77104 123.52
8 108 0.2455 0.3099 0.5554 0.053669 0.81059 126.23
9 76 0.1811 0.2092 0.3903 0.040311 0.83206 115.52
10 273 0.3979 0.4508 0.8487 0.015137 1.02199 113.29
11 171 0.3257 0.3828 0.7085 0.0029207 1.36188 117.53
12 233 0.4848 0.5548 1.0396 0.012106 1.04386 114.44
13 169 0.3103 0.3293 0.6396 0.012079 1.08606 106.12
14 239 0.3763 0.4541 0.8304 0.039235 0.83207 120.67
15 182 0.2807 0.3213 0.6020 0.020347 0.97916 114.46
16 299 0.6887 0.7182 1.4069 0.025448 0.92271 104.28
17 278 0.4540 0.4960 0.9500 0.072978 0.73097 109.25
18 289 0.4743 0.4965 0.9708 0.0096850 1.16290 104.68

По измеренным данным делением сухой и сырой массы хвои веточки и массы влаги в ней вычисляют средние значения (табл.4) удельной массы одной хвоинки по формулам:

- масса сухой хвоинки в среднем m 1 ' , мг

m 1 ' = m 1 / N ; ( 8 )

- масса воды в сырой хвоинке в среднем m в 0 ' , мг

m в 0 ' = m в 0 / N ; ( 9 )

- масса свежей хвоинки в среднем m t = 0 ' , мг

m t = 0 ' = m t = 0 / N , ( 1 0 )

где m1 - масса сухой хвои после естественной сушки, г;

mв0 - масса влаги в хвое при срезании веточки, г;

mt=0 - расчетная масса хвои одной срезанной веточки, г;

N - количество хвоинок в одной срезанной веточке, шт.;

m t = 0 ' - масса свежей (срезанной от веточки, в среднем) хвоинки, мг;

m t 1 ' - масса сухой хвоинки (в среднем по веточке), мг;

m в 0 ' - масса воды одной сырой хвоинке после срезки (в среднем по веточке), мг.

Водоудерживающая способность пробы хвоинок веточки ели определяется как отношение динамически удерживаемой в процессе сушки воды к отнятой массе воды (табл.4) по формуле

K B C = 1 e x p ( a 1 t a 2 ) 1 ,

где КВС - коэффициент водоудерживающей способности растений;

t - текущее время естественной сушки хвоинок с одной веточки ели с момента ее срезания, ч;

a 1 - активность спада водоудерживающей способности хвоинок по закону гибели (табл.3);

a 2 - интенсивность спада по закону гибели водоудерживающей способности срезанной с одной веточки хвои (табл.3).

Таблица 4
Коэффициент водоудерживающей способности хвои веточки и масса хвоинок в среднем по веточкам
Возраст южной ветви Ар, лет Коэффициент водоудерживающей способности хвои K BC t = 1 через 1 ч после срезки Средние показатели одной хвоинки
масса сухой хвоинки m 1 ' , мг масса воды в сырой хвоинке m в0 ' , мг масса свежей хвоинки m t = 0 ' , мг
2 9.5 4.31 5.87 10.18
3 81.2 3.24 3.69 6.93
4 12.5 2.90 3.31 6.21
5 10.3 2.94 3.35 6.29
6 15.8 2.63 3.10 5.73
7 16.5 2.99 3.69 6.68
8 18.1 2.27 2.87 5.14
9 24.3 2.38 2.75 5.14
10 65.6 1.46 1.65 3.11
11 341.9 1.90 2.24 4.14
12 82.1 2.08 2.38 4.46
13 82.3 1.84 1.95 3.78
14 25.0 1.57 1.90 3.47
15 48.6 1.54 1.77 3.31
16 38.8 2.30 2.40 4.71
17 13.2 1.63 1.78 3.42
18 102.8 1.64 1.72 3.36

Далее рассмотрим влияние ретроспективного возраста на каждый из показателей, приведенных в таблице 3 и таблице 4. Изменение наиболее чувствительных показателей будет показано биотехническими закономерностями, имеющими высокоадекватные волновые составляющие.

Количество хвоинок в веточке. Этот показатель легко измеряется даже без срезки веточки, поэтому количество хвоинок в одной веточке может стать великолепным биоиндикатором. Это научное решение в дальнейшем будет подкрепляться патентоспособными техническими решениями в последующих заявках на предполагаемые изобретения.

Тем самым, на основе применения нашей методологии научно-технического творчества доказывается практическая возможность поиска научно-технических решений на основе фундаментальных научных исследований поведения вегетативных элементов ели обыкновенной.

Тренд (фиг.6) получает формулу закона экспоненциального роста

N = 5,03339 exp ( 1,76398 A p 0,29005 ) .                           (11)

Дополнительно были получены еще три волновые составляющие (фиг.7) и это привело к конструкции биотехнической закономерности вида

N = N 1 + N 2 + N 3 + N 4 ,                            (12)

N1=49,79428exp(0,073051Ap1,12172),

N2=A1cos(πAp/p1-0,37419), A1=9,06088·10-5 Ap20,04372exp(-3,77947Ap),

p1=2,94965-0,21401Ap,

N3=A2cos(πAp/p2+2,38181), A2=-5,63511·10-83 Ap143,49827exp(-13,55545Ap),

p2=16,07270-1,009266Ap,

N4=A3cos(πAp/p3-5,92223), A3=3,37330·10-5 Ap58,16878exp(-7,35631Ap0,81711),

p3=0,14028+0,0051433Ap1,28637.

Остатки после формулы (12) очень малые. Поэтому относительная погрешность также мала при высокой адекватности модели (12) с коэффициентом корреляции 0,9999.

Высокая адекватность биотехнической закономерности и доказывает возможность применения показателя N как биоиндикатора.

Показатели массы хвои веточки требуют взвешивания на точных аналитических весах с погрешностью измерения ±0,0005 г.

Масса сухой хвои веточки (фиг.8) изменяется по формуле

m 1 = 0,19350 exp ( 0,0038045 A p 3,30382 ) + + 0,014070 A p 1,62390 exp ( 0,082117 A p 0,90436 ) .           (13)

Масса воды в сырой хвое веточки (фиг.9) изменяется также по двухчленной формуле аналогичной конструкции

m в 0 = 0,78169 exp ( 0,62591 A p 0,59226 ) + + 0,0034465 A p 2,76233 exp ( 0,33431 A p 0,75868 ) .                (14)

Масса сырой хвои веточки (фиг.10) имеет аналогичную по структуре биотехническую закономерность

m t = 0 = 0,52766 exp ( 0,021915 A p 2,37359 ) + + 0,028609 A p 2,39120 exp ( 0,61501 A p 0,58476 ) .           (15)

При этом все три формулы (13), (14) и (15) имеют коэффициент корреляции выше 0,7. Поэтому эти уравнения относятся к сильным связям.

Но все же они уступают по уровню адекватности тренду (11) с коэффициентом корреляции 0,8822.

Параметры закона сушки проб хвои. Из формулы (1) представляет научный интерес изменение параметров a 1 и a 2 в зависимости от ретроспективного возраста мутовок учетной ели.

Параметр активности a 1 закона спада массы в динамике сушки в комнатных условиях (фиг.11) по модели (1) получил формулу

a 1 = 0,12233 exp ( 0,26225 A p 0,65744 ) .                  (16)

Параметр интенсивности a 2 спада (фиг.12) по модели (1) имеет вид:

a 2 = 0,65449 exp ( 0,13911 A p 0,39445 ) .                    (17)

Разброс точек на графиках высокий. По уровню адекватности модель (16) с коэффициентом корреляции 0,568 относится к среднему уровню в интервале 0,5-0,7. А уравнение (17) с коэффициентом корреляции 0,376 в интервале 0,3-0,5 относится к слабым факторным связям.

Интересно отметить, что с увеличением ретроспективного возраста мутовки годичные веточки по динамике сушки их хвоинок получают разнонаправленные экспоненциальные законы. При этом активность спада массы хвои в процессе сушки снижается по закону экспоненциальной гибели, а интенсивность спада - по закону экспоненциального роста.

В целом применение указанных параметров для экологической индикации затрудняется по двум основным причинам:

1) сложность и высокая трудоемкость процесса, включающего срезание годичных веточек, их сушка с многократным взвешиванием, затем моделирование данных динамики сушки в программной среде CurveExpert, после этого повторная идентификации экспоненциального закона по найденным ранее значениям параметров закона сушки;

2) относительно низкая адекватность моделей типа (16) и (17).

Влажность сырой хвои веточки. Применение переносных электронных влагомеров открывает перспективы получения принципиально новых способов индикации территории по относительной влажности хвоинок. Причем трудоемкость резко снизится из-за того, что хвоинки не нужно будет срезывать.

За рубежом появились и другие типы приборов, которые позволяют оценивать физиологические процессы, протекающие в данный момент времени измерений в листьях растений.

Тенденция (фиг.13) характеризуется уравнением закона экспоненциальной гибели

W 0 = 122,2328 exp ( 0,00085636 A p 1,75496 ) ,                 (18)

С дополнениями колебательными возмущениями сырой хвои годичных веточек (фиг.14) по мутовкам в зависимости от их ретроспективного возраста была получена трехчленная биотехническая функция с очень высоким коэффициентом корреляции 0,9761 вида

W 0 = W 01 + W 02 + W 03 ,                       (19)

W01=123,13035exp(-0,00075050Ap1,84010),

W02=A1cos(πAp/p1-0,93833), A1=40,46962exp(-0,29099Ap),

p1=-10,93550+14,20556Ap0,0025425,

W03=A2cos(πAp/p2-1,35126), A2=0,44021Ap1,61040exp(-0,11824Ap),

p2=1,77506-0,00010080Ap2,45055.

Максимальная относительная погрешность модели (19) образуется при Ар=14 лет и она равна 100×3,96959/120,67=3,29%. Такая малая погрешность моделирования экспериментальных данных позволяет рекомендовать показатель относительной влажности хвои ели для разработки новых способов.

Коэффициент водоудерживающей способности хвои веточки. По этому показателю была получена самая сложная статистическая модель.

При этом время с момента срезания веточки была принята один час. Поэтому основным требованием к проведению экспериментов в будущем становится точное определение времени первого взвешивания хвои от каждой веточки в отдельности, причем с момента времени срезания самой каждой веточки от ветви с южной стороны учетной ели.

Тренд (фиг.15) состоит из трех членов по уравнению

K B C = 9,71084 exp ( 0,00045238 A p 2,92290 ) + + 8,53513 10 6   A p 75,77825 exp ( 20,03883 A p 1,10290 ) + + 1,25522 10 151   A p 237,77008 exp ( 15,67915 A p 1,09576 ) .         (20)

Коэффициент корреляции 0,9466 очень высокий и поэтому модель (20) может применяться и без дальнейших усложнений ее конструкции.

При этом коррелятивная вариация этого показателя столь высокая, что были получены дополнительно несколько волновых составляющих.

После структурно-параметрической идентификации (фиг.16) была получена общая статистическая модель вида

K B C = K B C 1 + K B C 2 + K B C 3 + K B C 4 + K B C 5 + K B C 6 ,           (21)

KBC1=10,37971exp(0,00045594Ap2,92290),

KBC2=6,54165·10-9 Ap80,67180exp(-18,43922Ap1,15342),

KBC3=7,23256·10-152 Ap237,77008exp(-15,64039Ap1,09576),

KBC4=A1cos(πAp/p1-4,44500), A1=-0,46924Ap0,45909exp(-0,00096068Ap3,34932),

p1=0,97657+0,0050919Ap1,77221,

KBC5=A2cos(πAp/p2+0,20553), A2=2,48583exp(0,14862Ap),

p2=3,65121-0,00026807Ap2,42426,

KBC6=A3cos(πAp/p3+6,15014), A3=0,00090014Ap23,32809exp(-15,50231Ap0,44592),

p3=1,97969-0,24374Ap0,38033.

Максимальная относительная погрешность формулы (21) будет равна 100×0,134372/12,5=1,07% для третьей мутовки от терминального побега учетной ели в ретроспективном возрасте Ар=4 года. Такая высокая точность позволяет тщательно проанализировать модель (21) для поиска новых научно-технических решений.

Удельная масса хвоинки. В среднем вычисляются три показатели, которые могут быть рекомендованы для биоиндикации экологических условий произрастания ели даже отдельными хвоинками.

Масса сухой хвоинки (фиг.17) определяется уравнением вида

m 1 ' = 5,81055 exp ( 0,20343 A p ) + + 614111,2 A p 5,12365 exp ( 16,22636 A p 0,18528 ) .                     (22)

Масса воды в сырой хвоинке (фиг.18) вычисляется по формуле

m в 0 ' = 6,58254 exp ( 0,15031 A p ) + 0,083428 A p .               (23)

Масса сырой хвоинки в среднем по веточке идентифицируется биотехнической закономерностью (фиг.19) вида

m t = 0 ' = 11,61433 exp ( 0,14405 A p ) + 0,15725 A p .               (24)

Коэффициент корреляции соответственно равен 0.9209, 0.9049 и 0.9142, поэтому формулы (22), (23) и (24) показывают сильнейшие по уровню адекватности факторные отношения при изучении влияния ретроспективного возраста мутовки на показатели массы одной хвоинки. Поэтому индикацию можно проводить даже на отдельных хвоинках ели.

Эффективность нового способа проявляется в том, что он позволяет анализировать крону учетной ели по одному или нескольким геодезическим направлениям взятия веточек с концов стеблей всех или части мутовок. Это повышает комплексность анализа кроны у растущего дерева.

Наибольший эффект будет достигнут многократными измерениями мутовок на учетных молодых деревьях ели, произрастающих в различных условиях годичного загрязнения пространства обитания учетной ели.

1. Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек, включающий выбор учетного дерева ели и ее мутовку, затем выбирают ветвь первого порядка внутри выбранной мутовки с измерением геодезического направления ее стебля, с конца стебля срезают основную пробу в виде веточки для анализа ее водоудерживающей способности, после срезки каждую веточку помещают в емкость для транспортировки, а затем все срезанные веточки в лабораторных условиях многократно взвешивают с сушкой в комнатных условиях до достижения постоянной массы, отличающийся тем, что после определения учетного дерева ели выбирают геодезическое направление, затем по высоте учетного дерева ели в заданном геодезическом направлении выбирают ветви первого порядка, определяют ретроспективный возраст выбранных ветвей, начиная с терминального побега, после срезки с отметкой текущего времени срезания и номера мутовки, а также последующей транспортировки каждой срезанной веточки в отдельной емкости, в лабораторных условиях срезанные веточки взвешивают с записью в журнал времени, прошедшего после срезки каждой веточки до момента взвешивания, затем разделяют каждую веточку на черешок и пробу хвоинок, причем черешок и пробу хвоинок также взвешивают с указанием момента времени измерения, а после многократного взвешивания черешков и проб хвоинок со срезанных веточек с сушкой их в комнатных условиях до достижения постоянной массы сосчитывают количество хвоинок в каждой пробе.

2. Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек по п.1, отличающийся тем, что веточки срезают от ветвей с южной стороны учетного дерева ели, причем за южную сторону принимается ветвь, у которой продольная ось стебля находится по азимуту в пределах ±15° от южного геодезического направления.

3. Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек по п.2, отличающийся тем, что при учете числа ветвей в мутовках измеряется азимут каждой ветви первого порядка по направлению ее стебля.

4. Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек по п.2, отличающийся тем, что южная сторона дерева ели дает наибольшую изменчивость в параметрах физиологических процессов развития и роста хвоинок и годичных веточек в вегетационный период.

5. Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек по п.1, отличающийся тем, что взятие годичных веточек выполняют в конце вегетационного периода у хвоинок в октябре или ноябре месяце.

6. Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек по п.1, отличающийся тем, что срезка одной веточки на конце на один вегетационный период не приводит к разрушению структуры веточек на одной ветви, поэтому испытания веточек можно продолжить на одном и том же учетном дереве ели многократно, что позволяет наладить простой экологический мониторинг территории на 10-25 лет.

7. Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек по п.1, отличающийся тем, что для повышения точности показателей оценки экологического режима на данной территории принимают несколько учетных деревьев ели, при этом каждая учетная ель оценивается по годичным веточкам отдельно, при этом по параметрам водоудерживающей способности хвои у веточек разных учетных деревьев ели проводится факторный анализ.

8. Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек по п.1, отличающийся тем, что после первой серии испытаний веточек от одной ветви с каждой мутовки, исключая терминальный побег, на второй и последующие года годичные веточки срезаются с южной стороны только у нижних мутовок.

9. Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек по п.1, отличающийся тем, что веточки срезаются от деревьев ели, находящихся в естественном процессе развития и роста, причем на молодых учетных деревьях ели веточки срезаются с южной стороны по всем мутовкам, а от взрослых деревьев ели срезка веточек выполняется только с нижних мутовок.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к производству плоских пластинчатых материалов, таких как пиломатериалы и строганый шпон, получаемых путем продольного раскроя круглых лесоматериалов.

Изобретение относится к технике выявления и измерения морфологической неоднородности (структура) древесины внутри отдельных годичных колец. .

Изобретение относится к экологическому и технологическому мониторингу ландшафтов вдоль трасс продуктопроводов различных типов, в частности нефте- и газопроводов, а также линий электропередачи и связи, с травяной и древесной растительностью, растущей в промежутках времени между расчистками трассы.

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано при анализе токсичности клееных древесных материалов. .

Изобретение относится к неорганической химии и, в частности, к технологиям диагностирования материалов химической и атомной промышленности. .

Изобретение относится к лесопользованию и рационализации пользования древесными ресурсами и отходами от переработки древесного сырья в условиях промышленных предприятий и различных типов котельных, работающих на древесном топливе.

Изобретение относится к области диагностики резонансных свойств древесины у молодых деревьев в возрасте подроста и старше и может быть использовано в плантационном лесовыращивании в целях получения качественного материала с предсказуемыми техническими характеристиками для изготовления музыкальных инструментов.
Изобретение относится к методам определения ресурсов лекарственного сырья, в частности к определению ресурсов корневищ и корней элеутерококка колючего в воздушно-сухом состоянии.

Изобретение относится к профилактике лесных пожаров и пожаров на складах древесины и древесных материалов. .

Изобретение относится к области изучения закономерностей перемещения пасоки на различной глубине ствола древесных растений. .

Изобретение относится к производству древесных композиционных материалов (ДКМ) и может быть использовано при определении их химической безопасности

Изобретение относится к экологии и может быть использовано для измерения ветвей кроны дерева ели. Для этого проводят описание свойств выбранного учетного дерева и места его произрастания. Наносят на ствол отметки о южной стороне ели. Устанавливают местоположение шейки корня. Измеряют от шейки корня до верхушки терминального побега по мутовкам ветвей кроны. При этом расстояние между мутовками измеряют сверху вниз, принимая за начало верхнюю точку терминального побега ели. По измеренным расстояниям выявляют рост в высоту учетного дерева ели по биологическому возрасту, а также прирост в высоту учетного дерева ели. Дополнительно к измеренным параметрам ствола дерева ели измеряют терминальный побег в конце первого года ретроспективного возраста. Для экологического анализа выбирают по одной ветви из мутовки с южной стороны дерева. При этом высоты расположения оснований южных ветвей со всех мутовок учитываются сверху вниз от терминального побега до шейки корня и снизу вверх от корневой шейки до макушки терминального побега. Прирост ствола ели измеряют по серединам оснований учетных южных ветвей. Для анализа бокового развития и роста учетных южных ветвей измеряют радиус ветви перпендикулярно от вертикальной оси ствола до крайней веточки, параллельно вертикальной оси ствола ели измеряют высоту ветви от середины основания стебля ветви до крайней веточки в конце ветви, а между продольными осями ствола и ветви измеряют угол примыкания ветви к стволу дерева ели. Изобретение обеспечивает повышение комплексности анализа древесных стволов с кронами. 1 з.п. ф-лы, 10 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к экологии и может быть использовано для измерения комля древесного растения. Для этого проводят выбор пробной площади, отбор дерева на пробной площади, описание свойств выбранного дерева и места его произрастания. Устанавливают местоположение шейки корня, измеряют диаметр ствола от шейки корня на стандартной высоте 1,3 м. При этом, отбор выполняют по всем видам и размерам древесных растений, измерения диаметра ствола каждого древесного растения выполняют без его разрушения. За комель древесного растения принимают участок ствола от корневой шейки до расчетной высоты с учетом доверительного интервала, границы которого вычисляются по формулам: h D min = 1 ,3(1 − exp( − 0 ,064732D 1 ,12520 )) ; h D max = 1 ,4(1 − exp( − 0 ,35284D 0 ,72414 )) где D - диаметр ствола древесного растения на измеряемой высоте, см, h D min - нижняя граница минимальных значений измеряемой от корневой шейки высоты, м, h D max - верхняя граница минимальных значении измеряемой от корневой шейки высоты, м. Изобретение обеспечивает повышение точности анализа ствола в комлевой части у любых типоразмеров древесных растений, произрастающих на пробной площади. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 6 табл., 1 пр.

Группа изобретений касается способа измерения содержания влаги в биологическом материале. Для этого предоставляют справочную базу данных для множества различных типов материалов с известным содержанием влаги. Затем образец биологического материала, такого как древесная стружка (тонкие кусочки), сканируют с использованием электромагнитного излучения по меньшей мере на двух различных энергетических уровнях рентгеновского излучения. Определяют величину излучения, пропущенного через образец биологического материала, на указанных двух энергетических уровнях. Идентифицируют тип материала в указанной справочной базе данных, наиболее схожий с биологическим материалом образца. Определяют содержание влаги в указанном образце биологического материала. Также предложено устройство для измерения содержания влаги в биологическом материале. Группа изобретений обеспечивает оценку содержания влаги в биологическом материале в автоматизированной процедуре. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к лесной, деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано при сертификации древесины на корню в условиях лесного хозяйства и лесозаготовок, а также при сертификации древесины круглых и пиленых древесных материалов в условиях переработки древесного сырья и механической обработки древесины. Cпособ осуществляют введением сравнительных испытаний, хотя бы на одной технологической операции механической обработки древесины, между ультразвуковым испытанием на кернах и хотя бы одним стандартизированным способом испытания на стандартных образцах, например, на прочность древесины на образцах размерами 20×20×30 мм, затем определение значений переходного коэффициента от акустических показателей кернов, извлеченных из растущего дерева или круглых и пиленых лесоматериалов, находящихся в штабеле, к прочности древесины на стандартны, образцах, изготовленных из этих же древесных заготовок, а затем применение полученных значений переходного коэффициента на весь объем партии древесины, заготовленной с одной лесосеки или лесного участка. После взятия кернов изготовляют стандартные образцы, их измеряют ультразвуковым прибором, затем стандартные образцы испытывают на механические показатели древесины, а по результатам испытаний рассчитывают переходные коэффициенты между ультразвуковыми показателями кернов и стандартных образцов, а также переходные коэффициенты между ультразвуковыми показателями кернов и механическими показателями стандартных образцов. Достигается повышение надежности испытаний и расширение функциональных возможностей. 1 н.п., 2 з.п. формулы,1 прим., 3 ил.

(57) Изобретение относится к области лесной промышленности и предназначено для раннего выявления резонансных свойств древесины на корню. Образец зафиксирован с усилием затяжки 1,0 Нм через ленту из резины общего назначения твердостью в пределах 50-60 условных единиц, проложенную в зоне контактов кулачков зажима, с техническим зазором 1,0 между концами ленты 1,0-2,0 мм. Заявленный способ позволяет быстро и точно определить резонансные свойства древесины. 4 ил., 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к способу ультразвукового испытания технической древесины в виде чураков, например специальных сортиментов в виде резонансных чураков, и может быть использовано при сертификации древесины в условиях лесозаготовок, лесного хозяйства и деревообработки при контроле качества чураков при различных условиях их хранения, а также в инженерной экологии при оценке экологического качества территории по значениям скорости ультразвука древесины чураков, заготовленных на данной территории. Способ включает хранение технической древесины в виде чураков с естественной сушкой в штабелях до достижения устойчивой влажности, нанесение на торцы чурака радиальных линий с метками, установление датчиков ультразвукового прибора относительно меток на торцы, измерение ультразвуковых параметров древесины вдоль чурака по меткам. Непосредственно в штабеле на торцы испытуемого чурака дополнительно к радиальным линиям с метками наносят по две линии в виде концентрических окружностей, отмечающие присердцевинную, спелодревесную и заболонную зоны. Относительно примерно симметричных меток на торцах чурака устанавливают датчики ультразвукового прибора. После проведения измерений выявляют закономерности изменения ультразвуковых параметров древесины вдоль чурака. Способ обеспечивает упрощение процесса и снижение трудоемкости ультразвукового испытания и сертификации технической древесины в виде чураков и короткомерных спецсортиментов в штабеле, а также расширение функциональных возможностей метода ультразвукового испытания на заболонной и спелодревесной зонах сечения круглых лесоматериалов. 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл., 1 пр.

Изобретение относится к дендрометрии при изучении относительного сбега комля в ходе роста и развития деревьев, преимущественно берез, и может быть использовано при фитоиндикации качества территорий и разработке мероприятий по защите земельных участков от водной эрозии, а также в дендроэкологическом мониторинге за развитием овражной сети с учетом изменений относительной формы комля растущих березовых деревьев. Способ анализа относительного сбега комля в ходе роста и развития березы, произрастающей на склоне оврага, характеризуется тем, что поперек оврага выбирают пробную площадь с деревьями, затем выбирают на пробной площади учетные деревья, измеряют высоту кроны и полную высоту учетных деревьев. У каждого учетного дерева на стандартной высоте 1,3 м измеряют диаметр и одновременно периметр поперечного сечения ствола. Комель дерева принимают в виде симметричной геометрической фигуры, расположенной вдоль вертикальной оси ствола учетного дерева. Высоту комля у каждого учетного дерева измеряют от поперечного сечения комля на корневой шейке до точки пересечения вертикальной оси с поверхностью почвы. Затем от этой точки до периферии комля на нижней стороне по склону измеряют полупериметр нижнего поперечного сечения комля. После этого с учетом местного угла склона у каждого учетного дерева дополнительно измеряют максимальную высоту комля от корневой шейки ствола до поверхности почвы на нижней стороне по склону у комля. По множеству измеренных берез выполняют расчеты относительных показателей в виде коэффициента формы поперечного сечения ствола дерева на стандартной высоте 1,3 м, относительного сбега поперечного сечения ствола дерева от корневой шейки до стандартной высоты 1,3 м, относительного сбега комля дерева от сечения на высоте комля до стандартной высоты над корневой шейкой дерева. Затем статистическим моделированием выявляют связь между параметрами относительного сбега комля берез, произрастающих на склоне оврага, относительно поперечного сечения на стандартной высоте и угла склона. Способ обеспечивает расширение функциональных возможностей анализа по относительному сбегу комлевой части деревьев, произрастающих на склоне оврага или холма, а также повышение точности измерений березы ниже корневой шейки, начиная от стандартной высоты ствола в 1,3 м над корневой шейкой дерева до поверхности склона оврага или холма. 5 з.п. ф-лы, 12 ил., 11 табл., 1 пр.

Изобретение относится к дендрометрии при изучении роста и развития комля деревьев, преимущественно берез, и может быть использовано при фитоиндикации территорий и разработке мероприятий по защите земельных участков от водной эрозии, экологических и климатических технологий, а также в дендроэкологическом мониторинге за развитием овражной сети и рационализации землепользования с учетом изменений формы комля растущих, в частности, березовых деревьев. Cпособ включает выбор пробной площади с учетными деревьями, измерение высоты кроны и полной высоты всех учетных деревьев. Форму комля как симметричную геометрическую фигуру учитывают от поперечного сечения комля на пересечении с поверхность почвы до стандартной высоты 1,3 м. Проводят измерения периметров комля не менее чем в трех поперечных сечениях комля каждого учетного дерева ниже корневой шейки ствола, а по измеренным данным, дополнительно с учетом периметров корневой шейки и сечения ствола на стандартной высоте 1,3 м, выявляют математическую закономерность симметричной формы комля по единой общей формуле. По параметрам выявленной единой математической закономерности формы комля выявляют рейтинг учетных деревьев для оценки качества формы комля, после чего выявляют закономерности с волновыми возмущениями влияния параметров учетных деревьев и их комлей на параметры в общем виде у математического уравнения формы комля. Для оценки качества места произрастания выделяют закономерности с волновыми возмущениями с сильной теснотой коррелятивной вариации для последующего выделения лимитирующих факторов комля и самого учетного дерева. Способ обеспечивает расширение функциональных возможностей анализа формы комля деревьев, прежде всего берез, произрастающих на ровной местности или на склоне оврага, а также повышение точности измерений деревьев ниже корневой шейки, начиная от стандартной высоты ствола в 1,3 м над корневой шейкой дерева до поверхности почвы. 5 з.п. ф-лы, 14 ил., 8 табл., 1 пр.
Наверх