Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы



Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы
Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы
Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы
Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы
Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы
Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы
Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы
Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы
Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы
Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы
Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы
Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы
Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы
Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы
Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы
Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы
Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы

 


Владельцы патента RU 2556985:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет" (RU)

Изобретение относится к инженерной биологии и сравнительной биоиндикации окружающей среды. Способ включает взятие листьев от учетных деревьев березы и проведение измерений каждого взятого листа. При измерении каждый лист размещают стороной, обращенной к верхушке побега. Измерения осуществляют измерительным циркулем и линейкой. Пробные листья берут с каждой березы по меньшей мере с двух произрастающих в разных условиях по загрязненности воздуха березняках по ориентации висячих укороченных побегов по четырем сторонам света по компасу. Измерение ширины взятых пробных листьев выполняют слева и справа половинок листа. Дополнительно измеряют слева и справа половинок листа длину второй от основания листа жилки второго порядка. Далее по измеренным данным проводят статистическое моделирование. Сравнительную индикацию экологического состояния среды, окружающей березняки, осуществляют по полученным статистическим показателям.

Такая технология позволит повысить точность измерения для качественной оценки загрязнения воздуха окружающей среды. 4 з.п. ф-лы, 13 табл., 10 ил.

 

Изобретение относится к инженерной биологии и сравнительной биоиндикации окружающей среды измерениями важнейших параметров ростовых органов в виде листьев берез с простой и небольшой листовой пластинкой. Изобретение может быть применено при сезонной индикации загрязненности воздуха, преимущественно после достижения березой генеративного возрастного состояния.

Известен способ измерения листьев у древесных растений (см. эту же книгу: Федорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учеб. пос. М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001. 288 с. С.123-126), когда срезают по 20-25 листьев берез и других пород деревьев, растущих в разных экологических условиях, складывают в пакеты, а затем засушивают между листами газетной бумаги в лабораторных условиях и измеряют параметры у каждого листа, а затем обрабатывают измеренные данные по средним значениям.

Недостатком является низкая чувствительность (точность) индикации и высокая трудоемкость практического применения способа из-за смешивания листьев у разных деревьев в одну пробу.

Известен также способ измерения по методу В.М. Захарова флуктуирующей асимметрии листьев березы (Захаров В.М. К оценке асимметрии билатеральных признаков как популяционной характеристики / В.М. Захаров, В.В. Зюганов // Экология. - 1980. - №1, с.10-16), включающий взятие листьев от учетных деревьев, растущих в одинаковых экологических условиях местопроизрастания, причем листья с одного дерева хранятся отдельно, чтобы можно было проанализировать полученные результаты индивидуально для каждой березы, а для этого следует собранные с одного дерева листья связывать за черешки, причем все листья, собранные для одной выборки, следует сложить в полиэтиленовый пакет, туда же вложить этикетку, в которой указаны номер выборки, место сбора, делая максимально подробную привязку к местности, дату сбора, причем для непродолжительного хранения собранный материал хранится в полиэтиленовом пакете на нижней полке холодильника, а для длительного хранения можно зафиксировать материал в 60% растворе этилового спирта или гербаризировать, при этом для измерения каждый лист помещают перед собой стороной, обращенной к верхушке побега, с каждого листа снимают показатели по пяти параметрам листа с левой и правой сторон листа, а для измерений применяют измерительный циркуль, линейку и транспортир, причем промеры длин снимаются циркулем-измерителем, а угол между жилками измеряется транспортиром.

Основным недостатком известного способа является то, что нарушается принцип индивидуальности флуктуирующей асимметрии, когда берутся в каждой выборке 100 листьев (по 10 листьев с 10 растений). Это выполнено в угоду существующей теории средней арифметической величины. Но такого параметра нет у листьев, поэтому каждый листочек имеет свои значения параметров, которые нужно определять. Затем из этих параметров нужно выбрать наиболее значимые и относительно них проводить тщательные статистические исследования. Но существующая классическая статистика не может ничего сказать об индивидуальных свойствах каждого из 100 листьев, она рассматривает эти 100 листьев только как однородные случайные события. Как показали наши исследования, каждый листок - это не случайность, а закономерность.

Технический результат - упрощение способа и повышение точности индикации качества окружающей пробные листья березы локальной среды, а также повышение производительности измерений только важнейших параметров пробных листьев и повышение производительности и точности обработки полученных результатов измерений.

Этот технический результат достигается тем, что способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы, включающий взятие листьев от учетных деревьев березы, растущих в одинаковых экологических условиях местопроизрастания, причем листья с одного дерева хранятся отдельно, чтобы можно было проанализировать полученные результаты индивидуально для каждой березы, а для этого следует собранные с одного дерева листья связывать за черешки, причем все листья, собранные для одной выборки, следует сложить в полиэтиленовый пакет, туда же вложить этикетку, в которой указаны номер выборки, место сбора, делая максимально подробную привязку к местности, дату сбора, причем для непродолжительного хранения собранный материал хранится в полиэтиленовом пакете на нижней полке холодильника, а для длительного хранения можно зафиксировать материал в 60% растворе этилового спирта или гербаризировать, при этом для измерения каждый лист помещают перед собой стороной, обращенной к верхушке побега, для измерений применяют измерительный циркуль, линейку и транспортир, причем промеры длин снимаются циркулем-измерителем, а угол между жилками измеряется транспортиром, отличающийся тем, что для сравнительной индикации принимаются, по меньшей мере, два различающихся по загрязненности воздуха березняка, с каждой березы обоих березняков сбор и взятие пробных листьев выполняется по ориентации висячих укороченных побегов по четырем сторонам света по компасу, при этом по взятым листьям измерения выполняют по длине слева и справа у половинок листа, второй от основания листа жилки второго порядка, и при необходимости дополнительно измеряют ширину половинок листа, по измеренным данным проводят статистическое моделирование и по статистическим показателям судят об экологическом состоянии сравниваемых березняков и об их поведении за прошлый период года по показателям асимметрии обеих половинок пробных листьев.

На двух различающихся по загрязненности воздуха березняках принимают не меньше по пяти берез, с каждой березы выбираются висячие укороченные побеги по четырем сторонам света при взятии с одного укороченного побега не менее четырех пробных листьев разных размеров и формы, примерно одинаковой высоте взятия пробы листьев, при этом по взятым не менее 80 листам измерения выполняют по длине слева и справа второй от основания листа жилки второго порядка и при необходимости дополнительно измеряют ширину левой и правой половинок листа, причем измерения проводят посередине листовой пластинки, а длина слева и справа второй от основания листа жилки второго порядка позволяет искать факторные связи только между четырьмя параметрами пробных листьев.

По измеренным данным проводят статистическое моделирование, для этого вводятся ранговые распределения четырех параметров пробных листьев для оценки добротности проведения эксперимента и уточнения рейтинга четырех параметров, а по ранговым распределениям устанавливается встречаемость листьев по длине жилки на левой и правой сторонах листов, по статистическим показателям встречаемости судят об экологическом состоянии сравниваемых березняков,

Об поведении березняков за прошлый период года по показателям асимметрии параметров двух половинок пробных листьев, причем сравнительная индикация выполняется по предельным значениям длины жилки пробных листьев.

Сущность изобретения заключается в том, что флуктуирующая асимметрия есть проявление внутри индивидуальной изменчивости, т.е. характеризует различия между гомологичными структурами внутри одного индивида. Если уровень флуктуирующей асимметрии является характеристикой индивидуума, а значит, можно оценивать различие разных групп особей, находящихся в разных условиях загрязненности, по среднестатистической линии регрессии у выявленной закономерности. Причем замечено, что в чистых экологических условиях появляются волновые составляющие, а адекватность по коэффициенту даже детерминированных моделей с увеличением загрязненности снижается.

Сущность изобретения заключается также в том, что метод В.М. Захарова выполнен с избытком по пяти параметрам. Достаточно иметь только два параметра с сильными связями между ними. Но при этом листья собираются не менее четырех штук с каждой стороны света у не менее пяти деревьев. В итоге получается всего 80 пробных листьев вместо 100 у прототипа.

Сущность изобретения заключается также и в том, что при сравнении двух разных условий загрязнения (заранее определено, что чистая и грязная стороны сквера) появляется возможность научно-технического осмысления изменений полученных закономерностей. А затем эти отличительные признаки результатов измерений по выявленным закономерностям позволяют по аналогии применить и к новым опытам. В итоге получено действительно комплексное научное и техническое решение.

Новизна технического решения заключается в том, что впервые сравнительная индикация разделяется на две части:

1) сбор и взятие пробных листьев с использованием отдельных отличительных признаков прототипа, но по новой схеме ориентации висячих укороченных побегов по четырем сторонам света при взятии с одного укороченного побега не менее четырех пробных листьев разных размеров и формы, затем у не менее 5 учетных берез в каждой зоне загрязнения;

2) измерение только двух параметров листа (ширина левой и правой половинок листа, причем измерения проводят по середине листовой пластинки; длина слева и справа второй от основания листа жилки второго порядка) позволяет искать факторные связи только между четырьмя параметрами пробных листьев.

Положительный эффект заключается в том, что значительно упрощается эксперимент по сравнению с прототипом. Трудоемкость измерения снижается на взятии пробных листьев (вместо 100 безликих листьев для вычислений средних арифметических значений параметров всего 80, но уже как действительно пробных листьев) в 100/80=1,25 раза. На этапе измерений самих листьев берется всего два фактора вместо пяти (4 параметра вместо 10), то есть экономия труда составляет 5/2=2,5 раза. Но при этом несколько возрастает математическая интерпретация полученных данных измерений:

1) вводятся ранговые распределения четырех параметров пробных листьев для оценки добротности проведения эксперимента и уточнения рейтинга четырех параметров;

2) вводится подробный статистический анализ 4 выборок по чистой зоне и еще 4 выборок по загрязненной зоне, что позволяет выявить поведение двух популяций по 80 пробным листьям;

3) вводится дополнительно сравнение двух зон - относительно чистой и загрязненной (для снижения трудоемкости сравнительный эксперимент был выполнен на дном и том же березняке, но по двум сторонам улицы, что дало равные условия для сопоставления).

Таким образом, предлагаемое научно-техническое решение обладает существенными признаками, новизной и положительным эффектом. В научно-технической и патентной литературе информационных материалов, порочащих новизну предлагаемого изобретения, нами не обнаружено.

На фиг.1 приведена карта городского сквера с учетными деревьями, расположенными с двух сторон улицы (чистая зона западная с деревьями №1-5 и загрязненная зона восточная с березами №6-10); на фиг.2 приведена схема измерений каждого листа по предлагаемому нами способу; на фиг.3 показана схема измерения длины жилки на двух половинках березового листа; на фиг.4 дан график изменения количества формул (ордината) в зависимости от требований к допустимому уровню коэффициента корреляции; на фиг.5 дана динамика численности строк корреляционной матрицы в зависимости от допустимого уровня коэффициента корреляции (абсцисса); на фиг.6 - то же на фиг.5 по столбцам корреляционной матрицы; на фиг.7 даны графики сравнительной индикации по левой ширине листа; на фиг.8 - графики сравнительной индикации по правой ширине листа; на фиг.9 показаны графики сравнительной индикации по левой длине жилки; на фиг.10 - то же на фиг.9 по правой длине жилки.

Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы включает такие действия.

Сбор материала следует проводить после остановки роста листьев (в средней полосе начиная с июля). Поэтому учитывается срок сравнительной индикации с начала вегетационного периода до момента экспериментов.

Для сравнительной индикации принимаются, по меньшей мере, два различающихся по загрязненности воздуха березняка, с каждой березы обоих березняков сбор и взятие пробных листьев выполняется по ориентации висячих укороченных побегов по четырем сторонам света по компасу, при этом по взятым листьям измерения выполняют по длине слева и справа у половинок листа, второй от основания листа жилки второго порядка, и при необходимости дополнительно измеряют ширину половинок листа, по измеренным данным проводят статистическое моделирование и по статистическим показателям судят об экологическом состоянии сравниваемых березняков и об их поведении за прошлый период года по показателям асимметрии обеих половинок пробных листьев.

На двух различающихся по загрязненности воздуха березняках принимают не меньше по пяти берез, с каждой березы выбираются висячие укороченные побеги по четырем сторонам света при взятии с одного укороченного побега не менее четырех пробных листьев разных размеров и формы, примерно одинаковой высоте взятия пробы листьев, при этом по взятым не менее 80 листам измерения выполняют по длине слева и справа второй от основания листа жилки второго порядка и при необходимости дополнительно измеряют ширину левой и правой половинок листа, причем измерения проводят посередине листовой пластинки, а длина слева и справа второй от основания листа жилки второго порядка позволяет искать факторные связи только между четырьмя параметрами пробных листьев.

По измеренным данным проводят статистическое моделирование, для этого вводятся ранговые распределения четырех параметров пробных листьев для оценки добротности проведения эксперимента и уточнения рейтинга четырех параметров, а по ранговым распределениям устанавливается встречаемость листьев по длине жилки на левой и правой сторонах листов, по статистическим показателям встречаемости судят об экологическом состоянии сравниваемых березняков, о поведении березняков за прошлый период года по показателям асимметрии параметров двух половинок пробных листьев, причем сравнительная индикация выполняется по предельным значениям длины жилки пробных листьев, в частности, по интервалам значений абсолютной и относительной асимметрии по длине жилки.

Пример. В городе Звенигово Республики Марий Эл небольшой озелененный земельный участков вытянутой прямоугольной формы находится в середине улицы Чехова. Общая площадь сквера составляет около 0,56 га. Сквер окружен с северной и восточной сторон грунтовой автомобильной дорогой, с южной стороны расположен лесной массив. По обе стороны от сквера (восточная и западная стороны) расположены дома.

Для эксперимента были отобраны 10 берез (фиг.1). Причем деревья №1-5 расположены на западной (менее освещенной из-за тени от соседних деревьев сквера), а деревья - №6-10 находятся на восточной (более освещенной из-за отсутствия деревьев на улице) стороне рассматриваемого сквера. При этом на восточной стороне улицы наблюдается большая интенсивность движения автомобилей. Поэтому и загрязненность по сравнению с западной на восточной стороне выше.

На западной стороне сквера около границы березняка проложена несанкционированная грунтовая дорога для проезда автомобилей к домам. Поэтому и расстояния от дороги к пробным ветвям и стволам деревьев берез №1-3 не совпадает с картой на фиг.1.

Методика эксперимента. У каждой учетной березы из не менее пяти штук сбор листьев намечали из нижней части кроны дерева с четырех сторон света по азимуту φ, град. Направление света определяли с помощью компаса. Листья не менее четырех 4 штук разных размеров и формы собирали только с укороченных побегов.

Таким образом, нужно узнать, как ведут себя пять деревьев с каждой стороны улицы в двух загрязненных по-разному местах.

При этом за параметры у каждого листа принимают, по нашему научно-техническому решению, следующие факторы (фиг.2):

1 - ширина левой b' и правой b” половинок листа (измерение проводят посередине листовой пластинки), мм;

2 - длина слева и справа второй от основания листа жилки второго порядка, мм.

Результаты эксперимента. Сравнение двух сторон городского сквера приведено в таблице 1. В ней показаны четыре параметра листа b', b”, и . На западной стороне находятся учетные березы №1-5, а на восточной стороне №6-10. На каждом учетом дереве березы выбирались укороченные побеги с четырех сторон света. А на каждом укороченном побеге брались по четыре пробных листа для анализа показателей флуктуирующей асимметрии.

Таблица 1
Результаты промеров листьев березы, произрастающих на территории сквера
Сторона света № листа Азимут φ, град Западная сторона Восточная сторона
№ дерева Ширина b, мм Длина lж, мм № дерева Ширина b, мм Длина lж, мм
левой b' правой b” левой правой левой b' правой b” левой правой
Ю 1 180 1 19 21 31 32 6 13 15 24 24
2 180 14 15 24 25 16 16 27 29
3 180 20 19 35 34 14 16 19 25
4 180 20 20 35 37 17 18 25 26
С 1 0 16 16 26 28 15 16 24 25
2 0 17 17 31 29 14 13 23 23
3 0 21 22 33 30 15 14 22 23
4 0 19 20 33 34 16 15 24 25
З 1 270 17 20 31 32 19 18 31 33
2 270 19 21 30 30 18 20 27 30
3 270 17 19 31 30 18 22 29 33
4 270 17 17 31 30 14 13 24 23
В 1 90 20 18 34 32 19 18 30 30
2 90 18 19 29 30 18 17 26 26
3 90 21 21 34 34 18 21 29 30
4 90 15 15 25 23 20 23 32 34
Ю 1 180 2 15 17 28 31 7 17 18 28 30
2 180 19 22 31 32 20 20 25 36
3 180 17 18 30 30 20 20 30 30
4 180 13 13 30 25 23 22 35 34
С 1 0 16 14 25 23 23 22 36 36
2 0 15 15 25 23 23 22 36 36
3 0 16 16 25 24 22 21 32 33
4 0 14 14 22 23 19 18 30 28
З 1 270 16 17 25 24 23 25 31 39
2 270 15 15 21 24 21 21 35 35
3 270 18 18 30 31 23 24 36 39
4 270 14 15 25 25 13 13 20 21
В 1 90 15 17 26 26 17 19 28 31
2 90 16 17 27 28 18 17 30 29
3 90 18 17 30 31 18 18 28 30
4 90 16 17 31 28 17 17 28 29
Ю 1 180 3 16 16 25 25 8 17 16 27 27
2 180 17 20 30 30 19 20 28 30
3 180 15 14 24 22 18 17 27 27
4 180 16 20 26 27 16 13 24 29
Сторона света № листа Азимут φ, град Западная сторона Восточная сторона
№ дерева Ширина b, мм Длина lж, мм № дерева Ширина b, мм Длина lж, мм
левой b' правой b” левой правой левой b' правой b” левой правой
С 1 0 18 16 29 28 16 14 26 24
2 0 18 19 30 28 16 17 26 27
3 0 17 19 26 26 16 18 28 28
4 0 20 22 35 32 18 17 23 22
З 1 270 18 22 35 35 16 15 29 28
2 270 23 22 37 38 19 16 29 29
3 270 19 22 35 35 21 24 35 38
4 270 17 18 29 30 20 18 35 33
В 1 90 15 16 29 32 22 23 33 32
2 90 22 21 34 33 24 25 36 39
3 90 14 15 25 22 18 18 29 30
4 90 20 19 31 31 21 23 34 37
Ю 1 180 4 20 17 34 35 9 16 15 26 27
2 180 15 14 27 28 19 19 32 31
3 180 17 16 29 29 19 18 31 30
4 180 15 13 25 24 21 19 32 32
С 1 0 12 14 16 25 16 16 25 26
2 0 19 18 34 34 18 15 27 25
3 0 19 19 27 27 17 16 26 26
4 0 10 10 24 26 15 17 27 28
З 1 270 13 12 26 28 21 22 32 33
2 270 18 18 22 28 21 16 30 29
3 270 14 16 25 27 19 17 30 29
4 270 15 14 25 25 21 20 31 29
В 1 90 16 16 27 29 18 19 30 30
2 90 11 10 22 22 17 16 30 29
3 90 16 18 29 31 20 18 32 32
4 90 19 19 30 32 18 19 28 30
Ю 1 180 5 14 14 23 21 10 21 19 33 32
2 180 12 15 20 23 22 18 33 35
3 180 13 15 20 24 18 16 25 23
4 180 12 10 19 20 19 20 30 33
С 1 0 14 15 28 28 17 22 30 34
2 0 18 14 30 28 20 21 32 34
3 0 10 11 20 22 17 18 31 34
4 0 12 11 22 21 24 23 40 38
З 1 270 13 12 27 26 19 17 21 25
2 270 11 10 17 18 21 24 33 26
3 270 13 14 22 23 16 17 28 28
4 270 12 13 22 24 22 20 34 21
В 1 90 16 15 24 24 22 21 33 31
2 90 17 16 28 28 17 18 28 28
3 90 16 15 23 26 17 16 29 30
4 90 14 18 25 27 16 13 27 30

По этим данным проведен анализ и выполнено сопоставление двух сторон городского сквера. Это позволило выявить математические закономерности поведения двух популяций пробных листьев березы.

Статистический анализ выборок. В таблице 2 даны результаты вычислений по нижеследующим формулам (фиг.2).

Ширина листа посередине его длины равна

где b' - ширина левой и b” правой половинок листа, мм, общая длина двух жилок будет равна

при длине слева и справа второй от основания листа жилки второго порядка, мм.

Асимметрия (абсолютная) будет вычисляться по разности значений параметров листа слева и справа, то есть по выражению

где y', y” - соответственно слева и справа половинок листа ширина b или lЖ длина жилки.

Относительная асимметрия будет равна

Она применима для сравнения чистой и загрязненной зон.

Таблица 2
Анализ показателей асимметрии листьев березы на территории сквера
Сторона света Азимут φ, град Западная сторона сквера Восточная сторона сквера
№ дерева Ширина b, мм ASb, мм Δb, % Длина lж, мм Asl, мм Δl, % № дерева Ширина b, мм Asb, мм Δb, % Длина lж, мм Asl, мм Δl, %
Ю 180 1 40 -2 10.00 63 -1 -3.17 6 28 -2 -14.29 48 0 0.00
180 29 -1 -6.90 49 -1 -4.08 32 0 0.00 56 -2 -7.14
180 39 1 5.13 69 1 2.90 30 -2 -13.33 44 -6 27.27
180 40 0 0.00 72 -2 -5.56 35 -1 -5.71 51 -1 -3.92
С 0 32 0 0.00 54 -2 -7.41 31 -1 -6.45 49 -1 -4.08
0 34 0 0.00 60 2 6.67 27 1 7.41 46 0 0.00
0 43 -1 -4.65 63 3 9.52 29 1 6.90 45 -1 -4.44
0 39 -1 -5.13 67 -1 -2.99 31 1 6.45 49 -1 -4.08
З 270 37 -3 16.22 63 -1 -3.17 37 1 5.41 64 -2 -6.25
270 40 -2 10.00 60 0 0.00 38 -2 -10.53 57 -3 10.53
270 36 -2 11.11 61 1 3.28 40 -4 -20.00 62 -4 12.90
270 34 0 0.00 61 1 3.28 27 1 7.41 47 1 4.26
В 90 38 2 10.53 66 2 6.06 37 1 5.41 60 0 0.00
Сторона света Азимут φ, град Западная сторона сквера Восточная сторона сквера
№ дерева Ширина b, мм ASb, мм Δb, % Длина lж, мм Asl, мм Δl, % № дерева Ширина b, мм Asb, мм Δb, % Длина lж, мм Asl, мм Δl, %
90 37 -1 -5.41 59 -1 -3.39 35 1 5.71 52 0 0.00
90 42 0 0.00 68 0 0.00 39 -3 -15.38 59 -1 -3.39
90 30 0 0.00 48 2 8.33 43 -3 -13.95 66 -2 -6.06
Ю 180 2 32 -2 12.50 59 -3 10.17 7 35 -1 -5.71 58 -2 -6.90
180 41 -3 14.63 63 -1 -3.17 40 0 0.00 61 -11 36.07
180 35 -1 -5.71 60 0 0.00 40 0 0.00 60 0 0.00
180 26 0 0.00 55 5 18.18 45 1 4.44 69 1 2.90
С 0 30 2 13.33 48 2 8.33 45 1 4.44 72 0 0.00
0 30 0 0.00 48 2 8.33 45 1 4.44 72 0 0.00
0 32 0 0.00 49 1 4.08 43 1 4.65 65 -1 -3.08
0 28 0 0.00 45 -1 -4.44 37 1 5.41 58 2 6.90
З 270 33 -1 -6.06 49 1 4.08 48 -2 -8.33 70 -8 22.86
270 30 0 0.00 45 -3 13.33 42 0 0.00 70 0 0.00
270 36 0 0.00 61 -1 -3.28 47 -1 -4.26 75 -3 -8.00
270 29 -1 -6.90 50 0 0.00 26 0 0.00 41 -1 -4.88
В 90 32 -2 12.50 52 0 0.00 36 -2 -11.11 59 -3 10.17
90 33 -1 -6.06 55 -1 -3.64 35 1 5.71 59 1 3.39
90 35 1 5.71 61 -1 -3.28 36 0 0.00 58 -2 -6.90
90 33 -1 -6.06 59 3 10.17 34 0 0.00 57 -1 -3.51
Ю 180 3 32 0 0.00 50 0 0.00 8 33 1 6.06 54 0 0.00
180 37 -3 16.22 60 0 0.00 39 -1 -5.13 58 -2 -6.90
180 29 1 6.90 46 2 8.70 35 1 5.71 54 0 0.00
180 36 -4 22.22 53 -1 -3.77 29 3 20.69 53 -5 18.87
С 0 34 2 11.76 57 1 3.51 30 2 13.33 50 2 8.00
0 37 -1 -5.41 58 2 6.90 33 -1 -6.06 53 -1 -3.77
0 36 -2 11.11 52 0 0.00 34 -2 -11.76 56 0 0.00
0 42 -2 -9.52 67 3 8.96 35 1 5.71 45 1 4.44
З 270 40 -4 20.00 70 0 0.00 31 1 6.45 57 1 3.51
270 45 1 4.44 75 -1 -2.67 35 3 17.14 58 0 0.00
270 41 -3 14.63 70 0 0.00 45 -3 -13.33 73 -3 -8.22
270 35 -1 -5.71 59 -1 -3.39 38 2 10.53 68 2 5.88
В 90 31 -1 -6.45 61 -3 -9.84 45 -1 -4.44 65 1 3.08
90 43 1 4.65 67 1 2.99 49 -1 -4.08 75 -3 -8.00
90 29 -1 -6.90 47 3 12.77 36 0 0.00 59 -1 -3.39
Сторона света Азимут φ, град Западная сторона сквера Восточная сторона сквера
№ дерева Ширина b, мм ASb, мм Δb, % Длина lж, мм Asl, мм Δl, % № дерева Ширина b, мм Asb, мм Δb, % Длина lж, мм Asl, мм Δl, %
90 39 1 5.13 62 0 0.00 44 -2 -9.09 71 -3 -8.45
Ю 180 4 37 3 16.22 69 -1 -2.90 9 31 1 6.45 53 -1 -3.77
180 29 1 6.90 55 -1 -3.64 38 0 0.00 63 1 3.17
180 33 1 6.06 58 0 0.00 37 1 5.41 61 1 3.28
180 28 2 14.29 49 1 4.08 40 2 10.00 64 0 0.00
С 0 26 -2 15.38 41 -9 43.90 32 0 0.00 51 -1 -3.92
0 37 1 5.41 68 0 0.00 33 3 18.18 52 2 7.69
0 38 0 0.00 54 0 0.00 33 1 6.06 52 0 0.00
0 20 0 0.00 50 -2 -8.00 32 -2 -12.50 55 -1 -3.64
З 270 25 1 8.00 54 -2 -7.41 43 -1 -4.65 65 -1 -3.08
270 36 0 0.00 50 -6 24.00 37 5 27.03 59 1 3.39
270 30 -2 13.33 52 -2 -7.69 36 2 11.11 59 1 3.39
270 29 1 6.90 50 0 0.00 41 1 4.88 60 2 6.67
В 90 32 0 0.00 56 -2 -7.14 37 -1 -5.41 60 0 0.00
90 21 1 9.52 44 0 0.00 33 1 6.06 59 1 3.39
90 34 -2 11.76 60 -2 -6.67 38 2 10.53 64 0 0.00
90 38 0 0.00 62 -2 -6.45 37 -1 -5.41 58 -2 -6.90
Ю 180 5 28 0 0.00 44 2 9.09 10 40 2 10.00 65 1 3.08
180 27 -3 22.22 43 -3 13.95 40 4 20.00 68 -2 -5.88
180 28 -2 14.29 44 -4 18.18 34 2 11.76 48 2 8.33
180 22 2 18.18 39 -1 -5.13 39 -1 -5.13 63 -3 -9.52
С 0 29 -1 -6.90 56 0 0.00 39 -5 -25.64 64 -4 12.50
0 32 4 25.00 58 2 6.90 41 -1 -4.88 66 -2 -6.06
0 21 -1 -9.52 42 -2 -9.52 35 -1 -5.71 65 -3 -9.23
0 23 1 8.70 43 1 4.65 47 1 4.26 78 2 5.13
З 270 25 1 8.00 53 1 3.77 36 2 11.11 46 -4 17.39
270 21 1 9.52 35 -1 -5.71 45 -3 -13.33 59 7 23.73
270 27 -1 -7.41 45 -1 -4.44 33 -1 -6.06 56 0 0.00
270 25 -1 -8.00 46 -2 -8.70 42 2 9.52 55 13 47.27
В 90 31 1 6.45 48 0 0.00 43 1 4.65 64 2 6.25
90 33 1 6.06 56 0 0.00 35 -1 -5.71 56 0 0.00
90 31 1 6.45 49 -3 12.24 33 1 6.06 59 -1 -3.39
90 32 -4 25.00 52 -2 -7.69 29 3 20.69 57 -3 10.53
Сумма 2619 -31 - 4421 -29 - 2953 11 85,79 4712 -54 -
Сторона света Азимут φ, град Западная сторона сквера Восточная сторона сквера
№ дерева Ширина b, мм ASb, мм Δb, % Длина lж, мм Asl, мм Δl, % № дерева Ширина b, мм Asb, мм Δb, % Длина lж, мм Asl, мм Δl, %
162,59 128,60 178,71
Среднее 32.74 -0.39 2.03 55.26 0.36 1.61 36.91 0.14 1.07 58.90 -0.68 2.23

В таблице 3 даны показатели, которые применяются для сравнительной индикации (выделено полужирным шрифтом).

Таблица 3
Сравнение сторон городского сквера по показателям асимметрии листьев березы
Статистические показатели Западная сторона, чистая Восточная сторона, грязная Отношение грязная / чистая
По средним арифметическим значениям показателей
Количество измеренных листьев, шт. 80 80 1,00
Средняя ширина листа, мм 32,74 36,91 1,13
Средняя асимметрия по ширине, мм -0,34 0,14 -*
Средняя относительная асимметрия ширины, % -2,03 1,07 -*
Средняя длина жилки березового листа, мм 55,26 58,90 1,07
Средняя асимметрия длины жилки, мм -0,36 -0,68 1,89
Средняя относит, асимметрия длины жилки, % -1,61 -2,23 1,39
Предельные значения ширины листа
Минимальная абсолютная асимметрия -4 -5 1,25
Максимальная абсолютная асимметрия 4 5 1,25
Интервал абсолютной асимметрии (max-min) 8 10 1,25
Минимальная относительная асимметрия -25,00 -25,64 1,03
Максимальная относительная асимметрия 25,00 27,03 1,08
Интервал относительной асимметрии (max-min) 50,00 52,67 1,05
Предельные значения длины жилки листа
Минимальная абсолютная асимметрия -9 -11 1.22
Максимальная абсолютная асимметрия 5 13 2,60
Интервал абсолютной асимметрии (max-min) 14 24 1,71
Минимальная относительная асимметрия -43,70 -36,07 0,83
Максимальная относительная асимметрия 12,77 47,27 3,70
Интервал относительной асимметрии (max-min) 56,47 83,34 1,48
Примечание. *У половинок березовых листьев на западной стороне наблюдается правосторонняя асимметрия по ширине листа, а у березовых листьев с загрязненной восточной стороны сквера - левосторонняя асимметрия.

Анализ показывает, что сравнение двух зон по ширине половинок листа не дает заметной разницы. Это видно по схеме строения листа на фиг.2 и фиг.3, когда из-за ребристости формы листа ширина точно не определена. Она пока по прототипу измеряется по середине сложенного пополам листа, и при этом измерения выполняются только по внутреннему контуру листа. Внешний контрур и ребристость листа пока не учитываются.

Кроме того, в загрязненной зоне меняется направление асимметрии по ширине листьев березы, что требует проведения дальнейших исследований. Поэтому можно рекомендовать применять только измерение длины жилки (фиг.3), но при этом нужны более точные измерения асимметрии с погрешностью по цене деления 0,1 мм. Это обеспечивает шкала, имеющаяся на геодезическом транспортире.

По значению средней относительной асимметрии длины жилки в 2,23/1,61=1,39 раза больше на загрязненной стороне улицы. По данным таблицы 3 в двух зонах интервал относительной асимметрии равен 1,48 и поэтому длина жилки статистически значимо меняется от влияния загрязнения воздуха.

Длина жилки листа становится системно определяющим фактором.

Рейтинг параметров листьев. Общее уравнение тренда (тенденции), то есть детерминированной закономерности без учета волновых возмущений для всех 102=100 факторных отношений, имеет вид

где y - показатель или зависимый количественный фактор (в нашем примере параметр листа);

x - объясняющая переменная или влияющий фактор;

a1…a8 - параметры модели, получаемые идентификацией на ПЭВМ.

Волновое уравнение можем записать в виде формулы

,

где A - амплитуда (половина) волны (ось y), pi - полупериод (ось x).

Уравнение (2) появляется после тенденции (1) и в биологических объектах показывает колебательную адаптацию их к окружающей среде. При увеличении загрязненности, то есть с ростом антропогенного воздействия, количество i≤m волновых составляющих уменьшается. При этом предполагается, что измерения проведены с высокой точностью.

В таблицах 4 и 5 приведены результаты полного факторного анализа и двух рейтингов факторов: во-первых, как влияющих переменных, во-вторых, как зависимых показателей.

Таблица 4
Рейтинг факторов и корреляционная матрица факторного анализа пластических признаков листьев березы по предлагаемому способу для экологической оценки состояния среды на западной стороне сквера
Влияющие факторы x Зависимые показатели y Сумма ∑rx Место Ix
b' b”
Ширина b', мм 1,0000 0,8640 0,8391 0,8107 3,5138 2
Ширина b”, мм 0,8610 1,0000 0,7672 0,7979 3,4261 4
Длина , мм 0,8439 0,7647 0,9992 0,9056 3,5134 1
0,9264 3,5342
Длина , мм 0,8062 0,7953 0,8965 0,9993 3,4973 3
0,8996 3,5004
Сумма ∑ry 3,5111 3,4240 3,5020 3,5135 13,9506 -
3,5051 3,5344 13,9746
Место Iy 2 4 3 1 - 0,8718
0,8734
Примечание. В числителе показаны значения коэффициента корреляции тенденции (1), а в знаменателе - коэффициент корреляции тенденции с волновой функцией (2)

Коэффициент коррелятивной вариации популяции листьев березы, находящихся в чистых экологических условиях, будет равным 13,9506 / 42=0,8718 при трендах и 0,8734 при применении к трендам дополнительно волновых составляющих.

Таблица 5
Рейтинг факторов и корреляционная матрица факторного анализа пластических признаков листьев березы по предлагаемому способу для экологической оценки состояния среды на восточной стороне сквера
Влияющие факторы x Зависимые показатели y Сумма ∑rx Место Ix
b' b”
Ширина b', мм 1,0000 0,8023 0,8474 0,7223 3,3720 1
Ширина b”, мм 0,8034 1,0000 0,7532 0,7003 3,2569 4
Длина , мм 0,8590 0,7655 0,9968 0,7694 3,3907 1
Длина , мм 0,7409 0,7584 0,7912 1,0000 3,2905 3
Сумма ∑ry 3,4033 3,3262 3,3886 3,1920 13,3101 -
Место Iy 2 4 3 1 - 0,8319

Коэффициент коррелятивной вариации популяции листьев березы, находящихся в загрязненных экологических условиях, будет равным 13,3101/42=0,8319 при трендах. Дополнительные волновые составляющие с появлением загрязнения воздуха не получаются. Это и есть важнейший отличительный признак уровня загрязнения воздуха.

Коэффициент загрязненности будет равен 0,8734/0,8319=1,05. Иначе говоря, восточная сторона грязнее западной стороны на 4,99%.

Среди влияющих переменных в обеих таблицах на первое место выдвигается параметр листа - длина жилки, . А как показатель первое место получает длина жилки . Этим снова доказывается тот факт, что длина жилки становится единственным параметром для характеристики системы (популяции) из 80 пробных листьев.

Ранговые распределения параметров листьев. Такие распределения позволяют оценить качество исходных данных, то есть добротность полученных измерений.

Выделим из таблиц 4 и 5 диагональные клетки и дадим в таблице 6.

Таблица 6
Ранговые распределения параметров листьев
Влияющие факторы x Зависимые факторы (показатели) у
Западная чистая сторона Восточная загрязненная сторона
b' b” b' b”
Ширина b', мм 1,0000 1,0000
Ширина b”, мм 1,0000 1,0000
Длина , мм 0,9992 0,9968
Длина , мм 0,9993 1,0000

Как видно из таблицы 6, обе статистические выборки репрезентативные и имеют коэффициент корреляции, очень близкий к единице. Этот факт означает, что при не меньших 80 пробных листьев можно по диагональным клеткам расставить единицы.

Бинарные отношения параметров листьев. В таблице 7 показаны все бинарные отношения между факторами по трендам в виде формулы (1). При этом на чистой стороне длина жилки получила волну возмущения.

Таблица 7
Бинарные отношения между параметров листьев
Влияющие факторы x Зависимые факторы (показатели) y
Западная чистая сторона Восточная загрязненная сторона
b' b" b' b”
Ширина b', мм 0,8640 0,8391 0,8107 0,8023 0,8474 0,7223
Ширина b”, мм 0,8610 0,7672 0,7979 0,8034 0,7532 0,7003
Длина , мм 0,8439 0,7647 0,9264 0,8590 0,7655 0,7694
Длина , мм 0,8062 0,7953 0,8996 0,7409 0,7584 0,7912

Все зависимости обладают сильными факторными связями и имеют коэффициент корреляции более 0,7. Это указывает на тот факт, что отбор из пяти факторов двух (ширина листа и длина жилки) был выполнен достоверно. Повысим требование к адекватности до 0,8 и поместим отобранные клетки в таблицу 8.

Таблица 8
Бинарные отношения при коэффициенте корреляции не менее 0,8
Влияющие факторы x Зависимые факторы (показатели) y
Западная чистая сторона Восточная загрязненная сторона
b' b” b” b”
Ширина b', мм 0,8640 0,8391 0,8107 0,8023 0,8474
Ширина b”, мм 0,8610 0,8034
Длина , мм 0,8439 0,9264 0,8590
Длина , мм 0,8062 0,8996

При таком уровне адекватности на чистой стороне сквера стало восемь закономерностей, а на грязной стороне осталось всего четыре закономерности. Тогда преимущество чистой стороны будет равно 8/4=2.

Количество значимых уравнений становится одним из критериев экологической оценки качества территории.

Ужесточим требование адекватности до 0.84 (табл.9).

Таблица 9
Бинарные отношения при коэффициенте корреляции не менее 0,84
Влияющие факторы x Зависимые факторы (показатели) y
Западная чистая сторона Восточная загрязненная сторона
b' b” b” b”
Ширина b', мм 0,8640 0,8474
Ширина b”, мм 0,8610
Длина , мм 0,8439 0,9264 0,8590
Длина , мм 0,8996

Преимущества чистой стороны будут возрастать до 5/2=2,5. На грязной стороне сквера остались связи между b' и , то есть правая сторона листа просто отпала. Доводим требование до 0,85 (табл.10).

Таблица 9
Бинарные отношения при коэффициенте корреляции не менее 0,85
Влияющие факторы x Зависимые факторы (показатели) y
Западная чистая сторона Восточная загрязненная сторона
b' b” b” b”
Ширина b', мм 0,8640
Ширина b”, мм 0,8610
Длина , мм 0,9264 0,8590
Длина , мм 0,8996

Количество значимых уравнений стало 4/1=4,0.

И, наконец, при достижении допустимого коэффициента корреляции до [r]=0,86 получаем, что на восточной стороне сквера не останется ни одной адекватной закономерности.

Но между двумя парами ширины листа и длины жилки останутся четыре значащих закономерности.

Влияние требований к уровню адекватности. Как пример рассмотрим всю таблицу по 160 пробным листьям и 10 параметрам по повышению требований к адекватности искомых закономерностей от нуля до единицы.

Тогда численность бинаров, а также количество строк и столбцов матрицы, можно определять по данным таблицы 10.

Таблица 10
Бинарные отношения при 10 параметрах листьев
Влияющие факторы x Зависимые факторы (показатели y)
b' b” α' α”
b', мм 0,8465 0,8340 0,7694 0,3125 0,3292 0,6943 0,6361 0,1124 0,1182
b”, мм 0,8476 0,7671 0,7902 0,2555 0,2851 0,6485 0,7045 0,1059 0,0937
,мм 0,8368 0,7694 0,8473 0,2854 0,2817 0,7236 0,6475 0.2141 0,2222
,мм 0,7693 0,7889 0,8410 0,3595 0,2593 0,6839 0,6857 0,1625 0,1777
,мм 0,2826 0,2336 0,2501 0,2767 0,5198 0,2510 0,2753 0,4171 0,3355
,мм 0,3132 0,3437 0,3193 0,2639 0,5122 0,3251 0,3127 0,3332 0,3853
,мм 0,6938 0,6529 0,7285 0,6816 0,2538 0,3147 0,6686 0,1292 0,0846
,мм 0,6124 0,6921 0,6323 0,6920 0,2713 0,2955 0,6744 0,1782 0,1101
α', град 0,0658 0,0368 0,0698 0,1037 0,4087 0,2466 0,0775 0,0516 0,6378
α”,град 0,1082 0,0949 0,0568 0,0755 0,3257 0,3525 0,0717 0,0736 0,6612

Таким образом, экологическую обстановку можно оценивать по изменению требуемой адекватности по допустимому значению коэффициента корреляции [r].

Такие закономерности можно получить, если значения коэффициента корреляции всех бинарных отношений (по данным табл.10) распределить по интервальной шкале коэффициента корреляции, например, с шагом в 0,1 (табл.11).

Для наглядности переходов, когда теряются один за другим параметры пробного листа с повышением требовательности к коэффициенту корреляции, помечены цифрами 1, 2 и 3.

Допустимый коэффициент корреляции показывает правую границу интервальной шкалы. Задаваясь допустимым значением [r], можно оценить необходимый в факторном анализе уровень достоверности проводимого исследования.

Таблица 11
Характеристика статистической выборки из 160 проб листьев
Допустимый коэффициент корреляции Количество формул бинарных отношений Количество оставшихся строк в матрице Количество оставшихся столбцов матрицы
0 90 10 10
0.1 78 10 10
0.2 68 10 10
0.3 50 10 10
0.4 36 10 10
0.5 34 10 10
0.611 32 8 8
0.66122 30 6 6
0.7 15 5 6
0.733 12 4 4
0.77 8 4 4
0.8 6 4 4
0.84 4 4 4
0.8410 3 3 3
0.8465 2 2 2
0.8473 1 1 1
0.8476 0 0 0
Примечания: 1 - теряется значимость и 2 - порог существования α' и α”; 3 - предел для значений коэффициента корреляции и .

Нулевой коэффициент корреляции образуется при вычислении средней арифметической величины.

В этом случае биологи проводят поверхностный анализ, так как среднеарифметическое значение изучаемого фактора не отражает (через поведение множества проб) сущность поведения популяции проб листьев.

Количество бинарных отношений будет равно 102-10=90 шт.

Таблица 11 отображает также закономерности динамики требований к адекватности проведенных измерений. После идентификации общей модели (1) были получены следующие формулы:

- количество формул (фиг.4) корреляционной матрицы по допустимой корреляции

- количество строк в корреляционной матрице (фиг.5)

- количество столбцов в корреляционной матрице (фиг.6)

Из остатков на фигурах 4, 5 и 6 видно, что с увеличением требований к допустимому коэффициенту корреляции появляются дополнительные колебательные возмущения всех трех статистических показателей.

Наивысшие значения эти статистические показатели сохраняют после 0,73 ширина листа и длина жилки.

Закономерности численности при одинаковых рангах. Вернемся к ранговым распределениям (табл.12) и узнаем количество (численность) одно ранговых значений (табл.13) у четырех параметров листьев.

Численность одно ранговых распределений является показателем встречаемости листьев с данным значением параметра.

Таблица 12
Ранговые распределения четырех параметров 80 пробных листьев
Западная чистая сторона Восточная загрязненная сторона
r1 b' r2 b” r3 r4 r1 b' r2 b” r3 r4
0 23 0 22 0 37 0 38 0 24 0 25 0 40 0 39
1 22 0 22 1 35 1 37 0 24 0 25 1 36 0 39
2 21 0 22 1 35 2 35 1 23 1 24 1 36 0 39
2 21 0 22 1 35 2 35 1 23 1 24 1 36 1 38
3 20 0 22 1 35 2 35 1 23 1 24 1 36 1 38
3 20 0 22 1 35 3 34 1 23 2 23 2 35 2 37
3 20 1 21 2 34 3 34 1 23 2 23 2 35 3 36
3 20 1 21 2 34 3 34 2 22 2 23 2 35 3 36
3 20 1 21 2 34 3 34 2 22 2 23 2 35 3 36
3 20 1 21 2 34 4 33 2 22 3 22 3 34 4 35
4 19 2 20 2 34 5 32 2 22 3 22 3 34 4 35
4 19 2 20 3 33 5 32 2 22 3 22 4 33 5 34
4 19 2 20 3 33 5 32 3 21 3 22 4 33 5 34
4 19 2 20 4 31 5 32 3 21 3 22 4 33 5 34
4 19 2 20 4 31 5 32 3 21 3 22 4 33 5 34
4 19 3 19 4 31 5 32 3 21 4 21 4 33 5 34
4 19 3 19 4 31 5 32 3 21 4 21 5 32 6 33
4 19 3 19 4 31 6 31 3 21 4 21 5 32 6 33
5 18 3 19 4 31 6 31 3 21 4 21 5 32 6 33
5 18 3 19 4 31 6 31 3 21 4 21 5 32 6 33
5 18 3 19 4 31 6 31 3 21 5 20 5 32 6 33
5 18 3 19 5 30 6 31 4 20 5 20 5 32 6 33
5 18 3 19 5 30 7 30 4 20 5 20 5 32 7 32
5 18 4 18 5 30 7 30 4 20 5 20 6 31 7 32
5 18 4 18 5 30 7 30 4 20 5 20 6 31 7 32
5 18 4 18 5 30 7 30 4 20 5 20 6 31 7 32
6 17 4 18 5 30 7 30 4 20 5 20 6 31 8 31
6 17 4 18 5 30 7 30 5 19 6 19 6 31 8 31
6 17 4 18 5 30 7 30 5 19 6 19 7 30 8 31
6 17 4 18 5 30 7 30 5 19 6 19 7 30 9 30
6 17 4 18 6 29 8 29 5 19 6 19 7 30 9 30
6 17 5 17 6 29 8 29 5 19 6 19 7 30 9 30
6 17 5 17 6 29 8 29 5 19 6 19 7 30 9 30
6 17 5 17 6 29 9 28 5 19 7 18 7 30 9 30
6 17 5 17 6 29 9 28 5 19 7 18 7 30 9 30
6 17 5 17 6 29 9 28 5 19 7 18 7 30 9 30
7 16 5 17 7 28 9 28 5 19 7 18 7 30 9 30
7 16 5 17 7 28 9 28 6 18 7 18 7 30 9 30
7 16 5 17 7 28 9 28 6 18 7 18 8 29 9 30
7 16 5 17 8 27 9 28 6 18 7 18 8 29 9 30
7 16 6 16 8 27 9 28 6 18 7 18 8 29 9 30
7 16 6 16 8 27 9 28 6 18 7 18 8 29 9 30
7 16 6 16 8 27 9 28 6 18 7 18 8 29 10 29
7 16 6 16 8 27 9 28 6 18 7 18 8 29 10 29
Западная чистая сторона Восточная загрязненная сторона
r1 b' r2 b” r3 r4 r1 b' r2 b” r3 r4
7 16 6 16 9 26 10 27 6 18 7 18 9 28 10 29
7 16 6 16 9 26 10 27 6 18 7 18 9 28 10 29
7 16 6 16 9 26 10 27 6 18 7 18 9 28 10 29
7 16 6 16 9 26 10 27 6 18 8 17 9 28 10 29
8 15 6 16 9 26 11 26 6 18 8 17 9 28 10 29
8 15 7 15 10 25 11 26 6 18 8 17 9 28 10 29
8 15 7 15 10 25 11 26 7 17 8 17 9 28 10 29
8 15 7 15 10 25 11 26 7 17 8 17 9 28 11 28
8 15 7 15 10 25 11 26 7 17 8 17 9 28 11 28
8 15 7 15 10 25 12 25 7 17 8 17 10 27 11 28
8 15 7 15 10 25 12 25 7 17 8 17 10 27 11 28
8 15 7 15 10 25 12 25 7 17 8 17 10 27 11 28
8 15 7 15 10 25 12 25 7 17 8 17 10 27 11 28
8 15 7 15 10 25 12 25 7 17 9 16 10 27 12 27
9 14 7 15 10 25 12 25 7 17 9 16 10 27 12 27
9 14 7 15 10 25 13 24 7 17 9 16 10 27 12 27
9 14 8 14 10 25 13 24 7 17 9 16 11 26 12 27
9 14 8 14 11 24 13 24 8 16 9 16 11 26 13 26
9 14 8 14 11 24 13 24 8 16 9 16 11 26 13 26
9 14 8 14 11 24 13 24 8 16 9 16 11 26 13 26
9 14 8 14 11 24 13 24 8 16 9 16 11 26 13 26
9 14 8 14 12 23 13 24 8 16 9 16 12 25 13 26
10 13 8 14 12 23 14 23 8 16 9 16 12 25 14 25
10 13 8 14 13 22 14 23 8 16 9 16 12 25 14 25
10 13 8 14 13 22 14 23 8 16 10 15 12 25 14 25
10 13 9 13 13 22 14 23 8 16 10 15 13 24 14 25
10 13 9 13 13 22 14 23 8 16 10 15 13 24 14 25
11 12 9 13 13 22 14 23 8 16 10 15 13 24 15 24
11 12 10 12 13 22 15 22 9 15 10 15 13 24 15 24
11 12 10 12 14 21 15 22 9 15 11 14 13 24 16 23
11 12 11 11 15 20 15 22 9 15 11 14 14 23 16 23
11 12 11 11 15 20 15 22 10 14 12 13 14 23 16 23
12 11 12 10 15 20 16 21 10 14 12 13 15 22 16 23
12 11 12 10 16 19 16 21 10 14 12 13 16 21 17 22
13 10 12 10 17 17 17 20 11 13 12 13 17 20 18 21
13 10 12 10 18 16 18 18 11 13 12 13 18 19 18 21

В таблице 13 примем следующие условные обозначения:

Nb' - встречаемость листьев с одинаковой шириной левой стороны;

Nb” - то же с правой стороны листа;

- встречаемость листьев с одинаковой длиной левой жилки;

- то же с правой стороны листа.

При этом встречаемость будет очень разной на двух сторонах сквера. Иначе говоря, встречаемость листьев по их размерам в ранговом распределении становится очень хорошим индикаторным критерием.

Таблица 13
Численность одно ранговых распределений 80 пробных листьев
Западная чистая сторона Восточная загрязненная сторона
r1 Nb' r2 Nb” r3 r4 r1 Nb' r2 Nb” r3 r4
0 1 0 6 0 1 0 1 0 2 0 2 0 1 0 3
1 1 1 4 1 5 1 1 1 5 1 3 1 4 1 2
2 2 2 5 2 5 2 3 2 5 2 4 2 4 2 1
3 6 3 8 3 2 3 4 3 9 3 6 3 2 3 3
4 8 4 8 4 8 4 1 4 6 4 5 4 5 4 2
5 8 5 9 5 9 5 7 5 10 5 7 5 7 5 5
6 10 6 9 6 6 6 5 6 13 6 6 6 5 6 6
7 11 7 11 7 3 7 8 7 11 7 14 7 10 7 4
8 10 8 9 8 5 8 3 8 11 8 10 8 6 8 3
9 8 9 3 9 5 9 11 9 3 9 11 9 9 9 13
10 5 10 2 10 12 10 4 10 3 10 5 10 7 10 9
11 5 11 2 11 4 11 5 11 2 11 2 11 5 11 6
12 2 12 4 12 2 12 6 12 5 12 4 12 4
13 2 13 6 13 7 13 5 13 5
14 1 14 6 14 2 14 5
15 3 15 4 15 1 15 2
16 1 16 2 16 1 16 4
17 1 17 1 17 1 17 1
18 1 18 1 18 1 18 2

По отдельности рассмотрим западную и восточную стороны сквера, а графически формулы покажем попарно на фигурах 7-10.

Западная сторона сквера получает следующие формулы:

- ранговое распределение встречаемости листьев (фиг.7) по ширине с левой стороны у 80 пробных листов

- встречаемость у правой половинки листьев (фиг.8) имеет формулу

- встречаемость листьев с левосторонней длиной жилки (фиг.9)

N1=4,18074exp(-0,033580r3), N2=A1cos(πr3/p1+4,60797),

A1=1,82085·10-49r384,74737exp(-7,40918r31,03742),

p1=16,65062-1,15567r30,94294, N3=A2cos(πr3/p2+0,77338)

A2=0,016314r313,27823exp(-3,10298r3), p2=0,030571+0,10113r30,93743;

- ранговое распределение встречаемости листьев с правосторонней длиной жилки (фиг.10) получает формулу вида

N1=1,06262r40,98015exp(-0,000392r43,06794),

N2=A1cos(πr4/p1-0,49710), A1=-0,52446r41,81314exp(-0,34470r4),

p1=1,86117, N3=A2cos(πr4/p2-0,31351),

A2=0,029790r44,38236exp(-0,54476r4), p2=1,31690-0,00292094r1,90213.

Таким образом, характерным свойством для чистой стороны является наличие сложных волновых закономерностей колебательной адаптации листьев к окружающему воздуху.

Восточная сторона сквера определяется следующими формулами:

- встречаемость листьев (фиг.7) по ширине левой половинки

- встречаемость листьев (фиг.8) по правой половинке

- встречаемость листьев (фиг.9) по длине левой жилки

- встречаемость листьев березы (фиг.10) по правой длине жилки

Таким образом, загрязнение вызывает потерю колебательной адаптации у загрязненных листьев.

Преимуществом предлагаемого способа является техническая простота исполнения, так как из оборудования требуется только измерительный циркуль и геодезический транспортир со шкалой деления 0,1 мм.

Поэтому изобретение может быть широко реализовано в школьных экологических кружках, пришкольных лесничествах, и даже в детских садах, а также в географических и иных экспедициях при дополнительном исследовании качества территории по свойствам листвы берез.

Для создания волновой теории требуется повысить точность измерений на порядок, то есть вместо погрешности измерений ± 0,5 мм при измерениях обыкновенная миллиметровой линейкой с ценой деления 1 мм необходимо перейти на измерения шкалой на геодезическом транспортире с ценой деления 0,1 мм и погрешностью ± 0,05 мм.

1. Способ сравнительной индикации воздушной среды, окружающей произрастающие в разных условиях березняки, по флуктуирующей асимметрии листьев березы, включающий взятие листьев от учетных деревьев березы, проведение измерений каждого взятого листа, при этом при измерении каждый лист размещают стороной, обращенной к верхушке побега, а измерения осуществляют измерительным циркулем и линейкой, отличающийся тем, что пробные листья берут с каждой березы по меньшей мере с двух произрастающих в разных условиях по загрязненности воздуха березняках по ориентации висячих укороченных побегов по четырем сторонам света по компасу, при этом измерение ширины взятых пробных листьев выполняют слева и справа половинок листа и дополнительно измеряют слева и справа половинок листа длину второй от основания листа жилки второго порядка, далее по измеренным данным проводят статистическое моделирование, а сравнительную индикацию экологического состояния среды, окружающей березняки, осуществляют по полученным статистическим показателям.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что листья с одного дерева хранят отдельно для анализа полученных результатов индивидуально для каждой березы, при этом собранные с одной березы листья связывают за черешки, причем все листья, собранные для одной выборки, складывают в полиэтиленовый пакет, туда же кладут этикетку, на которой указаны номер выборки, место сбора, делая при этом максимально подробную привязку к местности, и дату сбора, при этом для непродолжительного хранения собранный материал хранят в полиэтиленовом пакете на нижней полке холодильника, а для длительного хранения фиксируют материал в 60% растворе этилового спирта или гербаризируют.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в каждом березняке берут не менее пяти берез, на каждой из которых выбирают висячие укороченные побеги по четырем сторонам света и с одного укороченного побега берут не менее четырех пробных листьев разных размеров и формы, примерно на одинаковой высоте взятия пробы листьев, а измерения длины слева и справа второй от основания листа жилки второго порядка и ширины левой и правой половинок листа выполняют по взятым не менее 80 листьям, причем измерения ширины проводят посередине листовой пластинки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что по измеренным данным пробных листьев вводят ранговые распределения четырех параметров, по которым проводят статистическое моделирование для оценки добротности проведения способа и уточнения рейтинга четырех параметров, а по ранговым распределениям устанавливают встречаемость листьев по длине жилки на левой и правой сторонах листьев, а об экологическом состоянии сравниваемых березняков судят по статистическим показателям встречаемости.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что по показателям параметров асимметрии двух половинок пробных листьев проводят сравнительную индикацию поведения березняков за прошлый период года, выполняемую по предельным значениям длины жилки пробных листьев, в частности, по интервалам значений абсолютной и относительной асимметрии по длине жилки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к экологическому мониторингу территорий с травяным покровом. Способ включает выделение на малой реке или ее притоке визуально по карте или натурно участка пойменного луга с травяным покровом.

Изобретение относится к инженерной биологии и индикации окружающей среды. Способ включает выбор учетных деревьев березы.

Изобретение относится к области лесного хозяйства, а именно к лесоводству и лесной промышленности, и может быть использовано при проведении машинизированных выборочных рубок леса.

Изобретение относится к лесному хозяйству и может быть использовано при расчистке площади свежей вырубки под лесные культуры. Способ включает сгребание порубочных остатков рабочим органом подборщика, перемещение их к месту сжигания или отгрузки и/или переработки на топливную щепу, при этом при перемещении сгребающего порубочные остатки подборщика находящуюся на пути его перемещения надземную часть пней измельчают на щепу, перемешивая ее совместно с порубочными остатками.

Изобретение относится к области лесозаготовок и может найти применение при заготовке сортиментов и топливной щепы. Способ выполнения лесосечных работ многооперационной лесозаготовительной машиной, состоящей из самоходного шасси со смонтированным на нем манипулятором с харвестерной головкой, механизма подачи лесосечных отходов, измельчающего устройства, кузова-накопителя и щеповода, включающий срезание дерева, обрезку сучьев, раскряжевку на сортименты, подачу лесосечных отходов к измельчающему устройству, измельчение лесосечных отходов в щепу и концентрацию ее в кузове-накопителе.

Изобретение относится к области лесозаготовок и может найти применение при вывозке дров и лесосечных отходов. Способ включает сбор дров и лесосечных отходов, погрузку их на транспортные средства, транспортировку по дорогам и выгрузку у котельной.

Изобретение относится к области биогеоценологии. Способ включает определение геоморфологических параметров долины.

Изобретение относится к области лесного, лесопаркового хозяйства и садово-паркового строительства. В способе проводят статистический анализ, включающий расчет средних многолетних фенодат таксонов, определяют средние многолетние феноритмотипы в родовом комплексе, оценивают направления и величины сдвига сроков наступления фенофаз вегетативных органов.

Изобретение относится к области оценки степени загрязненности атмосферного воздуха и может быть использовано при мониторинге атмосферного воздуха фоновой и урбанизированной территории.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, а именно к навесным устройствам для навешивания на трактор, в частности лесохозяйственных машин и орудий.

Изобретение относится к области инженерной биологии и биоиндикации окружающей среды. Способ включает взятие листьев от учетных деревьев. При этом для измерения каждый лист помещают перед собой стороной, обращенной к верхушке побега. С каждого листа с левой и правой сторон измеряют показатели ширины левой и правой половинок листа, мм, длину жилки второго порядка, второй от основания листа, мм, расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка, мм, расстояние между концами этих жилок, мм, угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка, град. За учетные деревья принимают не менее трех берез, с каждой березы отбирают не менее пяти листьев разных размеров со стороны каждой локальной оцениваемой территории, причем все не менее 15 листьев принимают за популяцию из отдельных самостоятельных особей. Далее составляют таблицу всех измерений без их усреднения, полученную выборку статистическим моделированием подвергают факторному анализу выявлением бинарных отношений между 10 показателями, причем все 100 биотехнических закономерностей идентифицируют в программной среде формулой вида: где y - показатель или зависимый количественный фактор (10 параметров по пяти показателям с двух половинок листа); x - объясняющая переменная или влияющий фактор (те же 10 параметров от каждого листа); a1-a8 - параметры модели, получаемые идентификацией по конкретным данным измерений. Способ позволяет повысить точность индикации качества окружающей листья березы локальной среды, а также упростить и повысить производительность измерений параметров листьев. 3 з.п. ф-лы, 23 ил., 8 табл.

Изобретение относится к технологиям лесного хозяйства и лесозаготовительной отрасли. Способ включает измерение длины и диаметров стволов в коре по длине стволов и в комлевых сечениях. Берут 100 нефаутных по форме деревьев, в отношении которых измеряют длины стволов, диаметры в коре в комле, диаметры стволов в коре, начиная от комлевых сечений до вершины деревьев, и диаметры стволов на половине длины ствола. По результатам всех измерений определяют относительные длины (h/H) и соответствующие им относительные диаметры стволов в коре. По совокупности полученных данных определяют абсолютные размеры стволов деревьев. С учетом коэффициентов на кору и технологического диаметра ствола на высоте груди в коре определяют переменные диаметры стволов без коры с последующим определением переменной площади сечения стволов без коры по длине стволов и объем древесных стволов без коры. Такая технология позволит повысить точность определения технологических размеров деревьев и объема древесины. 2 табл.

Изобретение относится к лесному хозяйству и может найти применение при планировании мероприятий по озеленению городских территорий. Способ включает составление каталога древесных пород обследуемого городского поселения с известной экологической обстановкой и соответствующей ему территории эталонного участка. Осуществляют проведение измерений техническими средствами: цифровой видеокамерой; цифровым видеоспектрометром; высотомером; счетчиком совокупности параметров, определяющих объем продуцирующей кислород биомассы каждого вида растений: площади сечения кроны S, м2; густоты кроны как средневзвешенной пространственной частоты Fср [1/м] функции сигнала ее изображения I (х, у), цветности кроны как средневзвешенной длины волны λ с р [ н м ] коэффициента спектральной яркости, средней высоты h [м] насаждения данного вида относительного числа здоровых Ni деревьев к общему их количеству N данной породы, нормирование измеренных показателей относительно их значений для эталонных участков, ранжирование показателей по мере убывания их значимости в объеме продуцирующей фитомассы, вычисление функции рейтинговой оценки Ri как средневзвешенной суммы относительных показателей каждого вида породы: где: ω1, ω2, ω3, ω4, ω5 - весовые коэффициенты значимости, составление итоговой таблицы рейтинга видов пород. Способ позволит обеспечить устойчивость городского озеленения к техногенным нагрузкам. 4 ил., 3 табл., 1пр.
Изобретение относится к лесному хозяйству и может быть использовано в районах с недостаточным атмосферным увлажнением при массивном облесении площадей с тяжелыми почвами, недоступными или ограниченно доступными для корней растений грунтовыми водами. Способ создания долговечных лесных культур включает посадку растений главной породы и растений сопутствующих пород, прочистку и прореживание в рядах культур. В районах с недостаточным атмосферным увлажнением при облесении площадей с тяжелыми почвами, недоступными и ограниченно доступными грунтовыми водами обработку почвы проводят по системе многолетнего черного пара, культуры создают чистыми рядами с узкими междурядьями, а кулисы из рядов главной породы чередуют с кулисами сопутствующих пород и размещают их по площади равномерно. Способ обеспечивает накопление запаса почвенной влаги при основной обработке почвы, повышение качества минерального питания растений главной породы в молодом возрасте, сокращение потребления влаги подлеском из растений сопутствующих пород. 3 з.п. ф-лы.

Изобретения относятся к области видеонаблюдения. Способы определения оптимальной конфигурации и настройки системы видеомониторинга характеризуются тем, что собирают множество параметров, относящихся к характеристикам точек видеомониторинга и характеристикам территории их размещения. Характеристики территории включают в себя ландшафтные характеристики, погодные данные и данные о лесных пожарах. Некоторые из параметров, относящихся к характеристикам точек видеомониторинга, являются контролируемыми. Задают показатель эффективности системы, который является интегральной величиной, описываемой вероятностной моделью, обобщающей, по меньшей мере, часть параметров. Выполняют перебор вариантов размещения точек видеомониторинга по множеству возможных позиций на территории путем того, что для установленного размещения точек видеомониторинга определяют оптимальный набор параметров, оптимизирующий показатель эффективности. Показатель эффективности вычисляют с варьированием контролируемых параметров, при этом для способа оптимальной настройки системы осуществляют корректировку контролирумых параметров до оптимального набора параметров. Определяют оптимальную конфигурацию системы, сравнивая полученные варианты размещения точек мониторинга, для которых определены оптимальные наборы параметров, и выбирают вариант размещения с наилучшим значением показателя эффективности. Система видеомониторинга 100 содержит модуль настройки, который выполнен с возможностью рассчитывать показатель эффективности системы, определять оптимальный набор параметров, который оптимизирует показатель эффективности системы, выполнять корректировку контролируемых параметров системы видеомониторинга до оптимального набора параметров. Изобретениями обеспечивается создание оптимальной конфигурации системы видеомониторинга, в которой каждая точка видеомониторинга имеет индивидуальный оптимальный набор параметров, что в свою очередь обеспечивает повышение эффективности работы и эксплуатации системы с целью раннего обнаружения лесных параметров. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 16 ил., 8 табл.

Изобретение относится к защитному лесоразведению и лесному хозяйству и может быть использовано при механизированной уборке порубочных остатков из лесных полос при проведении рубок ухода. Способ механизированной уборки порубочных остатков из лесной полосы включает создание в ней мест разрывов для вывоза порубочных остатков оттуда и формирование куч порубочных остатков подборщиком-погрузчиком, включающим раму, грабельную решетку, сталкивающее устройство и боковые трубы-ограничители, у которого сталкивающее устройство выполнено в виде стенки, жестко закрепленной на двух симметричных роликовых механизмах, перемещаемых по боковым трубам-ограничителям вдоль грабельной решетки к ее концам с помощью шарнирных четырехзвенников, установленных на раме подборщика-погрузчика и приводимых в движение гидроцилиндрами, являющимися одним из их звеньев, которые шарнирно установлены между кронштейнами рамы подборщика-погрузчика и консолями звеньев четырехзвенников, связанных с роликовыми механизмами. Формирование куч порубочных остатков проводят в междурядьях лесных полос и на их опушках. В междурядьях сбор порубочных остатков проводят поочередным встречным движением подборщика-погрузчика вдоль рядов деревьев с заездом в разрывы, создаваемые в приопушечных или смежных с ними рядах лесных полос, и последующим выездом из них, а вывоз порубочных остатков - заездом транспортного средства в один из разрывов приопушечного или смежного с ним ряда лесной полосы с загрузкой его из куч, образованных в междурядьях подборщиком-погрузчиком, и выездом задним ходом в тот же разрыв. С опушек сбор порубочных остатков проводят при движении подборщика-погрузчика вдоль ряда лесной полосы с остановками для погрузки их в транспортные средства и вывоза для дальнейшего использования. Расстояние между разрывами в опушечных и смежных рядах лесных полос определяют исходя из объема порубочных остатков в лесной полосе и объема наполнения подборщика-погрузчика порубочными остатками по формуле: 2L=Q/Qп, где Q, м3/пог. м - возможный объем порубочных остатков в междурядье лесной полосы; Qп, м3 - объем наполнения подборщика-погрузчика подбираемыми порубочными остатками; L, пог. м - длина пути, на котором подборщик-погрузчик будет наполнен порубочными остатками. Способ позволит обеспечить удобство и эффективность уборки порубочных остатков в ограниченном пространстве междурядий лесных полос и их опушек. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к лесному хозяйству, в частности к дистанционным методам таксации лесов на обширных площадях. Способ характеризуется тем, что осуществляют дистанционное зондирование таксируемой территории с разрешением 2-40 м по трем-десяти спектральным каналам в диапазоне 0,45-90 мкм. Составляют цифровую модель рельефа. Зондирование таксируемой территории осуществляют в различные сезоны. Цифровую модель рельефа разделяют на иерархические уровни. Полученные данные формируют в виде базы данных со строчной структурой и пространственной привязкой, в каждой строке которой размещают набор спектральных характеристик по каждому каналу за каждый период и набор иерархических уровней рельефа с их характеристиками, которую классифицируют по итеративной процедуре K-средних при К=2. Сравнивают спектральные характеристики в полученных классах с заранее заданными устойчивыми спектральными образами типов ландшафтного покрова. Выделяют основные соответствия полученных классов заданным типам ландшафтного покрова. Выделяют классы, имеющие лесохозяйственную ценность. В каждом классе, имеющем лесохозяйственную ценность, определяют число контрольных точек по соотношению Li=wlog2mi, где mi - частота класса i во всей выборке, w - коэффициент точности в зависимости от распространенности типа ландшафтного покрова, a Li - количество контрольных точек внутри класса i. Контрольные точки размещают внутри выделенных классов. На контрольных точках проводят лесотаксационные полевые описания. Полученными в результате описаний лесотаксационными характеристиками дополняют базу данных. Для каждой лесотаксационной характеристики осуществляют интерполяцию ее состояний на всю таксируемую территорию. Определяют точность интерполяции. Выделяют гомогенные участки относительно интерполированных состояний лесотаксационных характеристик. По заданному порогу сходства гомогенные участки меньше принятых минимальных размеров лесотаксационного выдела объединяют с соседними, наиболее близкими по состоянию, участками. Способ обеспечивает точность лесотаксации при минимальных трудозатратах. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к лесному хозяйству и может быть использовано для подавления корнеотпрысковой и порослевой способности мягколиственных древесных пород. Спиливание деревьев производят бензопилой, предварительно залив масляно-арборицидную смесь в емкость для масла, предназначенную для смазки цепи бензопилы, при этом возможно нанесение вертикальных пропилов на периферийную поверхность образованного пня в районе камбия для лучшего проникновения арборицида в проводящую систему спиленного дерева. Способ обеспечивает повышение производительности и увеличение площади обработки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл., 1пр.
Изобретение относится к лесному хозяйству и может быть использовано при посадке сеянцев хвойных пород в зоне радиоактивного загрязнения. Выращивание сеянцев осуществляют в плодородном субстрате конусообразной формы, армированном водорастворимой пленкой для получения сеянцев с закрытой корневой системой. Субстрат промораживают, а посадку подготовленных таким образом сеянцев производят после снеготаяния во влажную почву путем сбрасывания их с летательного аппарата. Способ обеспечивает расширение технологических возможностей за счет использования его при посадке сеянцев хвойных пород в зоне радиоактивного загрязнения.

Изобретение относится к лесной промышленности и лесному хозяйству и может быть использовано для заготовки хвойной лапки непосредственно на лесосеке. Устройство содержит транспортер, очесывающий барабан с предохранительным кожухом и выходной люк. Тяговый орган транспортера выполнен в виде набора параллельно установленных пильных цепей. У очесывающего барабана на держателях последовательно друг за другом смонтированы ножи в виде отрезков пильных цепей. Ножи смонтированы параллельно друг другу по всей ширине держателей. При таком выполнении повышается качество обработки хвойной лапки, обеспечивается снижение трудоемкости работ и повышение производительности труда. 2 ил.
Наверх