Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

ИСПЫТАНИЕ РАСТУЩЕГО ДЕРЕВА

Мазуркин П.М. Варсегова Л.Ю.
По результатам измерений ширины годичных слоев на рабочей части керна и определения радиального роста дерева, и последующей идентификации по ним статистической закономерности, выполняют прогнозирование на ретроспективу на число лет с начала рабочей зоны керна до момента начала жизни измеряемого учетного дерева.
керн
ширина годичного слоя
статистическая закономерность роста

Динамика радиуса ствола сосны была изучена на керне древесины, начиная с 1948 по 1992 годы на каждом годичном слое. Дерево произрастало в сосново-березовом насаждении с примесью ели и осины естественного происхождения: состав пород 9С + 1Б (единичные Е + Ос); тип лесорастительных условий - А2; тип леса - сосняк зеленомошниковый; полнота - 0,8.

Для измерений ширины годичных слоев использовался керн комнатно-сухой влажности, взятый в 2000 году на высоте 1,3 м. Возраст подроста на высоте 1,3 м составлял 11 лет. Замеры проводились, начиная с 22 по 66 год жизни дерева. Полный же возраст дерева составляет 74 года (рис. 1).

p

Рис. 1. Схема взятия керна

Из схемы на рис. 1 видно, существующими способами, например, с использованием измерительной лупы, первые 10 лет попадали в сердцевину и не могли быть измеренными из-за малых значений. Поэтому рабочая часть керна начинается с 22 года. При этом рабочая часть керна завершается, не доходя до камбиального слоя на 8 лет. Поэтому отрезок керна на последних годичных слоях также не был измерен из-за малости ширины годичных слоев.

В лесной таксации принято измерять ширину годичных слоев (или же считать их число), начиная от периферии к сердцевине. В предлагаемом способе лучше всего измерять от сердцевины к периферии, причем с применением более точных методов измерения можно учитывать и нерабочие зоны керна - присердцевинную и заболонную.

Если отсутствует подрост для определения возраста до места взятия керна, то придется брать керн и на корневой шейке дерева.

Для замеров был выбран керн с минимальными углами наклона годичных слоев в продольно-радиальной и радиально-тангенциальной плоскостях анизотропии. Ширина годичного слоя измерялась с точностью 0,05 мм при начальном годичном слое, равном 22 году жизни дерева.

Полученные данные были обработаны в математической среде EUREKA (табл. 1 и рис. 2) и была получена статистическая формула вида:

f

f,    (1)

где  Rt - расчетный радиус дерева по годичным слоям в направлении от сердцевины к периферии, мм;

t - время жизни растущего дерева до момента взятия керна, с учетом возраста каждого годичного слоя от корневой шейки растущего дерева, лет.

Первая составляющая формулы (1) соответствует биотехническому закону проф. П.М. Мазуркина. Вторая составляющая является волновой закономерностью. Амплитуда этого колебательного изменения является законом гибели. Это означает, что уравнение колебательного движения с убыванием амплитуды показывает адаптивную способность растущего дерева к среде его произрастания, причем отрицательный знак перед второй составляющей показывает кризисное изменение радиального прироста с изменением возраста годичного слоя. Период этой колебательной адаптации растущего дерева к месту своего произрастания равен 10,75915 х 2 = 21,6 лет. Причем сдвиг начала волны происходит через 6,13388 радиан, то есть через почти 21 год после начала жизни изучаемого дерева сосны. По лесоводственным данным можно узнать, что происходило в это время, то есть в 2000 - 74 + 21 = 1947 году. Сама сосна появилась в 2000 - 74 = 1926 году, по-видимому, после крупных лесных пожаров 1921 года.

p 

Рис. 2. Динамика радиуса ствола сосны по годичным слоям керна

Таблица 1

Динамика радиуса ствола сосны по годичным слоям керна, мм

Год

Время

t, лет

Факт

f

Расчетные значения

Составляющие модели

Rt

ε

Δ, %

Rt1

a

Rt2

1992

66

71,5

71,1

0,42

0,59

71,1

0,0

0,0

1991

65

70,3

70,2

0,05

0,08

70,2

0,0

0,0

1990

64

69,1

69,4

-0,27

-0,39

69,4

0,0

0,0

1989

63

68,6

68,5

0,14

0,20

68,5

0,0

0,0

1988

62

67,6

67,5

0,09

0,14

67,5

0,0

0,0

1987

61

66,6

66,5

0,08

0,12

66,5

0,0

0,0

1986

60

65,7

65,5

0,21

0,32

65,5

0,0

0,0

1985

59

64,8

64,4

0,37

0,57

64,4

0,0

0,0

1984

58

64,0

63,3

0,67

1,05

63,3

0,0

0,0

1983

57

62,6

62,2

0,41

0,65

62,2

0,0

0,0

1982

56

61,4

61,0

0,38

0,62

61,0

0,0

0,0

1981

55

59,9

59,8

0,09

0,14

59,8

0,0

0,0

1980

54

58,6

58,6

0,03

0,04

58,6

0,0

0,0

1979

53

57,0

57,3

-0,30

-0,53

57,3

0,0

0,0

1978

52

55,6

56,0

-0,40

-0,72

56,0

0,0

0,0

1977

51

54,2

54,7

-0,46

-0,86

54,7

0,0

0,0

1976

50

53,1

53,3

-0,20

-0,38

53,3

0,0

0,0

1975

49

51,3

51,9

-0,61

-1,18

51,9

0,0

0,0

1974

48

50,3

50,5

-0,18

-0,36

50,5

0,0

0,0

1973

47

49,6

49,0

0,57

1,15

49,0

0,0

0,0

1972

46

48,2

47,5

0,65

1,35

47,6

0,0

0,0

1971

45

46,7

46,0

0,66

1,41

46,1

0,1

0,1

1970

44

44,8

44,5

0,29

0,64

44,6

0,1

0,1

1969

43

43,6

43,0

0,64

1,46

43,1

0,1

0,1

1968

42

42,2

41,4

0,79

1,88

41,5

0,1

0,1

1967

41

40,3

39,8

0,45

1,13

40,0

0,2

0,1

1966

40

38,2

38,3

-0,10

-0,26

38,4

0,2

0,1

1965

39

36,3

36,8

-0,48

-1,33

36,9

0,3

0,1

1964

38

34,9

35,3

-0,41

-1,17

35,3

0,4

0,0

1963

37

33,3

33,9

-0,59

-1,78

33,7

0,5

-0,2

1962

36

32,2

32,5

-0,35

-1,07

32,1

0,7

-0,4

1961

35

31,4

31,3

0,14

0,45

30,6

0,9

-0,7

1960

34

30,5

30,0

0,48

1,57

29,0

1,1

-1,0

1959

33

29,3

28,8

0,51

1,73

27,5

1,3

-1,3

1958

32

27,6

27,5

0,07

0,27

25,9

1,7

-1,6

1957

31

26,3

26,1

0,16

0,59

24,4

2,0

-1,8

1956

30

24,7

24,6

0,13

0,53

22,9

2,5

-1,7

1955

29

22,7

22,7

-0,02

-0,11

21,4

3,0

-1,3

1954

28

20,3

20,5

-0,25

-1,21

19,9

3,6

-0,6

1953

27

17,4

18,0

-0,60

-3,46

18,5

4,2

0,5

1952

26

15,3

15,1

0,18

1,18

17,1

5,0

2,0

1951

25

12,2

12,0

0,21

1,76

15,7

5,8

3,8

1950

24

9,2

8,8

0,44

4,78

14,4

6,8

5,7

1949

23

5,8

5,7

0,13

2,19

13,2

7,8

7,5

1948

22

2,8

3,0

-0,21

-7,35

11,9

8,9

8,9

Таким образом, по измеренным значениям ширины годичных слоев можно составить статистические закономерности роста каждого учетного дерева без его валки и уничтожения. Что чрезвычайно важно для прогнозирования и последующей повторной идентификации по результатам дополнительных замеров, например по керну, взятом в 2010 году.

На рис. 2 построен график динамики радиуса ствола сосны по годичным слоям керна в программной среде Curue Expert, где наглядно видно расположение фактических точек вокруг расчетной кривой.

В табл. 1 приведены следующие условные обозначения:

Rt- расчетный радиус дерева по статистической модели;

ε - абсолютная погрешность (остаток) статистической модели, вычисляемая как разность между фактическими и расчетными значениями изучаемого показателя;

Δ - относительная погрешность статистической модели.

Максимальная относительная погрешность f=7,35 % в табл. 1 подчеркнута.

Доверительная вероятность модели (1) будет равна не меньше 100 - 7,35 = 92,65%, что позволяет дать долгосрочный прогноз, равный длине основания прогноза 1992 - 1948 = 44 года, по которому на рис. 3 был построен график в программной среде EXCEL.

p 

Рис. 3. Динамика радиуса ствола сосны по годичным слоям керна
с учетом волновой составляющей

Горизонт прогноза показывает на перспективу изменение показателя, то есть в нашем случае переменного радиуса ствола сосны на высоте 1,3 м. А глубина основания прогноза показывает ретроспективу значений показателя до момента зарождения дерева, то есть до 1926 г. В горизонте прогноза по графику на рис. 3 можно видеть, что максимальное значение 79,9 мм радиус ствола сосны достигнет к 87 годам, то есть к 2013 году. Дальнейший радиальный прирост станет убывать, то есть дерево с 87 летнего возраста начнет умирать и засыхать по толщине.

Расположение точек фактических значений около расчетной кривой показывает абсолютную погрешность, то есть остаток . На рис. 4 график остатков показан в виде диаграммы, построенной в программной среде Curve Expert-1.3.

p

Рис. 4. Остатки между фактическими и расчетными значениями радиального роста сосны

Знак «+» показывает превышение фактического значения по сравнению с расчетным значением показателя, то есть радиуса ствола дерева в ходе его радиального прироста. При этом знак «-» характеризует недостаток фактического значения по сравнению с теоретическим.

Из данных табл. 1 и на рис. 4 заметна некоторая ритмичность в изменении знака остатков. Этот факт позволил бы моделировать и дальше, дополняя уравнение (1) третьей составляющей. Измерения радиуса ствола на керне велись с точностью ±0,05 мм, поэтому дальнейшее повышение адекватности статистической модели за счет усложнения его конструкции не имеет практического смысла.

Предлагаемый способ является универсальным и одновременно простым в практической реализации. Он позволяет реализовать физико-технологический подход к экологической, экономической и комплексной эколого-экономической оценки лесных территорий и участков земель с отдельно растущими деревьями без их разрушения. Взятие кернов на одном и том же учетном дереве через определенные периоды позволяет наладить весьма точный экологический мониторинг окружающей учетное дерево природной среды и технологический мониторинг в лесном хозяйстве выращиваемых лесов, а также парков и садов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Мазуркин, П.М. Геоэкология. Закономерности современного естествознания [Текст]: Научное издание / П.М. Мазуркин. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004 - 336 с.
  2. Мазуркин, П.М. Статистическая экология [Текст]: Учебное пособие / П.М. Мазуркин. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004 - 308 с.

Библиографическая ссылка

Мазуркин П.М., Варсегова Л.Ю. ИСПЫТАНИЕ РАСТУЩЕГО ДЕРЕВА // Успехи современного естествознания. – 2010. – № 4. – С. 38-42;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=8041 (дата обращения: 22.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074