Деревья являются великолепными индикаторами экологического режима и экологической обстановки на данной территории. Они произрастают столетиями, воспринимая годичными кольцами состояние окружающей среды [1-15]. Например, по данным 650-летней ели [6] удалось выделить 16 различных волн в жизнедеятельности конкретного дерева.
Необходимо создать методы изучения живой древесины [1, 2, 4, 5, 14, 15], в отличие от обычной таксации деревьев для хозяйственных целей [3, 13], позволяющие также изучать экологические свойства условий произрастания дерева. Для этого можно для начала воспользоваться таксационными данными модельных деревьев и по ним отработать методологию экологических измерений путем обоснования новых критериев оценки экологического режима по десятилетиям. Тогда последнее десятилетие, измеряемое по периферийной части ствола дерева на всей высоте, может дать сведения об экологической обстановке местности.
Цель статьи – показать возможности разработки показателей оценки экологического состояния территории по 10-летнему приросту ангарских сосен, измеренных в 1963 году экспедицией СО АН СССР в Приангарье проф. П.М. Верхуновым [16]. Таким образом, нами выполнялась повторная обработка таксационных данных по отдельным соснам различных поколений. Как пример было принято модельное дерево № 88 (табл. 1) сосны первого поколения возрастом 413 лет.
В табл. 1 даны сведения, заполняемые для анализа ствола модельного дерева.
По ним необходимо научиться моделировать закономерности, а только затем переходить к поиску новых методик анализа. При этом нет необходимости в интерполяции данных, так как графики хода роста получаются непосредственно по уравнениям. В итоге значительно снижается трудоемкость камеральной обработки результатов экспедиционных измерений.
Вначале определена образующая ствола [13] в виде уравнению регрессии
. (1)
Результаты сравнения показаны в табл. 2, из которой видно, что максимальная относительная погрешность (подчеркнута) составляет на вершине ствола 5,32 %, а на остальных отрезках ствола всего 2,51 %. Кроме того, по второй составляющей максимум находится на отрезке ствола, находящейся на переменной высоте 7 м.
Таблица 1
Параметры модельного дерева № 88 сосны (413 лет)
|
Axc, лет |
Hxc, м |
По диаметру ствола, см |
По объему отрезков ствола, м3 |
|||||
|
Dxc |
Zxc |
Zxc/ Dxc |
|
|
|
|
||
|
413 405 398 392 387 382 377 372 363 355 345 329 305 279 |
0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 24 |
53.2 50.2 47.6 46.4 45.0 44.2 43.4 41.6 40.2 35.0 32.8 25.2 20.0 15.8 |
1.6 0.6 0.6 0.8 0.6 0.6 0.8 0.8 1.0 0.4 0.7 0.6 0.4 0.3 |
0.0301 0.0120 0.0126 0.0172 0.0133 0.0136 0.0184 0.0192 0.0249 0.0114 0.0213 0.0238 0.0200 0.0190 |
- 0.1979 0.1779 0.1691 0.1590 0.1534 0.1479 0.1359 0.1269 0.0962 0.0846 0.0498 0.0314 0.0340 |
- 0.1932 0.1735 0.1633 0.1548 0.1493 0.1425 0.1307 0.1207 0.0940 0.0809 0.0475 0.0301 0.0220 |
- 0.0047 0.0044 0.0058 0.0042 0.0041 0.0054 0.0052 0.0062 0.0022 0.0036 0.0023 0.0019 0.0120 |
- 0.0237 0.0247 0.0343 0.0264 0.0267 0.0365 0.0383 0.0489 0.0229 0.0426 0.0462 0.0414 0.3529 |
Поэтому «талия» ствола находится на высоте 7 м и она составляет 14,51 % от диаметра ствола сосны № 88. При этом может оказаться, что на весь период в 413 лет экологическая обстановка может быть как-то охарактеризована размером талии (наиболее утонченного сечения ствола) и её расположением по высоте ствола. Для этого необходимы сравнительные эксперименты в различных экологических условиях (условиях произрастания деревьев, прежде всего, свободно растущих).
Таблица 2
Изменение радиуса по различным сечениям ствола сосны, см
|
Высота Hxc, м |
Радиус
|
Расчетные значения по модели (1) |
Составляющие (1) |
|||
|
Rx |
ε |
D, % |
Rx1 |
Rx2 |
||
|
0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 24 |
26,6 25,1 23,8 23,2 22,5 22,1 21,7 20,8 20,1 17,5 16,4 12,6 10,0 7,9 |
26,61 25,22 23,73 22,98 22,58 22,25 21,79 21,00 19,74 17,94 15,59 12,81 9,81 8,32 |
0,01 –0,12 0,07 0,22 –0,08 –0,15 –0,09 –0,20 0,36 –0,44 0,81 –0,21 0,19 –0,42 |
0,04 –0,48 0,29 0,95 –0,56 –0,68 –0,41 –0,96 1,79 –2,51 4,94 –1,67 1,90 –5,32 |
26,61 26,61 26,60 26,56 26,40 26,06 25,41 24,35 22,78 20,64 17,97 14,89 11,61 9,99 |
0,00 1,39 2,87 3,58 3,83 3,81 3,62 3,35 3,03 2,70 2,38 2,08 1,80 1,67 |
Наиболее важным таксационным показателем является прирост ствола дерева по диаметру. Его измерение сопряжено с инструментальными трудностями, поэтому разброс исходных данных значителен. Была получена модель вида
(2)
с максимальной относительной погрешностью на высоте 17 м в 75 %, а без этого наблюдения получается 23,33 % на высоте 9 м. При этом модели (1) и (2) одинаковы по конструкции. Это означает, что закономерность образования талии на последних десяти годичных кольцах вполне заметна. Поэтому для исследования экологического состояния в среднем за последние 10 лет достаточны данные из стандартной формы анализа ствола модельного дерева. По десятилетиям можно изучать динамику экологического состояния на территории (месте произрастания), то есть экологический режим за все 413 лет по 41 наблюдению.
Относительный прирост по диаметру ствола по годичным слоям, за последние 10 лет до рубки модельного дерева, изменяется по сложной зависимости
. (3)
Эта зависимость (3), если исключить наблюдение на высоте ствола 9 м, имеет максимальную относительную погрешность 17,71 %. Две последние составляющие уравнения (3) являются волновыми с полу периодами в 0,2996 и 2,0234 м. Это факт еще раз доказывает результаты волновой динамики в жизни дерева [6].
Статистическое моделирование по отрезкам ствола показало недостаточную эффективность анализа ствола современными информационными технологиями. Это объясняется тем, что отрезки в два метра приняты таксаторами только для удобства измерения, записи точками напротив заранее заготовленной формы журнала при проведении измерительных работ в условиях экспедиции.
Само лесное дерево в ходе своего роста и развития не делит ствол на отдельные части и отрезки. Поэтому попытки моделирования отдельных частей ствола (комель – нейлоид, середина – цилиндр, вершина – конус), подробно рассмотренные в книге [20], закончились полными неудачами.
Наши исследования показали, что необходимо переходить на новый метод обработки исходных данных путем моделирования с учетом времени хода роста и нарастающего объема ствола по его переменной высоте. Результаты этих исследований будут изложены в других статьях. Кроме того, нужно учитывать также относительный диаметр по толщине коры для оценки по свойствам коры лесного и иного дерева.