Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

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).

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:

,    (1)

где  R_t - 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.

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

Таблица 1

Динамика радиуса ствола сосны по годичным слоям керна, мм

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:

R_t- 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 =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.

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.

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.