ИСПЫТАНИЕ РАСТУЩЕГО ДЕРЕВА
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 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.
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
|
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 =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 «-» хаpaктеризует 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 пpaктического смысла.
Предлагаемый способ является универсальным и одновременно простым в пpaктической 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
- Мазуркин, П.М. Геоэкология. Закономерности современного естествознания [Текст]: Научное издание / П.М. Мазуркин. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004 - 336 с.
- Мазуркин, П.М. Статистическая экология [Текст]: Учебное пособие / П.М. Мазуркин. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004 - 308 с.
Статья в формате PDF 170 KB...
28 04 2024 8:48:32
Статья в формате PDF 117 KB...
26 04 2024 16:35:46
Статья в формате PDF 331 KB...
25 04 2024 4:50:46
Статья в формате PDF 244 KB...
23 04 2024 13:26:43
Статья в формате PDF 253 KB...
22 04 2024 18:24:42
Статья посвящена авторской методологии прогнозирования экономического потенциала региона на примере Краснодарского края. В ходе научных исследований был разработан оригинальный математический аппарат, позволяющий оценить основные экономические показатели региона, который применяется для социально-экономического прогноза региона на текущий и перспективный периоды. Описательная часть содержит основные подходы и этапы эффективного экономического прогнозирования региона. ...
21 04 2024 4:41:59
Статья в формате PDF 139 KB...
20 04 2024 22:33:15
Статья в формате PDF 109 KB...
19 04 2024 18:43:22
18 04 2024 20:48:53
Исследования мозговых механизмов пограничных нейрофизиологических расстройств находятся еще в начальной стадии. Следовательно, весьма продуктивно проведение исследование этой проблемы с применением математических методов в определении ценности диагностических тестов, выбора и оценки способов восстановления функций мозговых структур. ...
17 04 2024 9:16:20
Статья в формате PDF 161 KB...
16 04 2024 20:43:12
Статья в формате PDF 165 KB...
15 04 2024 12:25:55
Статья в формате PDF 107 KB...
12 04 2024 22:32:45
Статья в формате PDF 115 KB...
11 04 2024 23:36:54
09 04 2024 2:47:46
Проблема формирования здоровья детей в дошкольных образовательных учреждениях (ДОУ) остаётся актуальной до сих пор. На основе применения низкоинтенсивного лазерного излучения ( НИЛИ) были разработаны способы низкоинтенсивной лазерной реабилитации (НИЛР). В результате НИЛР детей достигались снижение показателей респираторной заболеваемости, экстренной медицинской помощи, госпитализации, временной утраты трудоспособности родителей. Рост среднего показателя здоровья и показателя динамичности здоровья отражали повышение уровня здоровья детей. НИЛР доступна, эффективна и безопасна. ...
08 04 2024 11:59:34
Статья в формате PDF 136 KB...
07 04 2024 11:52:47
Статья в формате PDF 118 KB...
06 04 2024 17:39:56
Статья в формате PDF 276 KB...
05 04 2024 4:50:54
04 04 2024 9:28:12
Статья в формате PDF 253 KB...
02 04 2024 21:40:28
Статья в формате PDF 245 KB...
01 04 2024 19:53:36
Изучены онтогенез и возрастная структура ценопопуляций многолетних травянистых поликарпических видов, относящихся к различным типам экобиоморф: стержнекорневых – дягиль лекарственный (Angenica archangelica L.) и цикорий обыкновенный (Cichorium intybus L.) и длиннокорневищных – вязель разноцветный (Coronilla varia L.).В онтогенезе выбранных видов выделены следующие 4 периода и 9 возрастных состояний: 1). период первичного покоя (покоящиеся семена); 2). виргинильный период (проростки, ювенильное, имматурное, виргинильное); 3). генеративный (молодое, средневозрастное, старое генеративное); 4). сенильный (сенильное). Изучение возрастной структуры ценопопуляций данных видов было проведено в сравнительно-георафическом аспекте с учетом приуроченности к определенным типам растительных сообществ. Установлено наличие полночлeнных возрастных спектров, представленых прегенеративными, генеративными и сенильными растениями с преобладанием молодых вегетирующих особей. Преобладающим типом самоподдержания дягиля и цикория является семенное, а вязеля – вегетативное размножение. Отмечено, что возрастные спектры ценопопуляций выбранных видов имеют адаптивный хаpaктер, заметно меняются в зависимости от условий внешней среды и антропогенного воздействия и отражают флуктуационный хаpaктер динамических процессов в фитоценозах. ...
30 03 2024 7:47:39
Статья в формате PDF 223 KB...
29 03 2024 6:23:33
Статья в формате PDF 421 KB...
28 03 2024 6:16:56
Статья в формате PDF 113 KB...
27 03 2024 0:41:49
Статья в формате PDF 145 KB...
26 03 2024 13:20:30
Статья в формате PDF 114 KB...
25 03 2024 1:42:50
Статья в формате PDF 111 KB...
24 03 2024 22:35:39
Статья в формате PDF 101 KB...
23 03 2024 2:49:56
Статья в формате PDF 204 KB...
22 03 2024 14:39:21
В статье отмечается возрастающее значение научных исследований социальной инфраструктуры. Рассматриваются различные подходы к определению этого понятия, а также роль социальной инфраструктуры в формировании уровня жизни человека и развитии человеческого потенциала. ...
21 03 2024 16:23:59
Статья в формате PDF 170 KB...
20 03 2024 18:25:28
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::