AGRIS - 

Data provenance by Country

2024

Sergey L. Shevelev | Sergey V. Usov | Larisa I. Romanova

Лесостепи Средней Сибири, занимающие предгорные прогибы и межгорные котловины, разделенные таежной растительностью, считаются островными. Лесная древесная растительность по большей части представлена березовыми, осиновыми, лиственничными и сосновыми древостоями. Определяющую роль в экологической устойчивости лесных территорий играют лиственные насаждения. Цель работы – установление особенностей динамики отдельных элементов леса в смешанных лиственных древостоях в пределах лесного массива. Решались следующие задачи: дать характеристику лесного массива, динамики таксационных показателей основных и сопутствующих элементов смешанных древостоев; оценить вклад древостоев в углеродный баланс. В основу работы положены данные 548 таксационных выделов. Выявлены особенности возрастной структуры массива, представленность древостоев различных полнот и производительности. Выполнена оценка изменчивости средних таксационных показателей древостоев в разные возрастные периоды. Полученные средние значения стали основой для математического моделирования. Оказалось, что процесс с достаточной степенью адекватности отражается функцией Вейбулла. Оценка точности уравнений велась по коэффициенту детерминации и стандартной ошибке уравнения. На основе полученных математических моделей построена таблица динамики средних таксационных показателей древостоев элементов леса и всего смешанного древостоя в целом. Рассматриваемая биологическая система древесной лесной растительности обладает значительными возможностями депонирования углерода. В настоящее время нет единой общепризнанной методики оценки эффективности данного процесса. Отечественными и зарубежными исследователями на материале различных лесорастительных зон собран большой объем данных, однако методики сбора различны. Для установления запасов углерода в древостоях – объектах исследования – использован конверсионно-объемный метод. Получены данные, иллюстрирующие динамику запасов углерода в осиново-березовых древостоях островных лесостепей Средней Сибири. | The forest-steppes of Central Siberia occupying submontane troughs and intermountain basins separated by taiga vegetation are considered insular. Forest woody vegetation is mainly represented by birch, aspen, larch and pine stands. A decisive role in the ecological sustainability of forest areas is played by larch plantations. This study has aimed to identify the characteristics of the dynamics of individual forest elements in the mixed deciduous stands within the forest area. The tasks have been to identify the characteristics of the forest area, characterize the dynamics of the taxation parameters of major and minor elements of the mixed stands and assess the contribution of the stands to the carbon balance. The work is based on the data of 548 strata. We have established the characteristics of the forest area age structure and how the stands of various completeness and productivity are represented in it. We have also estimated the variability of the average stands taxation parameters in different age periods. The average values obtained have become the basis for mathematical modeling of the table of the dynamics of the taxation parameters of the mixed stands. It turns out that the process to a reasonable degree of adequacy is reflected by the Weibull distribution. The accuracy of the equations has been estimated by the value of the coefficient of determination (R2) and the standard error of the equation (S). On the basis of the obtained mathematical models, we have constructed the table of the dynamics of the average taxation parameters of the stands of the forest elements and of the mixed stand as a whole. The biological system of forest woody vegetation under consideration has a significant carbon sequestration potential. However, there is currently no generally accepted procedure for assessing the effectiveness of this process. Russian and foreign researchers have collected a large amount of data from different regions, but they have been using different methods. To estimate carbon stocks in the stands that are the object of the study, we have used the conversion-volume method for estimating carbon stocks in forest plantations. The result is the obtained data illustrating the dynamics of carbon stocks in the aspen-birch stands in the insular forest-steppes of Central Siberia.

Show more [+]

Less [-]

Northern (Arctic) Federal University - Russian Federation

2024

Oksana A. Goncharova | Olesya E. Zotova

Исследование проведено в Полярно-альпийском ботаническом саду-институте – самом северном ботаническом саду России (67°38′ с. ш.). Цель работы – комплексный анализ состояния деревьев сосны кедровой сибирской (Pinus sibirica Du Tour) при интродукции в условиях Заполярья. Обследовано состояние 8 экземпляров вида, выращиваемых на экспериментальном участке в г. Апатиты. Анализировали фенологическое развитие: набухание и раскрытие вегетативных почек, окончание роста и созревания хвои, начало и окончание роста годичных побегов, одревеснение побегов, начало и конец пыления. Оценивали степень одревеснения годичного побега, зимостойкость, габитус, побегообразовательную способность, прирост в высоту, генеративное развитие, размножение в культуре. Определяли риск падения дерева путем рассмотрения его окружения, подверженности воздействию ветра. Изучали зону корней, комель, ствол, основание кроны, скелетные ветви, крону на наличие дупел, трещин, разложения, плодовых тел грибов, повреждений, слабых развилок, мертвых ветвей и т. п. Применение подхода, объединяющего анализ сезонного развития, жизнеспособности и риска падения дерева, перспективно для комплексной и объективной оценки состояния деревьев сосны сибирской по морфо-фенологическим признакам при интродукции в Арктической зоне РФ. Фенологический ритм исследованных деревьев соответствует условиям окружающей среды при интродукции в Полярно-альпийский ботанический сад-институт им. Н.А. Аврорина. Вегетация начинается в последних числах мая, к концу августа годичные побеги одревесневают, что говорит о готовности растений к зимнему периоду. Близкие сроки наступления фенофаз и их низкое варьирование могут свидетельствовать о невысокой обусловленности сезонного развития сосны сибирской метеоусловиями при интродукции в центральную часть Кольского полуострова. Деревья зимостойки, сохраняют присущую виду жизненную форму, обладают высокой побегообразовательной способностью и ежегодно прирастают в высоту, достигают генеративной стадии развития. Для размножения в культуре необходимо привлечение семенного материала из других регионов. Деревья 1-ствольные 1- и 2-вершинные, отличаются густой кроной, верхушечные и боковые побеги развиты, в редких случаях прирост боковых побегов уменьшен. На стволах отмечены V-образные развилки, на одном из деревьев обнаружено дупло в зоне комеля. Дополнительно необходимо инструментальное обследование для определения воздействия болезни или патогена на устойчивость деревьев. | The study has been conducted at the Polar-Alpine Botanical Garden-Institute, the northernmost botanical garden in Russia (67°38′ N). The aim of this work has been a comprehensive analysis of the condition of Siberian stone pine trees (Pinus sibirica Du Tour) during their introduction in the Arctic. The condition of 8 specimens of the species cultivated at the experimental plot in the town of Apatity has been examined. Their phenological development has been analyzed: the swelling and breaking of the vegetative buds, the end of the elongation and maturation of the needles, the beginning and end of growth of the annual shoots, the lignification of the shoots, the beginning and end of pollen dispersion. The degree of lignification of the annual shoot, the winter hardiness, the habit, the shootforming capacity, the height increment, the generative development and the reproduction in the plantation have also been assessed. The risk of a tree falling has been determined by considering its surroundings and exposure to wind. The root zones, the butts, the trunks, the crown bases, the boughs and the crowns have been examined for the presence of hollows, cracks, decomposition, fungal fruit bodies, damage, weak forks, dead branches, etc. The application of an approach combining the analysis of seasonal development, viability and risk of tree fall is promising for a comprehensive and objective assessment of the condition of Siberian stone pine trees by morphological and phenological characteristics during the introduction to the Arctic zone of the Russian Federation. The phenological rhythm of the studied trees corresponds to the environmental conditions during the introduction to the Polar-Alpine Botanical Garden-Institute named after N.A. Avrorin. Vegetation begins in late May. By the end of August the annual shoots lignify, which indicates the readiness of the plants for the winter period. The close timing of the onset of phenophases and their low variation may indicate a low dependence of the seasonal development of Siberian stone pine on weather conditions during the introduction to the central part of the Kola Peninsula. The trees are winter-hardy, retain the life form inherent to the species, have a high shoot-forming capacity and annual height increment. They reach the generative stage of development. For their propagation in the plantation, it is necessary to attract seed material from other regions. The trees are monocormic, unimucronate and bimucronate. They are characterized by dense crowns. Their apical and lateral shoots are developed. In rare cases, the increment of lateral shoots is reduced. The V-shaped forks have been noted on the stems and a hollow in the butt area has been found on one of the trees. An additional instrumental examination is needed to determine the effect of diseases or pathogens on the stability of the trees.

Show more [+]

Less [-]

Northern (Arctic) Federal University - Russian Federation

2024

Vladimir N. Ermolin | Mikhail A. Bayandin | Alexey V. Namyatov | Nikolay V. Smertin

В целом ряде отраслей промышленности требуются материалы с низким коэффициентом линейного теплового расширения, в частности при производстве спутниковых сферических антенн. Последние формуют из композитов, содержащих углеродные волокна и синтетические смолы. Отверждение композиции происходит за счет нагревания до 180 °С. Это приводит к тепловому расширению формы и изменению геометрических характеристик изделия, поэтому к материалам для изготовления форм предъявляются специфические требования. Высокая стоимость специальных материалов, используемых для форм, предопределяет необходимость поиска других материалов с низким коэффициентом линейного теплового расширения. Древесина является возможным решением данной проблемы. Ее коэффициент линейного теплового расширения вдоль волокон меньше, чем у подавляющего большинства материалов, и составляет примерно 3‧10–6 К–1, что сопоставимо со специальными материалами. Однако расширение древесины поперек волокон значительно выше продольного, что исключает применение массивной древесины. Анизотропию можно уменьшить за счет создания композита, волокна в котором равномерно ориентированы во всех структурных направлениях, что позволит снизить температурные деформации, приблизив значение расширения древесины поперек волокон к значению расширения вдоль волокон. При традиционном подходе к получению древесных композитов, основанном на использовании синтетических адгезивов, не удается достичь заметного снижения теплового расширения из-за высокого коэффициента линейного теплового расширения клеев. Перспективным является применение плит из гидродинамически активированных древесных частиц без связующих веществ. Проведены 3 серии опытов: с варьированием плотности плит, предварительной термической модификацией исходной древесины и использованием щелочи при гидродинамической обработке. Исследование теплового расширения проводилось на индукционном дилатометре NETZSCH DIL-402 C в динамическом режиме со скоростью нагрева 2 К/мин. Установлено, что с увеличением плотности тепловое расширение возрастает. Средний коэффициент линейного теплового расширения при плотности 950 кг/м3 составляет 12‧10–6 К–1, а при плотности 1100 кг/м3 – 17‧10–6 К–1. При сопоставимой плотности тепловое расширение плит без связующих веществ значительно ниже, чем у древесноволокнистых плит (MDF). Предварительная термическая модификация древесины существенно не влияет на коэффициент линейного теплового расширения плит. Также не влияет и использование щелочи в процессе гидродинамической обработки. | A number of industries require materials with a low coefficient of linear thermal expansion (CLTE), in particular, in the production of satellite spherical antennas. The latter are formed from composites containing carbon fibers and synthetic resins. The composition is cured by heating up to 180 °C. This leads to a thermal expansion of the mold and a change in the geometric characteristics of the product. Therefore, specific requirements are imposed on the materials for making molds. The high cost of special materials used for molds determines the need to search for other materials with a low CLTE. Wood is a possible solution to this problem. Its CLTE along the fibers is less than that of the vast majority of materials, and is approximately 3 ‧ 10-6 K–1, which is comparable to special materials. However, the expansion of wood across the fibers is much higher than the longitudinal one, which excludes the use of solid wood. Anisotropy can be reduced by creating a composite in which the fibers are uniformly oriented in all structural directions, bringing the value of wood expansion across the fibers closer to the value of expansion along the fibers. The traditional approach to producing wood composites, based on the use of synthetic adhesives, fails to achieve a noticeable reduction in thermal expansion due to the high CLTE of adhesives The use of boards made of hydrodynamically activated wood particles without binders is promising. Three series of experiments have been carried out: with varying the density of the boards, preliminary thermal modification of the original wood and the use of alkali during hydrodynamic processing. The thermal expansion study has been carried out using the NETZSCH DIL-402 C induction dilatometer in dynamic mode with a heating rate of 2 K/min. It has been established that thermal expansion increases with increasing density.The average CLTE at a density of 950 kg/m3 is 12 ‧10–6 K–1 and at a density of 1,100 kg/m3 it is 17‧10–6 K–1. At a comparable density, the thermal expansion of boards without binders is significantly lower than that of fiberboards (MDF). Preliminary thermal modification of wood does not significantly affect the CLTE of the boards. The use of alkali in the hydrodynamic treatment also has no effect.

Show more [+]

Less [-]

Northern (Arctic) Federal University - Russian Federation

2024

Аleksey А. Karaban | Vladimir А. Usol’tsev | Sergey V. Tret’yakov | Sergey V. Koptev | Аndrey А. Paramonov | Il’ya V. Tsvetkov

Оценка продуктивности лесов в лесном хозяйстве и лесной экологии имеет давнюю традицию, но за последние десятилетия произошла смена парадигм: целевая функция лесоводства, заключающаяся в выращивании древесины, сместилась в сторону биосферно-стабилизирующей функции, оценки биомассы и углерододепонирующей способности лесов. Уравнения и таблицы для оценки биомассы на уровне древостоя отличаются тем преимуществом, что могут быть применены для характеристики как биомассы отдельных древостоев и их совокупности, так и – при совмещении с данными государственного учета лесного фонда – ситуации в лесах всей страны. Трудоемкость работ по оценке биомассы деревьев и древостоев побудила исследователей использовать существующие таблицы хода роста при составлении таблиц биологической продуктивности древостоев по рекурсивному методу. Для условий северной и средней тайги Архангельской области отсутствуют таблицы хода роста по биомассе ольхи серой. Цель работы – исследование хода роста по биомассе ольхи серой в древостоях Архангельской области. Заложена серия пробных площадей для оценки надземной биомассы деревьев вида. По фактическим данным 50 модельных деревьев с 30 пробных площадей разработаны аллометрические модели зависимости фракций биомассы от объема ствола. Полученные модели совмещены с таблицами хода роста ольхи серой по классам бонитета, и построена таблица биологической продуктивности вида для условий Архангельской области. Результаты сопоставлены с данными о биологической продуктивности ольхи серой в Белоруссии, Литве и Латвии. Показано, что биомасса спелых древостоев ольхи серой I–II классов бонитета в Архангельской области меньше на 3–9 %, чем в Белоруссии и Литве, для древостоев III–IV классов эта разница возрастает до 29–48 %. Подобные различия биомассы сравниваемых регионов можно объяснить неодинаковыми зональными условиями произрастания. | The assessment of forest productivity in forestry and forest ecology has a long tradition, but in recent decades there has been a paradigm shift: the target function of forestry, consisting in wood cultivation, has shifted towards the biosphere-stabilizing function and the assessment of biomass and carbon sequestration capacity of forests. Equations and tables for assessing biomass at the stand level have an advantage as they can be used to characterize both the biomass of individual stands and their totality, as well as (when combined with the state forest inventory data) the situations in the forests throughout the country. The complexity of the work on assessing biomass of trees and stands has prompted researchers to use the existing tables of growth progress when compiling the tables of biological productivity of the stands using the recursive method. For the conditions of the northern and middle taiga of the Arkhangelsk Region, there are no tables of growth progress for gray alder biomass. The aim of this research is to study the growth progress of gray alder biomass in the stands of the Arkhangelsk Region. A series of sample plots has been laid to assess the above-ground biomass of the trees of this species. Based on the actual data from 50 model trees from 30 sample plots, the allometric models of the dependence of biomass fractions on the stem volume have been developed. The obtained models have been combined with the tables of growth progress for gray alder by quality class and the table of biological productivity of the species for the conditions of the Arkhangelsk Region has been drawn up. The results have been compared with the data on the biological productivity of gray alder in Belarus, Lithuania and Latvia. It has been shown that the biomass of the mature stands of gray alder of the 1st and 2nd quality classes in the Arkhangelsk Region is 3–9 % less than in Belarus and Lithuania. For the stands of the third and fourth classes, this difference increases to 29–48 %. Such differences in the biomasses of the compared regions can be explained by different zonal site conditions.

Show more [+]

Less [-]

Northern (Arctic) Federal University - Russian Federation

2024

Natal’ya N. Besschetnova | Vladimir P. Besschetnov | Robert N. Khramov | Nikolai A. Babich | Vladimir I. Melekhov

Изучена эффективность применения светокорректирующих укрывных материалов для вегетационных сооружений при укоренении черенков различных декоративных форм и сортов туи западной (Thuja occidentalis L.). Испытывали 2 типа укрытий: модифицированный спанбонд плотностью 30 г/м2 с интегрированным в его структуру фотолюминофором в концентрации 0,8 % и немодифицированный спанбонд такой же плотности. Люминофором являлся оксисульфид иттрия, легированный европием (Y2O2SEu). Анализировали 11 сортов и форм туи: Rheingold, Mr. Bowing Boll, Woodwardii, Tiny Tim, Golden Smaragd, Mirjam, Golden Globe, Danica, Sunkist, Smaragd, Brabant. Тестировали реакцию показателей каллусогенеза и ризогенеза на влияние трансформированного светового потока. Установили положительный эффект применения фотолюминофоров при укоренении стеблевых черенков туи западной. Зафиксировали увеличение характеристик регенерационной способности и пострегенерационного развития корневых систем и надземной части черенков: активности каллусогенеза, количества образовавшихся придаточных корней, длины лидирующего корня, суммарной протяженности корневых систем, высоты надземной части и диаметра корневой шейки. Образование каллуса повысилось с 67,59±2,05 % в контроле до 76,81±1,61 % в варианте с люминофором; количество сформировавшихся придаточных корней – с 9,64±0,43 до 11,44±0,34 шт. соответственно; суммарная протяженность корневых систем – с 64,56±3,70 до 75,52±2,77 см соответственно. Однофакторный дисперсионный анализ подтвердил существенность различий между испытываемыми формами и сортами в каждом из вариантов укрытий по большинству тестируемых показателей. Двухфакторный дисперсионный анализ вскрыл достоверный эффект положительного влияния фотолюминофоров на образование каллуса, возникновение придаточных корней, пострегенерационное развитие корневых систем и надземной части черенков. | We have explored the effectiveness of using light-correcting covering materials for greenhouse structures when rooting the cuttings of various ornamental forms and varieties of the northern white-cedar (Thuja occidentalis L.). Two types of shelters have been tested: the modified spunbond at a density of 30 g/m2 with a photoluminescent phosphor integrated into its structure at a concentration of 0.8 % and the unmodified spunbond at the same density. Europeum-doped yttrium oxysulfide (Y2O2SEu) has been chosen as a photoluminescent phosphor. We have analyzed 11 varieties and forms of Thuja occidentalis L.: Rheingold, Mr. Bowling Ball, Woodwardii, Tiny Tim, Golden Smaragd, Mirjam, Golden Globe, Danica, Sunkist, Smaragd and Brabant. The response of the indicators of callusogenesis and rhizogenesis to the influence of a transformed light flux has been tested. A positive effect of the use of photoluminescent phosphors in rooting the stem cuttings of the northern white-cedar has been established. An increase in the indicators of regenerative ability and post-regenerative development of the root systems and the aboveground parts of the cuttings has been recorded, such as: the activity of callusogenesis, the number of adventitious roots formed, the length of the leading root, the total length of the root system, the height of the aboveground part and the diameter of the root collar. Callusogenesis has increased from 67.59 ± 2.05 % in the check to 76.81 ± 1.61 % when having integrated the photoluminescent phosphor. The number of adventitious roots formed has increased from 9.64 ± 0.43 to 11.44 ± 0.34 pcs., correspondingly. The total length of the root systems has increased from 64.56 ± 3.70 to 75.52 ± 2.77 cm, correspondingly. One-way analysis of variance confirmed the significance of the differences between the tested forms and varieties in each of the shelter options for most of the tested indicators. Two-way analysis of variance has revealed a significant effect of the positive impact of photoluminescent phosphors on callusogenesis, adventitious root formation, post-regenerative development of the root systems and the aboveground parts of the cuttings.

Show more [+]

Less [-]

Northern (Arctic) Federal University - Russian Federation

2024

Sergey A. Chudinov

Важнейшим фактором увеличения эффективности освоения лесосырьевых баз является развитие и повышение транспортно-эксплуатационного состояния сети лесовозных автомобильных дорог. Инертные дорожно-строительные материалы: песок, щебень, щебеночно- и гравийно-песчаные смеси – традиционно применяются для строительства дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог. Однако в районах с дефицитом данных материалов стоимость строительства дорог существенно возрастает. Альтернативной технологией, позволяющей существенно сократить либо полностью исключить применение инертных дорожно-строительных материалов, является укрепление местных грунтов для устройства конструктивных слоев дорожных одежд. Технология укрепления грунтов заключается в их перемешивании с вяжущими веществами и уплотнении при оптимальной влажности смеси, при этом полученный материал приобретает заданные прочность и морозостойкость. Наиболее эффективным и распространенным вяжущим веществом для укрепления грунтов является портландцемент. Однако наряду с высокими прочностными показателями и морозостойкостью цементогрунты в силу кристаллической структуры имеют низкую трещиностойкость, что ухудшает транспортно-эксплуатационные показатели и сокращает срок службы дорожных одежд. В число рациональных решений по повышению надежности укрепления грунтов для строительства дорожных одежд автомобильных дорог входит устройство фиброцементогрунтовых слоев. Предмет исследования – фиброцементогрунт для строительства конструктивных слоев дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог. Цель – улучшение физико-механических показателей и морозостойкости грунтов, укрепленных портландцементом с добавкой фибры на основе базальтового волокна. Проведены лабораторные испытания прочности на сжатие и на растяжение при раскалывании, а также морозостойкости фиброцементогрунтов различных составов в соответствии с ГОСТ Р 70452–2022. Согласно полученным данным, фиброцементогрунт имеет более высокие прочность и морозостойкость по сравнению с цементогрунтом. Волокна фибры, распределенные в объеме цементогрунтовой матрицы, эффективно воспринимают внешние нагрузки, обеспечивая высокие физико-механические показатели, следовательно, и трещиностойкость, а также морозостойкость материала. При менение фиброцементогрунта для строительства дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог позволит увеличить долговечность и надежность функционирования таких дорог, снизить издержки на строительство и эксплуатацию дорожно-транспортной инфраструктуры лесосырьевых баз. | The most important factor in increasing the efficiency of the development of forest tracts is the development and improvement of the transport and operational condition of the network of logging roads. Inert road construction materials, such as sand, crushed stone, crushed stone-sand mixture or gravel-sand mixture, are traditionally used for the construction of pavements for logging roads. However, in the areas with a shortage of these materials, the cost of road construction increases significantly. An alternative technology that can significantly reduce or completely eliminate the use of inert road construction materials is the stabilization of local soils for the construction of pavement structural layers. The soil stabilization technology consists in mixing them with binders and compacting them at the optimal moisture content of the mixture. In doing so, the resulting material acquires the desired strength and frost resistance. The most effective and common binder for soil stabilization is Portland cement. However, along with high strength properties and frost resistance, cement soils, due to their crystalline structure, have low crack resistance, which worsens transport and operational performance and shortens the service life of road pavements. One of the rational solutions for increasing the security of soil stabilization for the construction of road pavements is the installation of fiber cement soil layers. The object of this research is fiber cement soil for the construction of structural layers of road pavements for logging roads. The aim is to improve the physical and mechanical properties and frost resistance of soils stabilized with Portland cement with the addition of the material based on basalt fiber. Laboratory tests of compressive and tensile strength during splitting, as well as frost resistance of fiber cement soils of various compositions were carried out in accordance with GOST R 70452–2022. According to the data obtained, fiber cement soil has higher strength and frost resistance compared to cement soil. The fibers distributed throughout the cement-soil matrix effectively perceive external loads, providing high physical and mechanical indicators, and therefore crack and frost resistance of the material. The use of fiber cement soil for the construction of pavements for logging roads will increase the durability and reliability of their operation, as well as reduce the costs of construction and operation of road transport infrastructure of forest tracts.

Show more [+]

Less [-]

Northern (Arctic) Federal University - Russian Federation

2024

Aleksandr S. Alekseev | Dmitriy M. Chernikhovskiy

Повреждение лесных насаждений и их гибель в результате вспышки вредных насекомых и болезней отмечаются на значительных площадях и представляют собой важную лесохозяйственную проблему. Для ее решения целесообразно использовать материалы дистанционного зондирования Земли, т. к. поврежденные и погибшие леса могут занимать большие, удаленные друг от друга территории. В статье представлена методика оценки состояния древостоев и влияния на них вредителей и болезней леса, основанная на совместной обработке данных регулярной сети пробных площадей и материалов дистанционного зондирования Земли с помощью геоинформационных технологий, дисперсионного и регрессионного анализа. Пробные площади были заложены по методике ICP-Forests и характеризовали общий фон состояния лесов на изучаемой территории северо-западной и центральной частей Ленинградской области, на которой одновременно были обнаружены очаги размножения вредителей и болезней леса. Проведена оценка применимости 2 вегетационных индексов – нормализованного дифференциального (NDVI) и коротковолнового (SWVI), а также индекса влажности растительного покрова (NDMI) и пожарного индекса (NBR), спектральных характеристик соответствующих каналов снимка Sentinel-2B для выявления очагов повреждения лесов вредителями и болезнями. Установлены статистически достоверные связи между состоянием насаждений и перечисленными индексами. Показано, что очаги размножения вредителей и болезней достоверно выявляются с помощью материалов дистанционного зондирования Земли на общем фоне состояния лесов, представленном регулярной сетью пробных площадей. Разработана тематическая карта насаждений, подразделяющая их на 2 группы классов состояния: здоровые и ослабленные; отмирающие и сухостой. Методом опорных векторов проведена оценка ее точности на основе совмещения наземных и дистанционных данных. Для оценки адекватности автоматической классификации была использована матрица ошибок с вычис лением индекса Каппа, который оказался равным 0,878, что свидетельствует о высоком качестве классификации. Показано, что разработанная тематическая карта применима для обнаружения потенциальных очагов размножения вредителей и болезней леса на изучаемой территории. | Damage to forest stands and their death as a result of outbreaks of destructive insects and diseases occur over significant areas and represent an important forestry problem. To solve this problem, it is advisable to use materials from remote sensing of the Earth, since damaged and dead forests can occupy significant areas, from remote еach other. The article presents a methodology for assessing the state of forest stands and the impact of forest pests and diseases on them based on the joint processing of data from a regular grid of sample plots and materials from remote sensing of the Earth via geoinformational technologies, variance and regression analyses. The sample plots have been laid according to the ICPForests methodology and have characterized the general background of the state of the forests in the study area of the North-Western and central parts of the Leningrad Region, where the foci of forest pests and diseases reproduction have been identified at the same time. The applicability of 2 vegetation indices – normalized difference (NDVI) and short–wave (SWVI), as well as the normalized difference moisture index (NDMI), the normalized burn ratio (NBR) and the spectral characteristics of the corresponding channels of the Sentinel-2B image to identify the foci of forest damage by pests and diseases has been assessed. Statistically significant relationships between the state of the stands and the values of the listed indices have been established. It has been shown that the foci of pests and diseases reproduction are reliably detected using the materials from remote sensing of the Earth against the general background of the state of the forests represented by the regular grid of sample plots. A thematic map of the stands has been developed dividing them into 2 groups of state classes: healthy and weakened stands; suppressed stands and deadwood. Its accuracy was assessed via the support vector machine (SVM) on the basis of the combination of ground and remote sensing data. To assess the adequacy of the automatic classification, the error matrix and the calculation of the Cohen’s Kappa coefficient have been used. The coefficient has turned out equal to 0.878, which indicates a high quality of the classification. It has been shown that the developed thematic map is applicable for detecting potential foci of forest pests and diseases reproduction in the study area.

Show more [+]

Less [-]

Northern (Arctic) Federal University - Russian Federation

2024

Aleksandr A. Kaptelkin | Nadezhda V. Kulikova | Stanislav N. Rykunin

В теории раскроя принимается, что объемный выход обрезных пиломатериалов из бруса максимального объема будет максимальным. В соответствии с действующими стандартами, обрезные пиломатериалы должны иметь заданные толщину и ширину. Часть бруса из-за некратности ширины его пласти и толщины пиломатериалов не используется для производства центральных пиломатериалов. Объем такого бруса при получении обрезных центральных пиломатериалов не учитывается в теории раскроя, и вывод о том, что их объемный выход из бруса максимального объема будет максимальным, неочевиден. При распиловке с брусовкой в первом проходе получается двухкантный брус. При этом из-за смещения перед распиловкой оси круглого лесоматериала от центра постава образуются узкая и широкая пласти. Рассматривается размерообразование узкой пласти двухкантного бруса, т. к. именно ее размеры определяют объемный выход центральных обрезных пиломатериалов. В пределах узкой пласти двухкантного бруса выделено 2 зоны: безусловная и вероятностная. В безусловной зоне получается целое число обрезных досок. В диапазоне диаметров круглых лесоматериалов 17...29 см только круглые лесоматериалы с диаметрами 21 и 25 см дали брусья максимального размера, но объемный выход центральных обрезных пиломатериалов для этих диаметров не является максимальным. Из этого следует, что брус максимального объема не гарантирует максимальный объемный выход центральных обрезных пиломатериалов. В вероятностную зону попадает нецелое число обрезных досок. Определить их количество аналитическим способом невозможно, поэтому использовались методы теории вероятностей. Была выведена функция распределения узкой пласти двухкантного бруса. Чтобы воспользоваться функцией распределения для получения нецелого числа обрезных досок рассчитывалась ширина вероятностной зоны, а также размер части вероятностной зоны, определяющей получение нецелого числа обрезных досок и доверительный интервал. Далее по таблице «Функция распределения ширины узкой пласти двухкантного бруса» определено нецелое число обрезных досок. Получение представленных нецелым числом обрезных досок из двухкантных брусьев на практике может быть реализовано с использованием сменных или смежных поставов. Приведенные результаты возможно применять при определении количества сортировочных групп круглых лесоматериалов перед подачей их в лесопильный цех и при изменении технологии производства центральных обрезных пиломатериалов. | The log cutting theory accepts that the volumetric yield of edged sawn timber from the maximum volume cant will be maximal. According to current standards, edged sawn timber must have specified thickness and width. Some cants are not used for the production of centre yield because the widths of their faces are aliquant of the centre yield thickness. The volume of such cant in centre yield production is not taken into account in the log cutting theory and the conclusion that their volumetric yield from the maximum volume cant will be maximal is not obvious. The 1st stage of cant sawing is obtaining a two-edged cant from a log. At that, due to the deviation of the roundwood axis from the centre line of the sawing pattern, a narrow and a wide face are obtained. We consider the dimensioning of the narrow face of a two-edged cant, as its size determines the volumetric yield of centre yield. Within the narrow face of a two-edged cant 2 zones are allocated: unconditional and probabilistic. In the unconditional zone, an integer number of edged boards is obtained. In the range of roundwood diameters from 17 to 29 cm, only the roundwood with the diameters of 21 and 25 cm have provided the maximum volume two-edged cants, but the volumetric yield of the centre yield from the roundwood of these diameters has not been maximal. It follows from this that the maximum volume cant does not guarantee the maximal volumetric centre yield. The probability zone includes a non-integer number of edged boards. It is impossible to determine their number in an analytical way, so the methods of probability theory have been used. The distribution function of the narrow face of a two-edged cant has been derived. In order to use the distribution function to obtain a non-integer number of edged boards, the width of the probability zone has been calculated, as well as the size of the part of the probability zone decisive in obtaining a non-integer number of edged boards and the confidence interval. Further, the “Distribution function of the width of the narrow face of a two-edged cant” table was used to determine the non-integer number of edged boards. Obtaining the noninteger number of the edged boards from a two-edged cant can be implemented in practice using changeable or adjacent sawing patterns. The presented results can be applied when determining the number of sorting groups of roundwood before its feeding to the sawmill and when changing the technology of centre yield production.

Show more [+]

Less [-]

Northern (Arctic) Federal University - Russian Federation

2024

Sergey V. Posypanov | Konstantin V. Kozlov

Лесотранспортная эксплуатация малых и средних рек обеспечивает экономическую доступность древесного сырья, находящегося на большом удалении от потребителей. Для этих рек типичны непродолжительность использования лесосплавных объектов, перемещение их с одного места на другое. На данных объектах наиболее подходящим представляется применение мобильных наполняемых опор. Приведено краткое описание их конструкции, монтажа и демонтажа. Изготовление и эффективное использование таких опор требует соответствующего обоснования их параметров, в частности держащей силы. Цель исследования – разработка научных основ для определения держащей силы и эффективного применения указанных опор. Выполнено теоретическое обоснование процесса взаимодействия предлагаемой нами опоры с грунтовым массивом. На базе этого обоснования разными способами получены 2 альтернативные формулы для установления держащей силы, обеспечиваемой одной секцией грунтозацепов. Вычисления по этим формулам дают близкие результаты. Примерно одинаковы в них и зависимости держащей силы от определяющих факторов, к которым относятся вертикальная нагрузка на секцию грунтозацепов, передаваемая от наполняемых емкостей, коэффициент трения материала опоры по грунту, плотность грунта, его коэффициент внутреннего трения, глубина внедрения грунтозацепов в грунт. Похожие свойства формул позволяют считать их достоверными. Общая держащая сила опоры рассчитывается по массе наполняемых емкостей, держащей силе одной секции грунтозацепов и их количеству. Установлены степень и характер влияния определяющих факторов на держащую силу мобильной наполняемой гравитационно-анкерной опоры. Увеличение любого из них приводит к возрастанию держащей силы. Наиболее значимым фактором является вертикальная нагрузка на секцию грунтозацепов. Зависимость от нее держащей силы линейная. В меньшей степени влияют (в порядке убывания) угол внутреннего трения грунта, коэффициент трения материала опоры по грунту, его плотность. Размеры грунтозацепов в реальных диапазонах их изменения воздействуют незначительно, но сам факт их наличия обеспечивает ощутимую долю держащей силы опоры. | Exploitation of small and medium-sized rivers for wood transportation ensures the economic availability of wood raw materials located at a great distance from consumers. Short-term operation of timber rafting facilities and their movement from one place to another is typical for these rivers. At such facilities, the use of mobile fillable anchors is considered to be the most appropriate. The article provides a brief description of their design, installation and dismantling. The fabrication and effective application of such anchors requires appropriate justification of their parameters (the holding power, in particular). The purpose of this study is to develop the scientific basis for determining the holding power and effective application of these anchors. A theoretical justification for the process of interaction of the proposed anchor with the soil mass has been carried out. On the basis of this justification, two alternative formulas were obtained to determine the holding power provided by one section of the grouser. Calculations using these formulas give similar results. The dependences of the holding power on the determinants, such as the vertical load on one section of the grouser transmitted from the containers being filled, the coefficient of friction of the anchor material on the soil, the density of the soil, the coefficient of its internal friction and the depth of penetration of the grousers into the soil are approximately the same. Similar properties of these formulas allow to consider them reliable. The total holding power of the anchor is calculated according to the weight of the filled containers, the holding power of one section of the grouser and their number. The degree and nature of the influence of the determinants on the holding power of a mobile fillable gravity anchor have been established. An increase in any of them leads to an increase in the holding power. The most significant determinant is the vertical load on one section of the grouser. The dependence of the holding power on it is linear. To a lesser extent, in descending order, the angle of the internal friction of the soil, the coefficient of friction of the anchor material on the soil, and the density of the soil influence the holding power. The dimensions of the grouser and their change have little effect, but the very fact of their presence provides a sizeable proportion of the holding power of the anchor.

Show more [+]

Less [-]

Northern (Arctic) Federal University - Russian Federation

2024

Igor V. Petukhov | Konstantin O. Ivanov | Dmitry M. Vorozhtsov | Alexey A. Rozhentsov | Nataliya I. Rozhentsova | Ludmila A. Steshina

Применение систем поддержки принятия решений на основе компьютерного зрения и искусственного интеллекта значительно улучшает условия работы операторов технологических машин лесного комплекса, профессиональная деятельность которых связана с высокой интенсивностью и психоэмоциональными перегрузками. При помощи компьютерного зрения и искусственного интеллекта оператор легко и быстро может получить информацию о состоянии лесосеки и выбрать оптимальные решения для проведения рабочих операций. Это облегчает его труд и позволяет сократить время на поиск и анализ данных о лесосеке. При этом одним из ключевых элементов подобных систем является подсистема автоматической сегментации объектов на изображении. Исследована возможность сегментации перекрывающихся объектов на изображениях лесных массивов с помощью сверточной нейронной сети на базе архитектуры Mask R-CNN. В отличие от большинства работ по схожим темам, используются цветные изображения, полученные с помощью RGB-камеры, а не лидара. Это создает перспективу снижения стоимости аппаратно-программных комплексов поддержки принятия решений операторами лесосечных машин. В качестве сегментируемых объектов выступают изображения ствола и кроны деревьев хвойных и лиственных пород, перекрывающих друг друга. С помощью графического редактора GIMP выполнена ручная разметка цветных изображений, содержащих в общей сложности 134 дерева 4 различных пород: ель, осина, береза и сосна. С использованием разработанной базы данных поставлен эксперимент по дообучению сверточной нейронной сети Mask R-CNN сегментации перекрывающихся частей деревьев на цифровых снимках лесных массивов. При этом нейронная сеть была предварительно обучена с применением набора данных Microsoft COCO dataset, содержащего более 200 000 изображений 80 различных классов объектов, таких как люди, автомобили, животные и различные предметы. В процессе обучения нейронной сети изображения, подаваемые на ее вход, подвергались серии линейных и нелинейных геометрических преобразований, что позволило увеличить объем обучаемых данных в 11 раз. В итоге точность сегментации изображений стволов и крон хвойных и лиственных пород деревьев, перекрывающих друг друга, составила 79 %, что допускает использование нейронных сетей подобной архитектуры в системах поддержки принятия решений для операторов лесосечных машин. | The use of decision support systems based on computer vision and artificial intelligence significantly improves the working conditions for the operators of technological machines in the timber sector, whose work implies high intensity and psycho-emotional overload. By means of computer vision and artificial intelligence the operator can quickly and easily obtain the data on the state of the cutting area and adopt the optimal solution for holding the working operation. This facilitates his work and reduces the time spent searching and analyzing the data on the cutting area. Meanwhile, one of the key elements of such a system is a subsystem for automatic segmentation of objects in the photograph. We have explored the possibility of segmenting overlapping objects in the photographs of forest areas using a convolutional neural network based on the Mask R-CNN architecture. Unlike in most works on similar topics, the objects of this study are color photographs taken by an RGB camera rather than a lidar. This creates the prospect for reducing the cost of hardware and software systems used to support decision-making by the operators of logging machines. The images of the stems and crowns of coniferous and deciduous trees overlapping each other are the segmented objects under consideration. Using the GIMP graphic editor, we have manually marked the color photographs depicting a total of 134 trees of 4 different species: spruce, aspen, birch and pine. Utilizing the developed database, we have carried out an experiment to further train the Mask R-CNN convolutional neural network for segmentation of overlapping parts of the trees in the digital photographs of forest areas. The neural network has been pre-trained using the Microsoft COCO dataset containing more than 200,000 images of 80 different classes of objects such as people, cars, animals and various items. While training the neural network, the images supplied to its input were subjected to a series of various linear and nonlinear geometric transformations, which made it possible to increase the volume of training data by 11 times. As a result, the accuracy of segmentation of the images of the stems and crowns of coniferous and deciduous trees overlapping each other has reached 79 %, which allows the use of neural networks based on a similar architecture in decision support systems for logging machine operators.

Show more [+]

Less [-]

Northern (Arctic) Federal University - Russian Federation