СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЕЛОВЫХ ХВОИНОК
METHOD FOR TESTING OF FIR NEEDLES

Изобретение относится к экологической таксации лесных, нелесных и одиночных деревьев и оно может быть использовано в природообустройстве и инженерной экологии, дендроэкологическом мониторинге, защите и охране окружающей среды путем анализа результатов измерений и испытаний деревьев ели в экологической оценке городских и лесных территорий.
Известен способ анализа изменения размеров еловых хвоинок (см. Скотников, Д.В. Дендроэкологическая характеристика ели сибирской (Picea obovata ltdeb.) в условиях нефтехимического загрязнения (Уфимский промышленный центр): автореф. дис…канд. биол. наук: 03.00.16 /Д.В.Скотников. - Уфа, 2007. - 7 С.), включающий отбор образцов ветвей деревьев ели несколько раз в течение их вегетационного периода (июнь, июль и август), срезание с каждой пробной площади (с 5-10 деревьев ели) по 15-30 ветвей, содержащих побеги 1-го, 2-го и 3-го года, измерение в лаборатории длины 50-и побегов и 100-а хвоинок трех возрастов каждой пробной площади штангенциркулем с точностью до 0,01 см.
Недостатком этого способа является неточность анализа изменения размеров хвоинок, растущих на собранных пробах в виде веточек, срезанных с деревьев ели в различных геодезических направлениях, то есть данный способ не позволяет точно измерять, а затем и проводить анализ в комнатных условиях измеренных данных хвои растущего дерева ели, кроме того, невозможность определения размеров хвоинок после их естественной сушки не позволяет оценить экологическую обстановку места произрастания учетной ели с использованием критерия процента усыхания хвоинок.
Известен также способ анализа изменения размеров еловых хвоинок (см. Есякова, О.А. Индикация загрязнения атмосферы Красноярска по морфометрическим и химическим показателям хвои ели сибирской / О.А.Есякова, Р.А.Степень // Химия растительного сырья. - Красноярск, 2008. С.143-148), включающий выбор учетных деревьев ели, находящихся под различным антропогенным воздействием, взятие проб в виде веточек ели, разделение веточек на группы по годам, отделение хвоинок от каждого стебля (стволика), замеры штангенциркулем длины, ширины и толщины каждой хвоинки в группах первого и другого года жизни хвоинок.
Главным недостатком этого способа является неточность анализа изменения размеров хвоинок, растущих на собранных пробах веточек, срезанных с учетных деревьев ели в различных геодезических направлениях, так как не определены характерные места взятия проб веточек, а также неточность проведения анализа экологической обстановки по полученным в лабораторных условиях собранным статистическим данным с использованием предложенных в прототипе критериев - средней длины, средней ширины и средней толщины еловых хвоинок в группах хвоинок, разделенных по годам жизни. Кроме того, невозможность определения расстояния от основания стебля до каждой хвоинки на срезанной еловой веточке не позволяет комплексно измерять и анализировать измеренные показатели роста хвоинок. Кроме того, не определены размеры хвоинок после их усушки, что не позволяет комплексно оценивать экологическую обстановку места произрастания учетной ели с использованием критерия процента усыхания хвоинок в процессе их естественной сушки. Таким образом, прототип не позволяет правильно оценивать показатели размеров хвоинок и по полученным данным проводить анализ условий произрастания вокруг дерева ели.
Технический результат - повышение комплексности измерений, испытаний и анализа размеров хвоинок на срезанных веточках учетных деревьев ели, а на их основе экологическая оценка окружающей лесной и иной среды, в том числе одиночными растущими деревьями ели экологическая оценка сельской или городской среды.
Этот технический результат достигается тем, что способ испытания еловых хвоинок, включающий выбор деревьев ели, находящихся под различным антропогенным воздействием, взятие проб в виде веточек ели, отделение хвоинок от каждого стебля (стволика), замеры штангенциркулем длины, ширины и толщины каждой хвоинки, отличается тем, что после выбора дерева ели выбирают мутовку, затем ветвь первого порядка внутри выделенной мутовки с измерением геодезического направления ее стебля, после этого на выбранной ветви намечают веточки одного года возраста, после срезки каждую веточку помещают в емкость для транспортировки, затем в лабораторных условиях для каждой срезанной веточки до отделения хвоинок от стебелька измеряют расстояние от основания стебля до середины толщины каждой хвоинки, причем замеры проводят по четырем секторам, после отделения от стебелька у каждой хвоинки штангенциркулем измеряют длину, ширину и толщину, в дальнейшем хвоинки раскладывают в емкости для их сушки в комнатных условиях, а после прекращения сушки снова замеряют штангенциркулем длину, ширину и толщину у каждой усохшей хвоинки.
На учетных деревьях ели мутовку выбирают с оценкой ее возраста.
На учетном дереве ели ветви первого порядка выбираются в четырех направлениях света.
С ветвей первого порядка с конца стебля срезаются примерно на высоте 1,3 м от уровня земли пробы в виде веточек для определения размеров хвоинок на срезанных веточках учетного дерева ели.
Перед срезом пробы в виде веточки на ней делается отметка, какая сторона веточки растет кверху.
При отборе проб веточек для определения размеров хвоинок на срезанных веточках учетного дерева ели с каждой стороны света срезается только одна веточка, причем срезка веточек проводится вне вегетационного периода деревьев ели и для анализа берутся веточки только с однолетней хвоей.
После проведенных замеров длины, ширины, толщины иголок, а также расстояния от основания стебля срезанной веточки с учетного дерева ели до каждой хвоинки по четырем условным секторам (верхний, нижний, правый и левый по отношению к веточке), далее каждую хвоинку помещают на емкости в виде перфорированной бумаги, причем рядом с каждой хвоинкой фиксируется направление стороны света, в котором растет срезанная веточка, а также условный сектор замера и расстояние от основания стебля до данной хвоинки.
Данные измерений длины, ширины и толщины хвоинок на срезанной веточке учетного дерева ели, а также расстояния от основания стебля срезанной веточки до каждой хвоинки подвергают статистической обработке. Статистическим моделированием выявляют модель изменения размеров еловых хвоинок на срезанной веточке:
b
d
b
d
b
d
L=axexp(-cx); А=axexp(-cx); В=axexp(-cx),
где L - длина i-ой хвоинки на срезанной веточке учетного дерева ели, см;
А - ширина i-ой хвоинки на срезанной веточке учетного дерева ели, см;
В - толщина i-ой хвоинки на срезанной веточке учетного дерева ели, см;
х - расстояние от основания стебля срезанной веточки дерева ели до каждой хвоинки, см.
По данным замеров длины, ширины и толщины хвоинок на срезанной веточке, полученным в результате замеров непосредственно после срезки веточки с учетного дерева ели и после усушки, высчитывается процент усушки хвоинок дерева ели по длине, ширине и толщине.
Сущность технического решения заключается в том, что в различных геодезических направлениях содержание влаги в срезанных веточках неодинаково, что оказывает влияние на рост еловых хвоинок. Взятие проб в четырех направлениях света позволяет выявить это воздействие.
Сущность заключается также в том, что в различных условным секторах роста хвои содержание влаги в хвое также неодинаково. Замеры хвои в четырех условных секторах ее роста позволят выявить это воздействие.
Сущность заключается также в том, что каждая веточка дерева ели - это отдельное растение на дереве-матери. При замере длины, ширины и толщины каждой еловой хвоинки определение расстояния от основания стебля до каждой хвоинки на срезанной веточке позволит комплексно изучить характер роста хвоинок на веточке учетной ели и определить разницы по сторонам света.
Положительный эффект заключается в том, что выявленные статистические закономерности параметров еловых хвоинок (длины, ширины, толщины, а также расстояние от основания стебля до каждой хвоинки на срезанной веточке дерева ели) позволят управлять лесными плантациями ели, определять их жизнеспособность, а также экологический режим на обследуемых лесных территориях. Так как ель хорошо адаптируется в городской среде, в том числе и с высоким уровнем загрязнения, возможно использование данных статистических закономерностей для экологического мониторинга урбанизированной среды. Кроме того, положительный эффект заключается и в том, что измерения проводятся на учетных деревьях, что не приводит к физическим разрушающим воздействиям изучаемых деревьев ели.
Новизной предлагаемого способа является:
во-первых, срезка проб в виде веточек на выбранном дереве ели для оценки размеров еловых хвоинок на срезанной веточке в различных геодезических направлениях только по одной веточке с однолетней хвоей, что позволит выявить различия по сторонам света в характере роста еловых хвоинок, а также определить различия в росте хвои в пределах одного года жизни;
во-вторых, замеры хвои в четырех условных секторах ее роста позволит выявить разницы в росте хвоинок в различных направления веточки дерева ели;
в-третьих, замеры расстояния от основания стебля веточки до каждой замеряемой хвоинки позволят выявить распределение размеров еловых хвоинок на веточке и определить характерный рисунок роста хвоинок на срезанной веточке, а также разницы в распределении хвоинок на срезанной веточке в различных геодезических направлениях.
В связи с этим предлагаемое техническое решение обладает существенными признаками новизны, простотой реализации в производственных условиях, положительным эффектом как в лесном хозяйстве при управлении выращиванием элитных деревьев, так и в инженерной экологии, а также перспективой расширения областей практического применения методологии ландшафтной экологии с растущими на территории этих лесных, агроэкологических, сельских и городских территорий деревьев без их разрушения в растущем состоянии. При этом повторные измерения учетных деревьев позволят наладить долгосрочный мониторинг окружающей эти деревья среды.
Из научно-технической и патентной литературы материалов, порочащих новизну предлагаемого способа, не обнаружено.
На фиг.1 показана фронтальная проекция дерева ели, с которого собирали опытные образцы: 1 - дерево ели.
На фиг.2 изображена мутовка дерева ели (вид сверху), с которой отбирались пробы веточек для определения размеров еловых хвоинок на срезанной веточке дерева ели: 2 - ветвь первого порядка дерева ели, 3 - конец стебля ветви первого порядка дерева ели, с которого срезали пробу для проведения анализа. Как видно на фиг.2, в мутовки собраны не только ветви, но и веточки, которых в мутовке встречается от двух до пяти. Для проведения анализа распределения размеров хвоинок на веточке срезалась только центральная веточка.
На фиг.3 представлен график распределения на срезанной веточке дерева ели длин еловых хвоинок, замеренных непосредственно после срезки опытных образцов в виде веточек с северной стороны света сверху ветки. Как видно на фиг.3, модель распределения длин хвоинок по длине веточки имеет вид ели в боковой проекции.
На фиг.4 представлен график зависимости длины хвоинок по всем четырем секторам от расстояния до каждой еловой хвоинки на веточке с северной стороны света. Как видно на фиг.4, имеется воздействие сторон света на изменение длин хвоинок по секторам роста хвои.
Способ испытания еловых хвоинок включает такие действия.
Перед началом исследования готовят необходимое оборудование: компас, нож для срезки веточек ели, емкости в виде бумажных пакетов для транспортировки срезанных проб веточек в лабораторию, емкости для хранения еловых хвоинок до их усушки в виде перфорированной бумаги, на которой фиксируется направление стороны света, в котором растет срезанная веточка, а также условный сектор роста, в котором будет проводиться замер каждой хвоинки.
Выбирают дерево ели 1. С помощью компаса определяется направление сторон света. На выбранном дереве ели 1 выбирают мутовку, с которой будут срезаться пробы веточек, с оценкой ее возраста путем подсчета количества мутовок на данном дереве ели. Затем на выбранной мутовке с четырех сторон света выбирают ветви первого порядка 2, с которых будут срезаться пробы веточек. Затем с конца стебля 3 ветви первого порядка срезают по одной веточке с однолетней хвоей примерно на высоте 1,3 м от уровня земли. Срезанные пробы веточек складывают в емкости в виде бумажных пакетов для транспортировки в лабораторию.
Далее в лабораторных условиях для каждой срезанной веточки до отделения хвоинок от стебелька измеряют расстояние от основания стебля до середины толщины каждой хвоинки, причем замеры проводят по четырем секторам, после отделения от стебелька у каждой хвоинки штангенциркулем измеряют длину, ширину и толщину, в дальнейшем хвоинки раскладывают в емкости для их сушки в комнатных условиях, а после прекращения сушки снова замеряют штангенциркулем длину, ширину и толщину у каждой усохшей хвоинки.
На учетных деревьях ели мутовку выбирают с оценкой ее возраста.
На учетном дереве ели ветви первого порядка выбираются в четырех направлениях света.
С ветвей первого порядка с конца стебля срезаются примерно на высоте 1,3 м от уровня земли пробы в виде веточек для определения размеров хвоинок на срезанных веточках учетного дерева ели.
Перед срезом пробы в виде веточки на ней делается отметка, какая сторона веточки растет кверху.
При отборе проб веточек для определения размеров хвоинок на срезанных веточках учетного дерева ели с каждой стороны света срезается только одна веточка, причем срезка веточек проводится вне вегетационного периода деревьев ели и для анализа берутся веточки только с однолетней хвоей.
После проведенных замеров длины, ширины, толщины иголок, а также расстояния от основания стебля срезанной веточки с учетного дерева ели до каждой хвоинки по четырем условным секторам (верхний, нижний, правый и левый по отношению к веточке) далее каждую хвоинку помещают на емкости в виде перфорированной бумаги, причем рядом с каждой хвоинкой фиксируется направление стороны света, в котором растет срезанная веточка, а также условный сектор замера и расстояние от основания стебля до данной хвоинки.
Данные измерений длины, ширины и толщины хвоинок на срезанной веточке учетного дерева ели, а также расстояния от основания стебля срезанной веточки до каждой хвоинки подвергают статистической обработке. Статистическим моделированием выявляют модель изменения размеров еловых хвоинок на срезанной веточке:
b
d
b
d
b
d
L=axexp(-cx); А=axexp(-cx); В=axexp(-cx),
где L - длина i-ой хвоинки на срезанной веточке учетного дерева ели, см;
А - ширина i-ой хвоинки на срезанной веточке учетного дерева ели, см;
В - толщина i-ой хвоинки на срезанной веточке учетного дерева ели, см;
х - расстояние от основания стебля срезанной веточки дерева ели до каждой хвоинки, см.
По данным замеров длины, ширины и толщины хвоинок на срезанной веточке, полученным в результате замеров непосредственно после срезки веточки с учетного дерева ели и после усушки, высчитывается процент усушки хвоинок дерева ели по длине, ширине и толщине.
Способ испытания еловых хвоинок реализуется, например, на дереве ели, растущем в городских условиях, следующим образом.
Вначале выбирают пробную площадку, а затем отбирают на ней дерево ели 1 по внешним признакам. По компасу определяют направление сторон света. Путем подсчета количества мутовок вычисляют возраст дерева ели 1. Определяют мутовки, с которых будут срезаться пробы веточек для анализа размеров их хвоинок, а также расстояния от основания стебля до каждой хвоинки на срезанной веточке.
На выбранной мутовке с четырех сторон света выбирают ветви первого порядка 2, с которых будут срезаться пробы веточек. Затем с конца стебля 3 ветви первого порядка срезают по одной веточке с однолетней хвоей примерно на высоте 1,3 м от уровня земли. Срезанные пробы веточек складывают в емкости в виде бумажных пакетов для транспортировки в лабораторию.
Далее в лабораторных условиях для каждой срезанной веточки до отделения хвоинок от стебелька измеряют расстояние от основания стебля до середины толщины каждой хвоинки, причем замеры проводят по четырем секторам, после отделения от стебелька у каждой хвоинки штангенциркулем измеряют длину, ширину и толщину, в дальнейшем хвоинки раскладывают в емкости для их сушки в комнатных условиях, а после прекращения сушки снова замеряют штангенциркулем длину, ширину и толщину у каждой усохшей хвоинки.
На учетных деревьях ели мутовку выбирают с оценкой ее возраста.
На учетном дереве ели ветви первого порядка выбираются в четырех направлениях света.
С ветвей первого порядка с конца стебля срезаются примерно на высоте 1,3 м от уровня земли пробы в виде веточек для определения размеров хвоинок на срезанных веточках учетного дерева ели.
Перед срезом пробы в виде веточки на ней делается отметка, какая сторона веточки растет кверху.
При отборе проб веточек для определения размеров хвоинок на срезанных веточках учетного дерева ели с каждой стороны света срезается только одна веточка, причем срезка веточек проводится вне вегетационного периода деревьев ели и для анализа берутся веточки только с однолетней хвоей.
После проведенных замеров длины, ширины, толщины иголок, а также расстояния от основания стебля срезанной веточки с учетного дерева ели до каждой хвоинки по четырем условным секторам (верхний, нижний, правый и левый по отношению к веточке) далее каждую хвоинку помещают на емкости в виде перфорированной бумаги, причем рядом с каждой хвоинкой фиксируется направление стороны света, в котором растет срезанная веточка, а также условный сектор замера и расстояние от основания стебля до данной хвоинки.
Данные измерений длины, ширины и толщины хвоинок на срезанной веточке учетного дерева ели, а также расстояния от основания стебля срезанной веточки до каждой хвоинки подвергают статистической обработке. Статистическим моделированием выявляют модель изменения размеров еловых хвоинок на срезанной веточке:
b
d
b
d
b
d
L=axexp(-cx); А=axexp(-cx); В=axexp(-cx),
где L - длина i-ой хвоинки на срезанной веточке учетного дерева ели, см;
А - ширина i-ой хвоинки на срезанной веточке учетного дерева ели, см;
В - толщина i-ой хвоинки на срезанной веточке учетного дерева ели, см;
х - расстояние от основания стебля срезанной веточки дерева ели до каждой хвоинки, см.
По данным замеров длины, ширины и толщины хвоинок на срезанной веточке, полученным в результате замеров непосредственно после срезки веточки с учетного дерева ели и после усушки, высчитывается процент усушки хвоинок дерева ели по длине, ширине и толщине.
Примеры. На территории центра г.Йошкар-Олы было выбрано одно учетное дерево ели Picea abies (возраст 25-30 лет) рядом со зданием театра им. Шкетана на площади им. Ленина.
На севере в верхнем секторе роста хвоинок на веточке распределение длины хвоинок (фиг.3) имеет вид:
где L - длина i-ой хвоинки на срезанной веточке дерева ели, см;
х - расстояние от основания стебля срезанной веточки дерева ели до каждой хвоинки, см.
Закономерности распределения еловых хвоинок с других сторон света и других секторов роста хвои имеют аналогичную конструкцию формулы.
График зависимости длины хвоинок по всем четырем секторам роста хвои вместе в зависимости от расстояния от основания стебля до каждой хвоинки на веточке, с северной стороны света (фиг.4), имеет вид формулы:
Результаты замеров длины хвоинок, расположенных в верхнем секторе веточки, приведены в таблице.
По модели распределения размеров хвоинок на срезанной веточке можно выявить разницы по сторонам света, а также определить общие биотехнические закономерности распределения хвоинок.
Сравнивая средние биотехнические закономерности распределения хвоинок на срезанных веточках с деревьев ели, можно выявить разницу в экологических условиях мест произрастания этих деревьев.
Эффективность нового способа проявляется в том, что он позволяет определять биотехнические закономерности распределения хвоинок на срезанных веточках деревьев ели.
В дальнейшем предлагаемый способ позволит формировать цифровые модели еловых деревьев и тем самым проводить различные инженерно-экологические исследования с помощью геометрических размеров хвоинок.
Предлагаемый способ прост в практическом исполнении современными лабораторными приборами и одновременно точен по погрешностям измерений.