СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИРОСТА ДЕРЕВА ПО СПИЛУ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ОСВЕЩЕННОСТИ КРОНЫ Российский патент 2008 года по МПК A01G23/00 

Изобретение относится к лесной таксации и может быть использовано при учете качества ствола модельного дерева по спилам в виде кружков. Изобретение также может быть использовано в инженерной экологии и биологии при выяснении экологического режима лесной территории, земельного участка на пробной площади и места произрастания срубленного модельного дерева.

Известен способ измерения годичных колец на спиле древесного ствола (см., например, учебник: Н.П.Анучин. Лесная таксация. Изд-е 5-е, доп. - М.: Лесная промышленность, 1982. - С.424-426), включающий измерение диаметра ствола в двух взаимно перпендикулярных плоскостях мерной вилкой, взятие спилов в виде кружков, нанесение на выпиленных кружках отметок о северной и южной сторонах, каждому отпиленному кружку придают отметки о номерах пробной площади, модельного дерева и отпиленного кружка, причем обозначения делают на несколько сглаженной верхней части кружков, а нижние части кружков в камеральных условиях используют для подсчета годичных колец и измерения диаметров.

Недостатком способа также является подсчет числа годичных колец только в одном направлении, например в северном, а также невозможность учета влияния освещенности кроны модельного дерева на радиальный прирост дерева в коре или без коры.

Известен также способ измерения годичных колец на спиле древесного ствола по патенту №2265841 G01N 33/46, А01G 23/00, 23/02, включающий использование нижней части кружка-спила для подсчета годичных колец, измерение радиусов годичных колец относительно центра годичных слоев.

Недостатком является затрудненность учета отклонений годичных колец от окружности на спиле, например, в зависимости от солнечной освещенности кроны модельного дерева при влиянии затенения в ходе жизнедеятельности от соседних деревьев.

Технический результат - повышение функциональных возможностей способа испытания модельного дерева за счет учета влияния освещенности кроны при затенении соседними деревьями.

Этот технический результат достигается тем, что способ определения прироста дерева по спилу в зависимости от освещенности кроны, включающий нанесение на выпиленных кружках отметок о северной стороне, поворот кружков нижней частью наверх, подсчет числа и ширины годичных колец относительно центра годичных слоев, отличающийся тем, что по отдельным радиальным направлениям измеряют радиусы спила в коре или без коры до валки модельного дерева или же после его повала и разделки на оставшемся пне, измеряют углы от северного направления до вертикальных осей стволов соседних деревьев, далее на кружке наносят межцентровые линии расположения соседних деревьев, по данным метеорологических наблюдений отмечают средние значения начального и конечного углов дневного расположения и поворота солнечных лучей вокруг модельного дерева, а из общего числа соседних деревьев выбирают те, у которых межцентровые с модельным деревом линии оказались в зоне освещенности, затеняя крону модельного дерева, и по разности радиусов окружностей в начале или в конце линии освещенности кроны модельного дерева и контура спила в воре или без коры вычисляют потерю прироста древесины в зависимости от освещенности кроны изучаемого модельного дерева.

Радиусы спила в коре или без коры измеряют по линиям, нанесенным через углы в зависимости от диаметра ствола модельного дерева 30, 20, 15 или 10 градусов, причем для приспевающих и спелых деревьев с выпуклой формой сечения ствола в интервале диаметров 16-40 см разделяют спил на 12 секторов через 30°.

В камеральных условиях или же непосредственно в лесу на кружке линии межцентровых линий расположения соседних деревьев нумеруют, начиная с северной стороны, относительно центра спила модельного дерева по часовой стрелке.

Сущность технического решения заключается в том, что модельное дерево росло при закономерном освещении солнечными лучами, причем крона модельного дерева затенялась по ходу движения Солнца по небосклону, и это приводит к снижению процессов фотосинтеза на тех секторах дерева, которые обращены к солнечным лучам и одновременно затеняются соседними деревьями. Причем общеизвестно, что физиологические процессы протекают по секторам поперечного сечения дерева, а каждый сектор включает в себя группу ветвей, секторное сечение ствола и группу корней. Чем старше дерево по возрасту, тем большая разница в росте и развитии каждого сектора. Предлагаемое техническое решение позволяет выявить секторную структуру ствола дерева уже со среднего возраста.

Положительный эффект заключается в расширении технологии испытания модельного дерева по его спилам и одновременно позволяет объяснить некруглую форму сечения ствола даже по некруглой окружности ствола в коре. Это позволяет точнее и полнее оценивать прошлую динамику экологической обстановки в пространстве места произрастания вокруг данного модельного дерева.

Существенной новизной является измерение формы ствола по спилам в радиальных направлениях расположения соседних деревьев.

В связи с этим техническое решение обладает существенными признаками новизны, положительным эффектом в лесной таксации в инженерной экологии. Из научно-технической и патентной литературы материалов, порочащих новизну предлагаемого способа, не обнаружено.

На чертеже приведена схема спила модельного дерева сосны, срубленного в возрасте около 100 лет, причем спил взят на высоте 1,3 м от корневой шейки ствола модельного дерева.

Способ определения прироста дерева по спилу в зависимости от освещенности кроны включает такие действия.

Экологическая (биологическая) информация по приросту годичных колец и их групп в разных радиальных направлениях достовернее получается на кружке, выпиленном на уровне корневой шейки. Для подсчета кубатуры технической древесины этот кружок не годится из-за сложной формы по периферии кружка.

Если же в лесу проводят только экологические исследования, например на молодняках и среднеспелых деревьях, то от срубленного модельного дерева берут только спил в виде кружка на уровне корневой шейки так, что поперечное сечение корневой шейки попало примерно в середину толщины спиленного кружка. Кроме того, на пне модельного или даже обычного дерева после выпиловки от него верхней части в виде кружка-спила также можно выполнять измерение прироста.

В итоге по альтернативным измерениям возможны несколько сочетаний предмета измерения в зависимости целей исследования:

1) в лесной экологической (биологической) таксации берут кружки на уровне корневой шейки, в том числе и от пней модельных и не модельных деревьев;

2) для биологических исследований берут кружки по всей высоте модельного дерева, например через два метра или же через один метр на стволах молодых деревьях, начиная от уровня корневой шейки;

3) на вырубках после валки деревьев берут кружки с пней на уровне корневой шейки для экологических измерений прироста деревьев, а также для идентификации не сертифицированной на корню древесины (в течение нескольких лет после валки деревьев до момента их загнивания);

4) в лесной технической таксации (по существующей методологии для целей деревообработки и технического древесиноведения) берут кружки с модельных деревьев на высоте 1,3 м от корневой шейки;

5) при комплексном изучении модельных деревьев одновременно для технических и экологических нужд в лесной таксации (которая нами будет разделена на экологическую и техническую, то есть существующую по нынешним учебникам) берут оба кружка - на высоте 1,3 м и на уровне корневой шейки срубленного модельного дерева.

Аналогично и по альтернативным вариантам измерения в коре или без коры. Первое, то есть измерения кружка-спила без коры, как правило, применяется в лесной технической таксации, а второе, то есть измерения спила в коре, необходимо для лесной экологической таксации.

При этом, как известно, для технической таксации нет необходимости измерять радиусы, а достаточны два диаметра для определения по ним среднего диаметра ствола без коры на высоте 1,3 м. В связи с этим предлагаемое изобретение больше ориентировано на область применения в лесной экологической таксации, а также проведения измерений на земельных участках с произрастающими на них нелесными деревьями.

После выпиловки спилов на разных высотах модельного дерева каждому отпиленному кружку придают отметки северной стороны, о номерах пробной площади, модельного дерева и отпиленного кружка, причем обозначения делают на несколько сглаженной верхней части кружков, а нижние части кружков используют для подсчета годичных колец и измерения ширины и радиусов (суммарной ширины от центра спила) годичных колец. Кроме того, измеряют радиусы края коры на спиле.

На кружке 1 вначале по отдельным радиальным направлениям наносят линии 2, затем измеряют радиусы R_a спила в коре. Эти радиусы измеряют по линиям, нанесенным через определенные углы в зависимости от диаметра ствола модельного дерева 30, 20, 15 или 10 градусов. Для приспевающих и спелых деревьев с выпуклой формой сечения ствола в интервале диаметров 16-40 см достаточно разделить спил на 12 секторов через 30 градусов.

До валки модельного дерева, или же после его повала и разделки с помощью оставшегося пня, измеряют углы β_i от северного направления (ориентируется по компасу) до вертикальных осей стволов соседних деревьев, которые находятся относительно недалеко от модельного дерева и при этом соседствуют с ним своими кронами. В камеральных условиях или же непосредственно в лесу на кружке наносят линии 3 осей расположения соседних деревьев. Причем соседние деревья нумеруют, начиная с северной стороны, поворачиваясь относительно вертикальной оси модельного дерева (или же вокруг центра спила) по часовой стрелке.

Из данных метеорологических наблюдений отмечают средние значения начального и конченого углов дневного расположения и поворота солнечных лучей вокруг модельного дерева, а затем на масштабном изображении спила, например в масштабе М 1:2, показывают линию 4 в виде дуги окружности. Солнечные лучи освещали крону модельного дерева в направлениях, перпендикулярных этой линии освещенности модельного дерева.

Далее из общего числа соседних деревьев выбирают те, у которых межцентровые с модельным деревом линии 3 оказались в зоне линии 4 солнечной освещенности. Эти соседние деревья затеняли крону модельного деревья в секторе его кроны и тем самым снижали активность и интенсивность процесса фотосинтеза, соответственно снижали процесс формирования клеточных слоев по радиальному приросту. Оказавшиеся вне линии 4 солнечной освещенности соседние деревья не затеняли модельное дерево и тем самым не мешали его кроне.

По разности радиусов R_a окружностей в начале (или в конце) линии 4 освещенности кроны модельного дерева и контура спила в коре или без коры можно узнать общую потерю или потерю древесины от влияния освещенности кроны изучаемого модельного дерева.

Способ определения прироста дерева по спилу в зависимости от освещенности кроны, например, при взятии спила на высоте 1,3 м от корневой шейки ствола при обработке модельного дерева для нужд технической таксации деревьев и древостоя реализуется следующим образом.

После валки модельного дерева и раскряжевки его ствола на кряжи, например длиною в 2 м, и спилы в виде кружков, на них наносят метки о северном направлении. Затем каждому отпиленному кружку придают отметки о номерах пробной площади, модельного дерева и отпиленного кружка, причем обозначения делают на несколько сглаженной верхней части кружков.

А нижние части кружков используют для измерения годичных колец по их ширине и радиусам.

На основном кружке 1, например, взятом на высоте 1,3 м от корневой шейки по отдельным радиальным направлениям наносят линии 2 и измеряют ширину группы из нескольких годичных колец, результаты измерений суммируют для получения значений радиусов, показывающих прирост сечения ствола дерева в заданных радиальных направлениях по группам годичных колец.

Затем по отдельным радиальным направлениям измеряют радиусы R_a спила в коре или без коры.

До валки модельного дерева или же после его повала и разделки с помощью оставшегося пня, измеряют углы β_i от северного направления до вертикальных осей стволов соседних деревьев, далее на кружке наносят межцентровых линии 3 расположения соседних деревьев.

Затем отмечают линию 4 дневной освещенности солнечными лучами кроны модельного дерева, из общего числа i соседних деревьев выбирают те, у которых межцентровые с модельным деревом линии оказались в зоне линии солнечной освещенности, по разности радиусов окружности линии освещенности кроны модельного дерева и контура формы спила в коре или без коры вычисляется потеря прироста древесины с корой или без нее от влияния освещенности кроны изучаемого модельного дерева.

Радиусы спила в коре или без коры измеряют по линиям, нанесенным через углы, в зависимости от диаметра ствола модельного дерева в 30, 20, 15 или 10 градусов, причем для приспевающих и спелых деревьев с выпуклой формой сечения ствола в интервале диаметров 16-40 см разделяют спил на 12 секторов через 30°.

В камеральных условиях или же непосредственно в лесу на кружке линии межцентровых линий расположения соседних деревьев нумеруют, начиная с северной стороны, относительно центра спила модельного дерева по часовой стрелке.

Линию дневной освещенности солнечными лучами модельного дерева отмечают из данных метеорологических наблюдений, причем отмечают средние значения начального и конченого углов дневного расположения и поворота солнечных лучей вокруг модельного дерева, а затем на масштабном изображении спила, например в масштабе М 1:2, показывают эту линию дневной освещенности в виде дуги окружности вокруг центра спила, причем солнечные лучи освещали крону модельного дерева в направлениях, перпендикулярных этой линии освещенности модельного дерева.

Из общего числа соседних деревьев выбирают те, у которых межцентровые с модельным деревом линии оказались в зоне линии солнечной освещенности и эти деревья затеняли крону модельного деревья в секторе его кроны и тем самым снижали активность и интенсивность процесса фотосинтеза, соответственно снижали процесс формирования клеточных слоев по радиальному приросту, а оказавшиеся вне линии солнечной освещенности соседние деревья не затеняли модельное дерево и тем самым не мешали его кроне.

Измерения на кружке, взятом на высоте 1,3 м, показывают приросты древесины по радиальным направлениям недостаточно точно. В этом случае определяются неполные приросты древесины в радиальных направлениях. Достовернее получаются результаты измерений с кружка, взятого на уровне корневой шейки. Здесь измеряется полный радиальный прирост древесины по различным геодезическим направлениям, в том числе и по четырем сторонам света «север», «юг», «восток» и «запад».

При взятии множества кружков с одного модельного дерева на разных высотах ствола образуется ряд приростов древесины. Они будут показывать изменение радиусов без коры или в коре по высоте ствола от корневой шейки. Поэтому в данном техническом решении измерять ширину годичных колец и их групп (например, по пять лет) не требуется. Необходимо будет подсчитать возраст кружка-спила на данной высоте ствола, а затем переменные радиусы R_αi надо будет разделить на возраст по данному спилу модельного дерева.

Так будет вычислен средний ежегодный прирост древесины и на кружке, взятом на высоте 1,3 м, в возрасте кружка-спила. Причем возраст кружка определяется как разность между общим возрастом модельного дерева, определенным по числу годичных колец на кружке на уровне корневой шейки и возрастом ствола между корневой шейкой и спилом на уровне 1,3 м, то есть возрастом деревца, выросшего до высоты 1,3 м.

Пример. Спил дерева сосны обыкновенной был взят на территории Коротнинского лесничества Руткинского лесхоза Республики Марий Эл на территории выдела №29 квартала №44.

Тип леса - сосняк брусничниковый.

Дата спила - 15.07.04 г.

Параметры модельного дерева в коре: диаметр на высоте 1,3 м D_1.3=29 см (в направлении «север - юг»); D_1.3=27 см (в направлении «запад - восток»); Н - полная высота дерева от корневой шейки 24,5 м; высота бессучковой зоны ствола составила 14 м; длина кроны была равной 10,5 м; диаметр кроны - 4,9 м.

От центра спила через каждые 30° были проведены линии радиусов R_α, начиная от северного направления при α=0.

Диаметр пня составил 47 см, а высота пня - 19 см. Параметры соседних деревьев сосны на территории места произрастания модельного дерева были следующие:

- дерево №1, азимут β₁=65°, высота Н=22,5 м, диаметр , диаметр ;

- дерево №2, азимут β₂=85°, высота Н=22,0 м, диаметр , диаметр ;

- дерево №3, азимут β₃=180°, высота Н=21,5 м, диаметр , диаметр ;

- дерево №4, азимут β₄=200°, высота Н=24,5 м, диаметр , диаметр ;

- дерево №5, азимут β₅=210°, высота Н=15,0 м, диаметр , диаметр ;

- дерево №6, азимут β₆=230°, высота Н=23,5 м, диаметр , диаметр .

Таким образом, модельное дерево является лидером в группе среди всех семи деревьев сосны. При одинаковой высоте с деревом №4 модельное дерево толще его на 1,5 см. Вместе с тем, изучаемая биологическая группа имеет относительно небольшой разброс в значениях таксационных показателей, кроме соседнего дерева №5. По схеме на чертеже четыре деревья №3, №4, №5 и №6 оказывают значительное затенение кроны модельного дерева, начиная около полудня до вечера.

Снижение роста в радиальном направлении начинается с угла 90° и завершается при угле 270° от северного направления.

На спиле от центра годичных колец до края коры были получены следующие значения радиусов: R₀=14,58 см; R₃₀=13,30 см; R₆₀=13,38 см; R₉₀=13,77 см; R₁₂₀=13,73 см; R₁₅₀=12,52 см; R₁₈₀=12,33 см; R₂₁₀=13,34 см; R₂₄₀=13,52 см; R₂₇₀=14,13 см; R₃₀₀=14,36 см; R₃₃₀=15,06 см.

Среднее значение радиуса спила в коре по краям зоны снижения прироста составляет (13,77+14,13)/2=13,95 см. Максимальное снижение радиуса ствола в коре от влияния освещенности происходило на радиус при угле 180°. Поэтому снижение прироста за почти 100 лет составляет 13,95-12,33=1,62 см, или же в среднем 16,2/100=0,162 мм/год за всю жизнь дерева, или же 16,2/90=0,180 мм за период в 90 летний возраст спила дерева.

На спиле от центра годичных колец до края древесины без коры были получены следующие значения радиусов: R₀=13,87 см; R₃₀=12,89 см; R₆₀=12,19 см; R₉₀=13,02 см; R₁₂₀=12,89 см; R₁₅₀=11,98 см; R₁₈₀=11,77 см; R₂₁₀=11,72 см; R₂₄₀=12,55 см; R₂₇₀=12,91 см; R₃₀₀=13,42 см; R₃₃₀=14,30 см.

Из этих данных видно, что соседние деревья №1 и №2 повлияли на рост модельного дерева в толщину без коры на радиусе с азимутом в 60°. Это значит, что утренний свет при удлиненных днях лета все же не попадал частично на крону модельного деревья из-за затенения двумя соседями (в особенности деревом №2). Местный спад прироста происходил на 12,89-12,19=0,70 см по началу границы снижения прироста или 13,02-12,19=0,83 см по концу снижения, то есть на дуге в 90-30=60 градусов.

Остальные четыре соседних дерева повлияли на прирост древесины без коры также по дуге от 90 до 270°.

Однако минимум прироста сместился на 30° дальше, то есть наименьший прирост древесины образовался на радиусе в 210°.

Среднее значение радиуса спила без коры по краям зоны снижения прироста составляет (13,02+12,91)/2=12,95 см. Поэтому снижение прироста, за почти 100 лет жизнедеятельности модельного дерева, составляет 12,95-11,72=1,23 см. Или же в среднем прирост был равен 12,3/100=0,123 мм/год за всю жизнь дерева, или же 12,3/90=0,137 мм древесины за период в 90-летний возраст спила дерева.

Эффективность нового способа проявляется в том, что он позволяет измерять годичные кольца на спилах модельных деревьев и находить зависимости радиуса от влияния солнечной освещенности. Это позволяет расширить возможности испытания дерева за счет дополнительного учета влияния солнечной освещенности с учетом расположения соседних деревьев вокруг изучаемого модельного дерева. А это одновременно повышает точность исследования параметров пространства у места произрастания изучаемого модельного дерева, а также оценить экологический режим в ретроспекции возраста до момента срубки модельного дерева. Причем выявленные закономерности позволяют оценивать характер динамики прироста ствола по различным радиусам в зависимости от солнечного освещения и вмешательства в процесс фотосинтеза соседних деревьев.

Способ определения прироста дерева по спилу в зависимости от освещенности кроны включает нанесение на выпиленных кружках отметок о северной стороне, поворот кружков нижней частью наверх, подсчет числа и ширины годичных колец относительно центра годичных слоев. По отдельным радиальным направлениям измеряют радиусы спила в коре или без коры до валки модельного дерева или же после его повала и разделки на оставшемся пне. Измеряют углы от северного направления до вертикальных осей стволов соседних деревьев. Далее на кружке наносят межцентровые линии расположения соседних деревьев. По данным метеорологических наблюдений отмечают средние значения начального и конечного углов дневного расположения и поворота солнечных лучей вокруг модельного дерева. Из общего числа соседних деревьев выбирают те, у которых межцентровые с модельным деревом линии оказались в зоне освещенности, затеняя крону модельного дерева и по разности радиусов окружностей в начале или в конце линии освещенности кроны модельного дерева и контура спила в коре или без коры вычисляют потерю прироста древесины в зависимости от освещенности кроны изучаемого модельного дерева. Технический результат - повышение функциональных возможностей способа испытания модельного дерева за счет учета влияния освещенности его кроны при затенении соседними деревьями. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения прироста дерева по спилу в зависимости от освещенности кроны, включающий нанесение на выпиленных кружках отметок о северной стороне, поворот кружков нижней частью наверх, подсчет числа и ширины годичных колец относительно центра годичных слоев, отличающийся тем, что по отдельным радиальным направлениям измеряют радиусы спила в коре или без коры до валки модельного дерева или же после его повала и разделки на оставшемся пне, измеряют углы от северного направления до вертикальных осей стволов соседних деревьев, далее на кружке наносят межцентровые линии расположения соседних деревьев, по данным метеорологических наблюдений отмечают средние значения начального и конечного углов дневного расположения и поворота солнечных лучей вокруг модельного дерева, а из общего числа соседних деревьев выбирают те, у которых межцентровые с модельным деревом линии оказались в зоне освещенности, затеняя крону модельного дерева и по разности радиусов окружностей в начале или в конце линии освещенности кроны модельного дерева и контура спила в коре или без коры вычисляют потерю прироста древесины в зависимости от освещенности кроны изучаемого модельного дерева.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что радиусы спила в коре или без коры измеряют по линиям, нанесенным через углы в зависимости от диаметра ствола модельного дерева 30, 20, 15 или 10°, причем для приспевающих и спелых деревьев с выпуклой формой сечения ствола в интервале диаметров 16-40 см разделяют спил на 12 секторов через 30°.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в камеральных условиях или же непосредственно в лесу на кружке линии межцентровых линий расположения соседних деревьев нумеруют, начиная с северной стороны, относительно центра спила модельного дерева по часовой стрелке.