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

Изобретение относится к лесной экологической таксации и может быть использовано при учете формы ствола модельного дерева по спилам в виде кружка. Изобретение может быть использовано в инженерной биологии и экологии, например при выяснении экологического режима в прошлом на конкретной лесной территории, а также экологической оценке земельного участка на пробной площадке и отдельного места произрастания срубленного модельного дерева в окружении соседних деревьев.

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 является подсчет числа годичных колец только в одном направлении, например в северном, а также невозможность учета влияния преобладающих ветров, проникающих к кроне модельного дерева между кронами соседних деревьев и увеличивающих радиальный прирост дерева в коре или без коры противоположно направлению ветра для увеличения прочности комлевой части дерева.

Известен также способ измерения годичных колец на спиле древесного ствола по патенту №2237402, А01G 23/00, 23/02, включающий использование нижней части кружка-спила для подсчета годичных колец, измерение радиусов годичных колец.

Недостатком является затрудненность учета отклонений годичных колец от окружности на спиле в сторону увеличения, например, в зависимости от действия сил от преобладающих ветров, часть которых проникает между соседними деревьями к кроне модельного дерева, и в ходе жизнедеятельности от соседних деревьев модельное дерево затеняется от части направлений преобладающих ветров.

Технический результат - повышение функциональных возможностей способа испытания модельного дерева за счет учета влияния преобладающих ветров при затенении части из них соседними деревьями.

Этот технический результат достигается тем, что способ определения прироста дерева по спилу в зависимости от преобладающих ветров, включающий нанесение на выпиленных кружках отметок о северной стороне, подсчет числа и ширины годичных колец относительно центра годичных слоев, отличающийся тем, что кружки древесины с корой выпиливают на уровне корневой шейки ствола модельного дерева или на высоте 1,3 м, затем по отдельным радиальным направлениям измеряют радиусы спила в коре или без коры, измеряют углы от северного направления до вертикальных осей стволов соседних деревьев, далее на кружках наносят межцентровые линии расположения соседних деревьев, по предварительно выполненной диаграмме распределения преобладающих ветров, построенной по многолетним метеорологическим данным, наносят на кружок линии фронтов действия преобладающих ветров, причем из общего числа линий фронтов преобладающих ветров исключают те, на которых межцентровые с модельным деревом линии соседних деревьев оказались в зоне линий фронтов преобладающих ветров, а на незатененных соседними деревьями линиях фронтов преобладающих ветров измеряют радиусы спила в коре и без коры, а также годичные кольца и их группы, затем по разности радиусов контура формы спила в коре или без коры и окружности незащищенных соседними деревьями линий фронтов преобладающих ветров определяют прирост древесины с корой или без нее в зависимости от влияния силового действия проникающих до модельного дерева преобладающих ветров.

Радиусы спила в коре или без коры измеряют по линиям, нанесенным через углы, составляющие 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 градусов.

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.

Затем выявляют закономерности изменения радиусов спила, находящихся в пределах линий фронта преобладающих ветров, действующих на модельное дерево.

Сущность технического решения заключается в том, что модельное дерево росло при закономерном и многолетнем силовом воздействии на него той части преобладающих ветров, от которых оно не защищено соседними деревьями. При этом общеизвестен тот факт, что ствол дерева получает больше строительных материалов о кроны там, где происходит силовые воздействие и возникает напряжение в клеточных структурах древесины. Поэтому ствол в комлевой части дерева начинает увеличивать толщину против направления ветра.

Положительный эффект заключается в расширении технологии испытания модельного дерева по его спилу на высоте 1,3 м (а еще лучшие результаты будут при спиле на уровне корневой шейки) и одновременно позволяет объяснить неправильную 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 при учете воздействия преобладающих ветров, проникших к модельному дереву через заслон из соседних деревьев в ходе его жизни.

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 фиг.1 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; на фиг.2 приведена схема распределения ветров типа «роза ветров», характерных по многолетним метеорологическим данным для территории, где произрастало модельное дерево.

Способ определения прироста дерева по спилу в зависимости от преобладающих ветров включает такие действия.

После выпиловки спила на высоте 1,3 м или же на корневой шейке модельного дерева 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 высоте 1,3 м от корневой шейки кружки выпиливают для лесной технической таксации, когда результаты определения прироста используют для подсчета объема древесины на таксационном выделе по срубленным нескольким модельным деревьям. Поэтому от кружков на уровне 1,3 м невозможно отказаться. Поэтому лучше всего с одного модельного дерева брать два кружка - первый на высоте 1,3 м, а второй - на уровне корневой шейки дерева.

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, чтобы поперечное сечение корневой шейки попало примерно в середину толщины спиленного кружка.

В итоге по альтернативным измерениям возможны три сочетания в зависимости целей исследования:

1) в лесной экологической (биологической) таксации берут кружки на уровне корневой шейки;

2) 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;

3) 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, как правило, применяется в лесной технической таксации, а второе 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 нелесным деревьями.

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 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 определяется фронт освещенности модельного дерева, а затем на масштабном изображении спила, например в масштабе М 1:2, показывают линию 4 фронта освещенности кроны модельного дерева в виде дуги окружности. Солнечные лучи освещали крону модельного дерева в направлениях, перпендикулярных этой линии освещенности модельного дерева.

Одновременно по метеорологическим данным строят диаграмму распределения преобладающих ветров по многолетним метеорологическим данным на территории, близкой по расположению метеостанции к месту обработки модельного дерева и взятия кружка древесины с корой.

Совмещение схемы расположения соседних деревьев с радиальной диаграммой преобладающих ветров выполняют относительно центра модельного дерева, то есть центра годичных колец спила дерева. При этом из общего числа соседних деревьев выбирают те, у которых межцентровые с модельным деревом линии 3 оказались совпадающими с некоторыми направлениями преобладающих ветров. Такие деревья гасили силу действия ветров и помогали своим ветровым затенением в росте и развитии модельному дереву. Причем такие соседи могут находиться одновременно и на линии 4 солнечной освещенности. Эти соседние деревья затеняли крону модельного деревья в обоих направлениях: лишали света и одновременно были буферными устройствами от ветра.

Диаграмма ветров, как правило, имеет несколько основных направлений. Но хотя бы одно направление 5 преобладающих ветров может оказаться проникающим между кронами соседних деревьев. В итоге по радиусам строят линию 6 фронта действия преобладающего ветра на модельное дерево. При этом силовое действие преобладающих ветров на модельное дерево направлено против наиболее удаленных лучей 7 ветровой диаграммы. Тогда появляется возможность выявления закономерностей изменения радиусов спила, находящихся в пределах линии фронта действующего на модельное дерево преобладающего ветра.

По разности радиусов R_a окружностей в начале (или в конце) линии 6 фронта действующего на модельное дерево преобладающего ветра и контура спила в коре или без коры можно количественно узнать общую потерю древесины с корой или потерю только древесины от влияния преобладающих ветров в ходе роста и развития ствола модельного дерева.

Способ определения прироста дерева по спилу в зависимости от преобладающих ветров, например при взятии спила на высоте 1,3 м от корневой шейки ствола в ходе обработки модельного дерева на отрезке ствола, производится следующим образом.

После валки модельного дерева и раскряжевки его ствола на кряжи и взятия спила в виде кружка на нем 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 кружке 1, 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 b_i, от северного направления до вертикальных осей стволов соседних деревьев, далее на кружке наносят межцентровые линии 3 расположения соседних деревьев.

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 градусов.

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.

По многолетним метеорологическим данным строят диаграмму распределения преобладающих ветров с лучами 7 для территории, близкой по расположению метеостанции к месту обработки модельного дерева и взятия кружков древесины с корой.

Между собой совмещают схему расположения соседних деревьев с радиальной диаграммой преобладающих ветров относительно центра модельного дерева, то есть центра годичных колец спила дерева, при этом из общего числа соседних деревьев исключают те, у которых межцентровые с модельным деревом линии оказались совпадающими с некоторыми направлениями 5 преобладающих ветров, и делают вывод о том, что такие деревья гасили силу действия ветров и помогали ветровым затенением в росте и развитии модельному дереву.

Линии 6 фронтов действий преобладающих ветров на модельное дерево строят по лучам диаграммы распределения ветров, причем хотя бы одно направление преобладающих ветров может оказаться проникающим между кронами соседних деревьев, а затем на масштабном изображении спила, например в масштабе М 1:2, показывают эту линию фронта действия проникающих к модельному дереву преобладающих ветров в виде дуги окружности вокруг центра спила, причем силы действия ветров на модельное дерево отмечают в направлениях, перпендикулярных линиям фронтов преобладающих ветров.

Силовое действие преобладающих ветров, проникших к модельному дереву между соседними деревьями, направлено против наиболее удаленных лучей ветровой диаграммы, затем выявляют закономерности изменения радиусов спила, находящихся в пределах линии фронта действующих на модельное дерево преобладающих ветров.

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_a, начиная от северного направления при а=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 b₁=65°, высота Н=22,5 м, диаметр =23,0 см, диаметр =22,5 см;

- дерево №2, азимут b₁=85°, высота Н=22,0 м, диаметр =24,0 см, диаметр =24,0 см;

- дерево №3, азимут b₁=180°, высота Н=21,5 м, диаметр =21,5 см, диаметр =22,0 см;

- дерево №4, азимут b₁=200°, высота Н=24,5 м, диаметр =27,5 см, диаметр =27,0 см;

- дерево №5, азимут b₁=210°, высота Н=15,0 м, диаметр =14,0 см, диаметр =14,0 см;

- дерево №6, азимут b₁=230°, высота Н=23,5 м, диаметр =24,0 см, диаметр =27,0 см.

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 фиг.1 четыре деревья №3, №4, №5 и №6 оказывают значительное затенение кроны модельного дерева, начиная около полудня до вечера.

Прибавка по толщине в ходе роста в радиальном направлении, причем против проникающих к модельному дереву преобладающих ветров по северо-западному геодезическому направлению, начинается с угла 240° и завершается при угле 30° от северного направления. Линия фронта действия проникающих ветров включает в себя сектор с углом 150°.

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 увеличения прироста составляет (13,52+13,30)/2=13,41 см. Максимальное снижение радиуса ствола в коре от влияния освещенности происходило на радиус при угле 330°. Поэтому прибавка прироста за почти 100 лет составляет 15,06-13,41=1,65 см, или же в среднем 16,5/100=0,165 мм/год за всю жизнь дерева, или же 16,5/90=0,183 мм за период в 90-летний возраст спила дерева.

Из сопоставления расположения соседних деревьев (фиг.1) и диаграммы преобладающих ветров (фиг.2) видно, что деревья №1 и №2 задерживали ветра северо-восточного направления, а группа из четырех остальных соседних деревьев хорошо сдерживала преобладающие ветра юго-западного и южного направлений. Одновременно эти же деревья значительно затеняли солнечный свет.

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.

Среднее значение радиуса спила без коры по краям зоны прибавки прироста составляет (12,55+12,89)/2=12,72 см. Поэтому повышение прироста за почти 100 лет составляет 14,30-12,72=1,58 см, или же в среднем 15,8/100=0,158 мм/год за всю жизнь дерева, или же 15,8/90=0,176 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 направлений преобладающих ветров. Причем с учетом затенения модельного дерева от действия ветров соседними деревьями. Это позволяет расширить возможности испытания дерева за счет дополнительного учета влияния преобладающих ветров, проникающих к модельному дереву между соседними деревьями. А это также повышает точность исследования всего пространства места произрастания изучаемого модельного дерева, оценить экологический режим в ретроспекции возраста до момента срубки модельного дерева. Причем выявленные закономерности позволяют оценивать характер динамики прибавки прироста ствола по различным радиусам в зависимости от силовых действий преобладающих ветров.

Способ включает нанесение на выпиленных кружках отметок о северной стороне, подсчет числа и ширины годичных колец относительно центра годичных слоев. Кружки древесины с корой выпиливают на уровне корневой шейки ствола модельного дерева или на высоте 1,3 м. Затем по отдельным радиальным направлениям измеряют радиусы спила в коре или без коры, измеряют углы от северного направления до вертикальных осей стволов соседних деревьев. Далее на кружках наносят межцентровые линии расположения соседних деревьев. По предварительно выполненной диаграмме распределения преобладающих ветров, построенной по многолетним метеорологическим данным, наносят на кружок линии фронтов действия преобладающих ветров. Из общего числа линий фронтов преобладающих ветров исключают те, на которых межцентровые с модельным деревом линии соседних деревьев оказались в зоне линий фронтов преобладающих ветров. На незатененных соседними деревьями линиях фронтов преобладающих ветров измеряют радиусы спила в коре и без коры, а также годичные кольца и их группы. Затем по разности радиусов контура формы спила в коре или без коры и окружности не защищенных соседними деревьями линий фронтов преобладающих ветров определяют прирост древесины с корой или без нее в зависимости от влияния силового действия проникающих до модельного дерева преобладающих ветров. Такая технология позволит повысить качество определения прироста дерева. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения прироста дерева по спилу в зависимости от преобладающих ветров, включающий нанесение на выпиленных кружках отметок о северной стороне, подсчет числа и ширины годичных колец относительно центра годичных слоев, отличающийся тем, что кружки древесины с корой выпиливают на уровне корневой шейки ствола модельного дерева или на высоте 1,3 м, затем по отдельным радиальным направлениям измеряют радиусы спила в коре или без коры, измеряют углы от северного направления до вертикальных осей стволов соседних деревьев, далее на кружках наносят межцентровые линии расположения соседних деревьев, по предварительно выполненной диаграмме распределения преобладающих ветров, построенной по многолетним метеорологическим данным, наносят на кружок линии фронтов действия преобладающих ветров, причем из общего числа линий фронтов преобладающих ветров исключают те, на которых межцентровые с модельным деревом линии соседних деревьев оказались в зоне линий фронтов преобладающих ветров, а на незатененных соседними деревьями линиях фронтов преобладающих ветров измеряют радиусы спила в коре и без коры, а также годичные кольца и их группы, затем по разности радиусов контура формы спила в коре или без коры и окружности незащищенных соседними деревьями линий фронтов преобладающих ветров определяют прирост древесины с корой или без нее в зависимости от влияния силового действия проникающих до модельного дерева преобладающих ветров.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что радиусы спила в коре или без коры измеряют по линиям, нанесенным через углы, составляющие 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.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что выявляют закономерности изменения радиусов спила, находящихся в пределах линий фронта преобладающих ветров, действующих на модельное дерево.