СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРА ИЗМЕНЕНИЯ ШИРИНЫ ВОДОПРОВОДЯЩЕГО СЛОЯ НА СПИЛЕ ДЕРЕВА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРЕОБЛАДАЮЩИХ ВЕТРОВ Российский патент 2008 года по МПК G01N33/46 

Изобретение относится к экологической таксации лесных деревьев и может быть использовано при учете сложной формы поперечного сечения у ствола модельного дерева, причем по спилам с корой в виде кружков. Изобретение может быть использовано в инженерной экологии и биологии при выяснении экологического режима лесной территории, а также земельного участка на пробной площади по месту произрастания срубленного модельного дерева, в частности по характеру изменения ширины водопроводящего слоя в местах взятия спилов-кружков в различных поперечных сечениях ствола 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 и измерение групп 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 и их групп 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 и их групп.

Недостатком является затрудненность учета отклонений ширины водопроводящего слоя по радиусам на спиле, например, в зависимости от солнечной освещенности кроны модельного дерева при влиянии затенения в ходе жизнедеятельности от соседних деревьев, а также влияния преобладающих холодных ветров в зимнее время и теплых ветров в жаркое летнее время на изменение ширины водопроводящего слоя.

Технический результат - повышение функциональных возможностей способа испытания модельного дерева за счет учета значений ширины водопроводящего слоя годичных колец на спиле.

Этот технический результат достигается тем, что способ определения характера изменения ширины водопроводящего слоя на спиле дерева в зависимости от преобладающих ветров отличается тем, что на выпиленных кружках наносят отметки о северной стороне, на границе водопроводящего слоя древесины спила наносят линию, относительно которой от центра годичных слоев по отдельным радиальным направлениям измеряют радиус спила без коры и радиус до границы водопроводящего слоя, причем ширину водопроводящего слоя вычисляют как разность радиусов без коры и радиусов до водопроводящего слоя по различным радиальным направлениям, по данным метеорологических наблюдений отмечают линии фронтов действия преобладающих холодных ветров в зимнее время и теплых ветров в летнее время, после этого рассчитывают относительную ширину водопроводящего слоя как отношение значений ширины водопроводящего слоя к радиусу спила без коры по соответствующим радиальным направлениям с последующим выявлением статистических закономерностей изменения радиуса спила без коры и радиуса до границы водопроводящего слоя, ширины водопроводящего слоя древесины и относительной ширины водопроводящего слоя древесины спила.

Радиус спила без коры, радиус до границы водопроводящего слоя и ширину водопроводящего слоя 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.

Статистическим моделированием выявляют закономерности изменения радиуса спила без коры, радиуса до границы водопроводящего слоя древесины спила, а также ширины водопроводящего слоя, по формуле:

где - натуральный показатель (радиус без коры, радиус до границы водопроводящего слоя, ширины водопроводящего слоя), мм;

у₀ - начальное значение размерного показателя спила идеальной формы в поперечном сечении, которое было бы при росте и развитии модельного дерева без внешнего вмешательства человека и отсутствии влияния природных катастроф на территории места произрастания, мм;

у_хол - часть показателя, наращиваемая против действия холодных северных ветров, мм;

у_осв - часть показателя, потерянная деревом из-за действия теплых преобладающих ветров, мм;

у_прот - часть показателя, восстановленная усилиями дерева, как живого организма, волновой адаптацией к условиям среды обитания, мм;

α - азимут или угол, отсчитываемый относительно северного направления по часовой стрелке, градус;

А - половина амплитуды колебательной адаптации дерева в ходе всей жизни, мм;

р - половина периода колебательного возмущения модельного дерева в ходе роста и развития по периметру поперечного сечения ствола, градус;

- параметры статистической модели, получающие конкретные численные значения для конкретного модельного дерева;

- сдвиг начала колебательного движения сечения ствола от северного направления при знаке «+» вправо, а при знаке «-» влево от северного направления, радиан.

Для сопоставления различных модельных деревьев и их мест произрастания между собой статистическим моделированием выявляют закономерности изменения относительной ширины водопроводящего слоя по формуле:

где - относительная ширина водопроводящего слоя (отношение ширины водопроводящего слоя к радиусу древесины спила без коры);

k₀ - начальное значение относительной ширины водопроводящего слоя на спиле идеальной круглой формы, которое было бы при росте и развитии модельного дерева без вмешательства человека и отсутствии влияния природных катастроф на территории места произрастания;

k_хол - часть относительной ширины водопроводящего слоя, наращиваемая против действия холодных северных ветров;

k_осв - часть относительной ширины водопроводящего слоя, потерянная деревом от действия теплых преобладающих ветров;

α - азимут или угол, отсчитываемый относительно северного направления по часовой стрелке, градус;

- азимут преобладающих холодных зимних ветров, градусы;

- азимут преобладающих теплых летних ветров, градусы;

- параметры статистической модели, получающие конкретные численные значения для конкретного модельного дерева.

Сущность технического решения заключается в том, что модельное дерево росло при закономерном освещении солнечными лучами, а также при относительно постоянном дуновении холодных ветров в зимнее время и теплых ветров, иссушающих периферию ствола дерева в жаркое летнее время. Причем до сих пор на спилах не измерялись значения ширины водопроводящего слоя и его расположения на спиле по радиусам от центра годичных колец.

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

Существенной новизной является измерение формы ствола с водопроводящим слоем по спилам в радиальных направлениях расположения соседних деревьев, а также по направлениям преобладающих холодных и теплых ветров в зимнее и летнее время.

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 с корой модельного дерева сосны, срубленного в возрасте около 100 лет, причем спил был взят на высоте 1,3 м от корневой шейки ствола модельного дерева; на фиг.2 приведена диаграмма распределения в зимнее время (декабрь, январь, февраль для Среднего Поволжья) преобладающих холодных ветров по данным метеорологической станции, расположенной близко от модельного дерева; на фиг.3 приведена диаграмма распределения теплых ветров в летнее время (июнь, июль, август для Среднего Поволжья).

Способ определения характера изменения ширины водопроводящего слоя на спиле дерева в зависимости от преобладающих ветров включает следующие действия.

После выпиловки спила от поваленного модельного дерева этому кружку придают отметки северной стороны, о номерах пробной площади, модельного дерева и отпиленного кружка, причем обозначения делают на несколько сглаженной верхней части кружка, а нижние части кружков используют для измерения толщины коры как разности радиусов от центра спила с корой и без коры.

На кружке 1 с корой вначале по отдельным радиальным направлениям наносят линии 2. Эти линии наносят 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°. Затем по отдельным радиальным направлениям измеряют радиусы спила без коры и значения радиуса от края водопроводящего слоя 8, расположенного к центру спила. Ширину водопроводящего слоя вычисляют как разницу радиусов в коре и без коры, то есть по выражению

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 отмечают средние значения начального и конечного 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.

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, в особенности в зимнее время, может оказаться проникающим между кронами соседних деревьев (фиг.2). В итоге по радиусам строят линию 6 фронта действия преобладающего ветра на модельное дерево без учета тех направлений, которые были прикрыты соседними деревьями.

От теплых ветров (фиг.3) соседние деревья частично спасают, но все же водопроводящий слой подвергается существенному влиянию, так как он с южной стороны высыхает и снижается по ширине.

Затенение модельного дерева соседними деревьями вызывает снижение не только радиального прироста древесины, но и толщины h_a коры 7, так как соседние деревья защищают зимой и от холодных ветров. При этом одновременно изменяется и ширина водопроводящего слоя 8.

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

Совмещают между собой схему расположения соседних деревьев с радиальными диаграммами преобладающих зимних и летних ветров по направлениям относительно 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 преобладающих зимних ветров, и делают вывод о том, что такие деревья гасили силу действия холодных зимних ветров и помогали ветровым затенением в росте и развитии модельному дереву.

Статистическим моделированием выявляют закономерности изменения радиуса спила без коры, радиуса до границы водопроводящего слоя древесины спила, а также ширины водопроводящего слоя, по формуле:

где - натуральный показатель (радиус без коры, радиус до границы водопроводящего слоя, ширины водопроводящего слоя), мм;

у₀ - начальное значение размерного показателя спила идеальной формы в поперечном сечении, которое было бы при росте и развитии модельного дерева без внешнего вмешательства человека и отсутствии влияния природных катастроф на территории места произрастания, мм;

у_хол - часть показателя, наращиваемая против действия холодных северных ветров, мм;

у_осв - часть показателя, потерянная деревом из-за действия теплых преобладающих ветров, мм;

у_прот - часть показателя, восстановленная усилиями дерева, как живого организма, волновой адаптацией к условиям среды обитания, мм;

α - азимут или угол, отсчитываемый относительно северного направления по часовой стрелке, градус;

А - половина амплитуды колебательной адаптации дерева в ходе всей жизни, мм;

р - половина периода колебательного возмущения модельного дерева в ходе роста и развития по периметру поперечного сечения ствола, градус;

- параметры статистической модели, получающие конкретные численные значения для конкретного модельного дерева;

- сдвиг начала колебательного движения сечения ствола от северного направления при знаке «+» вправо, а при знаке «-» влево от северного направления, радиан.

Для сопоставления различных модельных деревьев и их мест произрастания между собой статистическим моделированием выявляют закономерности изменения относительной ширины водопроводящего слоя по формуле:

где - относительная ширина водопроводящего слоя (отношение ширины водопроводящего слоя к радиусу древесины спила без коры);

k₀ - начальное значение относительной ширины водопроводящего слоя на спиле идеальной круглой формы, которое было бы при росте и развитии модельного дерева без вмешательства человека и отсутствии влияния природных катастроф на территории места произрастания;

k_хол - часть относительной ширины водопроводящего слоя, наращиваемая против действия холодных северных ветров;

k_осв - часть относительной ширины водопроводящего слоя, потерянная деревом от действия теплых преобладающих ветров;

α - азимут или угол, отсчитываемый относительно северного направления по часовой стрелке, градус;

- азимут преобладающих холодных зимних ветров, градусы;

- азимут преобладающих теплых летних ветров, градусы;

_{- параметры статистической модели, получающие конкретные численные значения для конкретного модельного дерева.}

Способ определения характера изменения ширины водопроводящего слоя на спиле дерева в зависимости от преобладающих холодных и теплых ветров, например, при взятии спила на высоте 1,3 м от корневой шейки ствола, реализуется при обработке модельного дерева на отрезки ствола следующим образом.

После валки модельного дерева и раскряжевки его ствола на кряжи 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 ширины водопроводящего слоя по радиусам.

На основном кружке 1, например, взятом на высоте 1,3 м от корневой шейки, вначале сразу же наносят карандашом линию 8 водопроводящего слоя, а затем по отдельным радиальным направлениям наносят линии 2. Если не нанести линию 8 непосредственно после выпиловки спила, то через уже полчаса и чуть более водопроводящая зона спила высыхает.

Затем в камеральных условиях по отдельным радиальным направлениям измеряют радиусы спила без коры и относительно линии 8 радиус края водопроводящего слоя 8, расположенного к центру спила. Ширину водопроводящего слоя вычисляют как разницу радиусов в коре и без коры, то есть по выражению

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 межцентровые линии 3 расположения соседних деревьев.

После взятия спила на границе водопроводящего слоя древесины спила наносят линию, относительно которой от центра годичных слоев по отдельным радиальным направлениям измеряют радиус спила без коры и радиус до границы водопроводящего слоя, причем ширину водопроводящего слоя вычисляют как разность радиусов без коры и радиусов до водопроводящего слоя по различным радиальным направлениям, отмечают линии фронтов действия преобладающих холодных ветров в зимнее время и теплых ветров в летнее время, после этого рассчитывают относительную ширину водопроводящего слоя как отношение значений ширины водопроводящего слоя к радиусу спила без коры по соответствующим радиальным направлениям, затем статистическим моделированием выявляют закономерности изменения радиуса спила без коры и радиуса до границы водопроводящего слоя, ширины водопроводящего слоя древесины и относительной ширины водопроводящего слоя древесины спила.

Радиус спила без коры, радиус до границы водопроводящего слоя и ширину водопроводящего слоя 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°.

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.

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

Статистическим моделированием выявляют закономерности изменения радиуса спила без коры, радиуса до границы водопроводящего слоя древесины спила, а также ширины водопроводящего слоя, по формуле:

где - натуральный показатель (радиус без коры, радиус до границы водопроводящего слоя, ширины водопроводящего слоя), мм;

у₀ - начальное значение размерного показателя спила идеальной формы в поперечном сечении, которое было бы при росте и развитии модельного дерева без внешнего вмешательства человека и отсутствии влияния природных катастроф на территории места произрастания, мм;

у_хол - часть показателя, наращиваемая против действия холодных северных ветров, мм;

у_осв - часть показателя, потерянная деревом из-за действия теплых преобладающих ветров, мм;

у_прот - часть показателя, восстановленная усилиями дерева, как живого организма, волновой адаптацией к условиям среды обитания, мм;

α - азимут или угол, отсчитываемый относительно северного направления по часовой стрелке, градус;

А - половина амплитуды колебательной адаптации дерева в ходе всей жизни, мм;

р - половина периода колебательного возмущения модельного дерева в ходе роста и развития по периметру поперечного сечения ствола, градус;

- параметры статистической модели, получающие конкретные численные значения для конкретного модельного дерева;

- сдвиг начала колебательного движения сечения ствола от северного направления при знаке «+» вправо, а при знаке «-» влево от северного направления, радиан.

Для сопоставления различных модельных деревьев и их мест произрастания между собой статистическим моделированием выявляют закономерности изменения относительной ширины водопроводящего слоя по формуле:

где - относительная ширина водопроводящего слоя (отношение ширины водопроводящего слоя к радиусу древесины спила без коры);

k₀ - начальное значение относительной ширины водопроводящего слоя на спиле идеальной круглой формы, которое было бы при росте и развитии модельного дерева без вмешательства человека и отсутствии влияния природных катастроф на территории места произрастания;

k_хол - часть относительной ширины водопроводящего слоя, наращиваемая против действия холодных северных ветров;

k_осв - часть относительной ширины водопроводящего слоя, потерянная деревом от действия теплых преобладающих ветров;

- азимут или угол, отсчитываемый относительно северного направления по часовой стрелке, градус;

- азимут преобладающих холодных зимних ветров, градусы;

- азимут преобладающих теплых летних ветров, градусы;

_{- параметры статистической модели, получающие конкретные численные значения для конкретного модельного дерева.}

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 , начиная от северного направления при условии 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 см, диаметр см;

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

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

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

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

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

Радиус спила без коры в зависимости от азимута а изменяется по статистической закономерности (табл.1)

R₀=138,803,

R_хол=8,76228exp(-0,00150445(a-331,863)²),

R_осв=1,37828·10^-7α^4,64710exp(-0,029332α),

R_прот=Acos(πα/12,72474+1,55938),

A=0,060515α^1,78508exp(-0,029354α),

где - радиус спила дерева без коры, мм;

R₀ - начальный радиус дерева без коры идеальной формы в поперечном сечении в виде окружности примерно 138,8 мм, который был бы при росте и развитии модельного дерева в естественных условиях без внешнего вмешательства человека и отсутствии влияния природных катастроф на территории места произрастания, мм;

R_хол - часть радиуса древесины ствола, наращиваемая против действия холодных северных ветров, которые не прикрыты соседними деревьями, мм;

R_осв - часть радиуса древесины ствола дерева, потерянная деревом из-за затенения соседними деревьями как от действия освещения солнечными лучами, так и от действия преобладающих ветров, мм;

R_прот - часть радиуса древесины ствола дерева, восстановленная усилиями самого дерева, как живого организма, волновой адаптацией к условиям среды обитания, мм;

α - азимут или угол, отсчитываемый относительно северного направления по часовой стрелке, градус;

А - половина амплитуды колебательной адаптации дерева в ходе всей жизни, мм;

р=12,72474 - половина периода колебательного возмущения модельного дерева в ходе роста и развития по периметру поперечного сечения ствола, градус;

1,55938 - сдвиг начала колебательного движения сечения ствола от северного направления при знаке «+» вправо, а при знаке «-» влево от северного направления, радиан.

Таблица 1Изменение радиуса без коры по азимуту на спиле, ммАзимут а, град.Факт Расчетные значения (1)Составляющие модели (1)R_aеD, %R_холR_освaR_прот0138.7138.800.10-0.070.000.000.000.0030128.9128.640.260.200.000.4210.87-9.7560121.9122.23-0.33-0.270.004.3515.53-12.2290130.2129.800.400.310.0011.8713.272.86120128.9129.01-0.11-0.090.0018.749.208.95150119.8120.43-0.63-0.530.0021.935.683.56180117.7116.171.531.300.0021.223.26-1.41210117.2119.00-1.80-1.540.0018.021.78-1.78240125.5124.491.010.800.0013.900.94-0.41270129.1129.16-0.06-0.050.039.970.480.30300134.2134.190.010.011.906.750.240.23330143.0143.19-0.19-0.138.724.360.120.03360138.7138.71-0.01-0.012.662.710.06-0.04

В табл.1 приведены следующие условные обозначения:

- фактические (измеренные) значения радиуса спила без коры по геодезическим направлениям, начиная с северного направления, мм;

- расчетные по готовой статистической модели (1) значения радиуса спила без коры, мм;

ε - остатки, то есть абсолютная погрешность, как разница между фактическими и расчетными значениями изучаемого показателя, вычисляемые по формуле мм;

Δ - относительная погрешность, вычисляемая из математического соотношения %.

Для оценки адекватности готовой статистической модели принимается максимальная относительная погрешность Δ_max, которая в табл. 1 подчеркнута. Доверие (доверительная вероятность) к готовой статистической модели будет равна D= 100-|D_max|, то есть для формулы (1) получается доверие не ниже 100-1,54=98,46%. Это доверие очень высокое и оно позволяет проанализировать отдельные составляющие формулы (1), получив для каждого их них новое (апостериорное) эвристическое объяснение изменения радиуса древесины на спиле.

Радиус спила до края водопроводящего слоя измеряется по отдельным радиальным направлениям от края водопроводящего слоя, отмеченного сразу же после разделки модельного дерева и выпиловки кружка-спила линией карандашом, до центра спила. Ширину водопроводящего слоя вычисляют как разницу радиусов без коры и водопроводящего слоя, то есть по выражению

В зависимости от азимута α, радиус спила от его центра до края водопроводящего слоя изменяется по типичной для всех параметров статистической закономерности (табл.2)

R₀=89,670,

R_хол=11,47432exp(-6,71637·10^-7(α-330,260)²),

R_осв=2,17046·10^-10α^6,02680exp(-0,036269α),

R_прот=Acos(πα/12,8210+1,54380),

A=0,37954α^1,17117exp(-0,025683α).

Таблица 2Изменение радиуса до края водопроводящего слоя древесины, ммАзимут а, град.Факт Расчетные значения (2)Составляющие модели (2)R_BaеD, %R_холR_освaR_прот0100.7100.330.370.3710.660.000.000.003091.592.27-0.77-0.8410.800.069.43-8.146091.290.870.330.3610.931.289.83-8.449095.895.99-0.19-0.2011.044.977.310.2612096.095.550.450.4711.149.494.744.2315091.190.980.120.1311.2312.272.852.3518088.688.420.180.2011.3012.401.63-0.1621089.489.63-0.23-0.2611.3610.580.90-0.8324093.192.730.370.4011.417.970.49-0.3927092.795.70-3.00-3.2411.455.460.260.0430097.497.80-0.40-0.4111.473.470.140.13330103.499.124.284.1411.472.080.070.05360100.799.850.760.7511.471.180.04-0.01

Максимальная относительная погрешность готовой статистической закономерности (2) составляет 4,14 %, поэтому доверие к этой формуле будет не ниже 100-4,14=95,86%.

Ширина водопроводящего слоя В_a, измеряемая от края линии водопроводящего слоя до центра спила ствола дерева, в зависимости от азимута α изменяется также по аналогичной статистической закономерности (табл.3)

B₀=37,911,

В_хол=3,36878ехр(-0,00014491(a-329,843)²),

В_прот=Acos(πα/12,03190+0,12494),

А=0,0062845α^2,38050ехр(-0,047797α).

Таблица 3Изменение ширины водопроводящего слоя древесины на спиле, ммАзимут a, град.Факт Расчетные значения (3)Составляющие модели (3)B_aеD, %B_холB_осваB_прот028.037.910.090.240.000.000.000.003037.437.320.080.210.000.084.92-0.516030.730.680.020.070.001.156.10-6.089034.434.280.120.350.003.873.82-0.2412032.932.700.200.610.017.021.811.8015028.728.85-0.15-0.520.039.080.73-0.0218029.128.290.812.780.139.490.27-0.2721027.829.78-1.98-7.120.428.550.09-0.0024032.432.070.331.021.056.920.030.0327036.434.761.644.512.005.150.010.0030036.837.27-0.47-1.282.963.600.00-0.0033039.638.900.701.773.372.380.00-0.0036038.039.35-1.35-3.552.951.510.000.00

Таким образом, все три размерных показателя оказались под одной конструкцией статистической закономерностью. При этом точность ширины водопроводящего слоя и радиуса от центра спила до его границы ниже, по сравнению с радиусом спила без коры, из-за отметки линии границы карандашом между сердцевинной частью спила и зоной проводки по стволу питательного раствора (более темный цвет), поднимающегося от корней к листве в кроне растущего дерева.

Относительная ширина водопроводящего слоя является безразмерным показателем, позволяющим не только оценивать экологическое состояние территории, но и сопоставлять разные деревья между собой по физиологическим процессам, протекающим в водопроводящем слое ствола дерева.

Фактические значения относительной ширины (табл.4) водопроводящего слоя вычисляются как отношение фактически измеренных значений ширины водопроводящего слоя (табл.3) к фактически измеренным значениям радиуса сечения ствола дерева без коры на спиле (табл. 1) по простой формуле

После идентификации биотехническим законом проф. П.М.Мазуркина была получена формула

k₀=0,27373,

в которой не оказалась, по сравнению с формулами (1), (2) и (3), последняя составляющая адаптации дерева к внешней среде.

В закономерности (5) присутствуют два закона нормального распределения (закона Гаусса). Первая из них показывает влияние холодных зимних ветров на рост относительной ширины водопроводящего слоя в сечении ствола дерева, а вторая - снижение этого же водопроводящего слоя из-за влияния теплых летних ветров.

Таблица 4Изменение относительной ширины водопроводящего слоя на спилеАзимут а, град.Факт Расчетные значения (5)Составляющие (5)k_BaеD, %R_холR_осв00.27400.2761-0.0021-0.770.00270.0004300.29010.28830.00180.620.01610.0016600.25180.2687-0.0169-6.710.00000.0050900.26420.26150.00271.020.00000.01231200.25520.25120.00401.570.00000.02251500.23960.2424-0.0028-1.170.00000.03131800.24720.24080.00642.590.00000.03292100.23720.2506-0.0134-5.650.00000.02622400.25820.25800.00020.080.00000.01572700.28200.26660.01545.460.00000.00723000.27420.27130.00291.060.00000.00253300.27690.27310.00381.370.00000.00063600.27400.27360.00040.150.00000.0001

Относительная ширина водопроводящего слоя показывает, что преобладающее влияние холодных зимних ветров происходит при азимуте 20,135 градус, а действие теплых летних ветров - при азимуте 170,372 градус. Этот факт в дальнейшем позволит исследовать взаимосвязи между метеорологическими параметрами климата с физиологическими показателями заболони ствола растущего дерева.

Эффективность нового способа проявляется в том, что он позволяет измерять группы годичных колец водопроводящего слоя на спилах модельных деревьев. Это позволяет расширить возможности испытания дерева за счет дополнительного учета влияния преобладающих ветров. А это одновременно повышает точность исследования пространства места произрастания изучаемого модельного дерева, а также оценить экологический режим в ретроспекции возраста до момента срубки модельного дерева.

Способ характеризуется тем, что на выпиленных кружках наносят отметки о северной стороне. На границе водопроводящего слоя древесины спила наносят линию, относительно которой от центра годичных слоев по отдельным радиальным направлениям измеряют радиус спила без коры и радиус до границы водопроводящего слоя. Ширину водопроводящего слоя вычисляют как разность радиусов без коры и радиусов до водопроводящего слоя по различным радиальным направлениям. По данным метеорологических наблюдений отмечают линии фронтов действия преобладающих холодных ветров в зимнее время и теплых ветров в летнее время. Относительную ширину водопроводящего слоя рассчитывают как отношение значений ширины водопроводящего слоя к радиусу спила без коры по соответствующим радиальным направлениям. После чего выявляют статистические закономерности изменения радиуса спила без коры и радиуса до границы водопроводящего слоя, ширины водопроводящего слоя древесины и относительной ширины водопроводящего слоя древесины спила. Такая технология позволит повысить точность определения характера изменения ширины водопроводящего слоя модельного дерева в зависимости от преобладающих ветров. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл.

1. Способ определения характера изменения ширины водопроводящего слоя на спиле дерева в зависимости от преобладающих ветров, характеризующийся тем, что на выпиленных кружках наносят отметки о северной стороне, на границе водопроводящего слоя древесины спила наносят линию, относительно которой от центра годичных слоев по отдельным радиальным направлениям измеряют радиус спила без коры и радиус до границы водопроводящего слоя, причем ширину водопроводящего слоя вычисляют как разность радиусов без коры и радиусов до водопроводящего слоя по различным радиальным направлениям, по данным метеорологических наблюдений отмечают линии фронтов действия преобладающих холодных ветров в зимнее время и теплых ветров в летнее время, после этого рассчитывают относительную ширину водопроводящего слоя как отношение значений ширины водопроводящего слоя к радиусу спила без коры по соответствующим радиальным направлениям с последующим выявлением статистических закономерностей изменения радиуса спила без коры и радиуса до границы водопроводящего слоя, ширины водопроводящего слоя древесины и относительной ширины водопроводящего слоя древесины спила.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что радиус спила без коры, радиус до границы водопроводящего слоя и ширину водопроводящего слоя 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 статистическим моделированием выявляют закономерности изменения радиуса спила без коры, радиуса до границы водопроводящего слоя древесины спила, а также ширины водопроводящего слоя по формуле:

где у_a - натуральный показатель (радиус без коры, радиус до границы водопроводящего слоя, ширины водопроводящего слоя), мм;

у₀ - начальное значение размерного показателя спила идеальной формы в поперечном сечении, которое было бы при росте и развитии модельного дерева без внешнего вмешательства человека и отсутствии влияния природных катастроф на территории места произрастания, мм;

у_хол - часть показателя, наращиваемая против действия холодных северных ветров, мм;

у_осв - часть показателя, потерянная деревом из-за действия теплых преобладающих ветров, мм;

у_прот - часть показателя, восстановленная усилиями дерева, как живого организма, волновой адаптацией к условиям среды обитания, мм;

α - азимут или угол, отсчитываемый относительно северного направления по часовой стрелке, градус;

А - половина амплитуды колебательной адаптации дерева в ходе всей жизни, мм;

р - половина периода колебательного возмущения модельного дерева в ходе роста и развития по периметру поперечного сечения ствола, градус;

- параметры статистической модели, получающие конкретные численные значения для конкретного модельного дерева;

a₁₁ - сдвиг начала колебательного движения сечения ствола от северного направления при знаке «+» вправо, а при знаке «-» влево от северного направления, радиан.

где - относительная ширина водопроводящего слоя (отношение ширины водопроводящего слоя к радиусу древесины спила без коры);

k₀ - начальное значение относительной ширины водопроводящего слоя на спиле идеальной круглой формы, которое было бы при росте и развитии модельного дерева без вмешательства человека и отсутствии влияния природных катастроф на территории места произрастания;

k_хол - часть относительной ширины водопроводящего слоя, наращиваемая против действия холодных северных ветров;

k_осв - часть относительной ширины водопроводящего слоя, потерянная деревом от действия теплых преобладающих ветров;

α - азимут или угол, отсчитываемый относительно северного направления по часовой стрелке, градус;

- азимут преобладающих холодных зимних ветров, градусы;

- азимут преобладающих теплых летних ветров, градусы;

_{- параметры статистической модели, получающие конкретные численные значения для конкретного модельного дерева.}