Способ анализа ветвей кроны дерева ели

Авторы патента:

Мазуркин Петр Матвеевич (RU)

Алексеева Наталия Сергеевна (RU)

G01N33/46 - древесины

Владельцы патента RU 2495417:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет (RU)

Изобретение относится к экологии и может быть использовано для измерения ветвей кроны дерева ели. Для этого проводят описание свойств выбранного учетного дерева и места его произрастания. Наносят на ствол отметки о южной стороне ели. Устанавливают местоположение шейки корня. Измеряют от шейки корня до верхушки терминального побега по мутовкам ветвей кроны. При этом расстояние между мутовками измеряют сверху вниз, принимая за начало верхнюю точку терминального побега ели. По измеренным расстояниям выявляют рост в высоту учетного дерева ели по биологическому возрасту, а также прирост в высоту учетного дерева ели. Дополнительно к измеренным параметрам ствола дерева ели измеряют терминальный побег в конце первого года ретроспективного возраста. Для экологического анализа выбирают по одной ветви из мутовки с южной стороны дерева. При этом высоты расположения оснований южных ветвей со всех мутовок учитываются сверху вниз от терминального побега до шейки корня и снизу вверх от корневой шейки до макушки терминального побега. Прирост ствола ели измеряют по серединам оснований учетных южных ветвей. Для анализа бокового развития и роста учетных южных ветвей измеряют радиус ветви перпендикулярно от вертикальной оси ствола до крайней веточки, параллельно вертикальной оси ствола ели измеряют высоту ветви от середины основания стебля ветви до крайней веточки в конце ветви, а между продольными осями ствола и ветви измеряют угол примыкания ветви к стволу дерева ели. Изобретение обеспечивает повышение комплексности анализа древесных стволов с кронами. 1 з.п. ф-лы, 10 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к прикладной экологии и экологической таксации растущих деревьев. Оно может быть использовано в природообустройстве и промышленной экологии, экологическом мониторинге территории с растущими на ней деревьями ели, защите и охране окружающей среды при выработке экологических мероприятий, путем анализа результатов измерений ветвей учетных деревьев ели в экологической оценке лесных, сельских и городских ландшафтов. Изобретение может также найти применение в лесном хозяйстве при оценке и мониторинге качества подроста по структуре кроны в ельниках и смешанных лесах с участием ели.

Преимущественно предлагаемый способ рекомендуется применять при анализе ветвей кроны у относительно молодых деревьев ели естественного происхождения или в культурных посадках, у которых для возможности проведения измерений высота не превышает двух метров, а нижняя мутовка ветвей около корневой шейки ствола ели не повержена высыханию хвои и превращению нижних ветвей в сучья.

Известен способ анализа древесного ствола по патенту 2201593, включающий измерение значений параметров выбранного дерева и места его произрастания, нанесение на ствол отметок о северной и южной сторонах, установление местоположения шейки корня, измерение расстояний на стволе от шейки корня до первого мертвого сучка и первой живой ветви до начала кроны, разметку ствола выполняют на секции некратной длины в зависимости от расположения оснований ветвей.

Недостатком является невозможность анализа ветвей кроны по результатам измерений от корневой шейки к вершине кроны по мутовкам ели. Этот недостаток не позволяет комплексно измерять, а затем и проводить анализ в камеральных условиях измеренных данных по отдельным ветвям кроны дерева ели. Кроме того, учет сучьев в виде мертвых ветвей у взрослых и старых деревьев не дает возможности точно определять возраст учетного дерева. При этом модельные деревья в предлагаемом техническом решении не рассматриваются.

Известен также способ анализа кроны у дерева ели по патенту №2376749, включающий описание значений свойств выбранного дерева и места его произрастания, нанесение на ствол отметок о южной и северной сторонах ели, установление местоположения шейки корня, измерения от шейки корня до верхушки терминального побега по мутовкам ветвей кроны, а для анализа кроны учетного дерева ели расстояния между мутовками измеряют сверху вниз, принимая за начало координат верхнюю точку терминального побега ели, по измеренным расстояниям статистическим моделированием выявляют рост в высоту учетного дерева ели по биологическому возрасту, а по измеренным сверху вниз расстояниям между мутовками от терминального побега ели до начала кроны с ветвями статистическим моделированием выявляют прирост в высоту учетного дерева ели.

Недостатком является отсутствие в прототипе параметров измерения и последующего анализа самих ветвей. Но в каждой мутовке находится много ветвей, поэтому для анализа по предлагаемому способу измеряются без физического разрушения дерева только ветви с южной стороны. Они к тому же наиболее изменчивы по значениям геометрических параметров.

Измерения с южной стороны известны. В испытаниях, например, по патенту №2194385, для экологического мониторинга берутся пробы с южной стороны учетного дерева ели, а для технологического мониторинга для целей выращивания высококачественной технической древесины ствола - с северной стороны.

Таким образом, объект измерения известен в виде ветвей из различных мутовок дерева ели с южной стороны растения, но прототип не позволяет измерять параметры самих ветвей ели.

Технический результат - повышение комплексности анализа древесных стволов с кронами и функциональное расширение применения способа анализа кроны ели на ветвях всех мутовок с южной стороны у растущего учетного дерева, а на основе результатов анализа ветвей кроны учетных деревьев ели с южной стороны оценка экологического качества окружающей лесной или иной среды.

Этот технический результат достигается тем, что способ анализа ветвей кроны дерева ели, включающий описание значений свойств выбранного учетного дерева и места его произрастания, нанесение на ствол отметки о южной стороне ели, установление местоположения шейки корня, измерения от шейки корня до верхушки терминального побега по мутовкам ветвей кроны, а расстояния между мутовками измеряют сверху вниз, принимая за начало координат верхнюю точку терминального побега ели, по измеренным расстояниям статистическим моделированием выявляют рост в высоту учетного дерева ели по биологическому возрасту, а по измеренным сверху вниз расстояниям между мутовками от терминального побега ели до начала кроны с ветвями статистическим моделированием выявляют прирост в высоту учетного дерева ели, отличающийся тем, что дополнительно к измеренным параметрам ствола дерева ели терминальному побегу присваивают нулевой ранг и первый год ретроспективного возраста, для экологического анализа выбирают южную стороны дерева ели, от каждой мутовки принимают по одной ветви, расположенную ближе к южному геодезическому направлению, при этом высоты расположения оснований южных ветвей со всех мутовок учитываются сверху вниз от терминального побега до шейки корня и снизу вверх от корневой шейки до макушки терминального побега, прирост ствола ели измеряют по серединам оснований учетных южных ветвей, а для анализа бокового развития и роста учетных южных ветвей измеряют радиус ветви перпендикулярно от вертикальной оси ствола до крайней веточки у каждой южной ветви, параллельно вертикальной оси ствола ели измеряют высоту ветви от середины основания стебля ветви до крайней веточки в конце ветви, а между продольными осями ствола и ветви измеряют угол примыкания ветви к стволу дерева ели.

Измерения выполняют после вегетационного периода в конце осени или начале зимы у терминального побега и крайних веточек учетных ветвей с южной стороны учетного дерева ели, причем терминальный побег принимается за одну общую для дерева ели ветвь с нулевым углом примыкания и нулевым радиусом ветви, а высота будет равна приросту терминального побега, причем биологический возраст учетной южной ветви принимается равным ретроспективному возрасту мутовки ели.

По измеренным значениям радиуса каждой южной ветви в зависимости от ретроспективного возраста статистическим моделированием выявляют биотехническую закономерность по формуле:

$R = a_{1} A_{p}^{a_{2}} + a_{3} A_{p}^{a_{4}} e x p (- a_{5} A_{p}^{a_{6}})$ ,

где R - радиус южной ветви перпендикулярно от вертикальной оси ствола до крайней веточки у каждой южной ветви, м;

А_р - ретроспективный возраст мутовки ели (по количеству мутовок, начиная от терминального побега), лет;

α₁…α₆ - параметры вышеприведенного двухчленного уравнения закономерности как суммы закона показательного роста и закона биотехнического возмущения в изменениях радиуса ветви, получающие конкретные значения после идентификации по данным измерений учетной ели.

По измеренным значениям высоты каждой южной ветви в зависимости от ретроспективного возраста статистическим моделированием выявляют биотехническую закономерность по формуле:

$h = a_{1} e x p (- a_{2} A_{p}^{a_{3}}) + a_{4} A_{p}^{a_{5}} e x p (- a_{6} A_{p}^{a_{7}})$ ,

где h - высота расположения южной ветви на каждой мутовке ели, от ее начала в месте примыкания к стволу до ее вершины, м;

А_р - ретроспективный возраст мутовки ели (по количеству мутовок, начиная от терминального побега), лет;

α₁…α₆ - параметры вышеприведенного двухчленного уравнения закономерности, в виде суммы закона экспоненциальной гибели и закона биотехнического возмущения, изменения высоты ветви, получающие конкретные значения после идентификации формулы по данным измерений учетной ели.

По измеренным значениям угла примыкания каждой южной ветви к стволу дерева ели в зависимости от ретроспективного возраста статистическим моделированием выявляют биотехническую закономерность по формуле:

$λ = a_{1} {(A_{p} - 1)}^{a_{2}} = a_{1} r^{a_{2}}$ ,

где λ - угол примыкания южной ветви в основании у каждой мутовки к стволу ели, град;

А_р - ретроспективный возраст мутовки ели (по количеству мутовок, начиная от терминального побега), лет;

r - ранг мутовки, r=0 для терминального побега;

α₁, α₆ - параметры вышеприведенной закономерности изменения угла примыкания по показательному закону.

Сущность технического решения заключается в том, что расстояния между мутовками, показывающие прирост ствола ели в высоту, измеряются сверху вниз и тем самым ось абсцисс начинается расстояние вдоль ствола с макушки терминального побега, а осью ординат становятся геометрические параметры ветви.

Сущность заключается также в том, что у молодой ели с биологическим возрастом менее 30 лет номер мутовки совпадает с ее возрастом, поэтому ранг мутовки начинается с нуля, отмечаемого на макушке терминального побега ели. При этом возраст мутовки позволяет заглянуть вглубь истории роста и развития самой ели до того времени, которое соответствует самой нижней мутовке на стволе дерева. А такой мутовкой является последняя группа живых ветвей на стволе молодой ели.

Сущность заключается также и в том, что ретроспектива по простым и наглядным измерениям роста и прироста ели по основаниям южной ветви в каждой мутовке, позволяет идентифицировать с помощью выявленных статистических закономерностей волновые процессы прошлого поведения организма отдельной южной ветви в каждой мутовке в жизни изучаемого дерева ели. Этот вид деревьев легко адаптируется и в городской среде, являясь устойчивым растением в озеленении различных культурных и ландшафтов, парков, аллей и декоративных посадок. Поэтому волновые возмущения в приросте по мутовкам с южной стороны ели и геометрическим параметрам ветвей показывают адаптацию данной ели и ее отдельных южных ветвей к окружающей среде. Большое множество таким образом измеренных деревьев ели позволит выделить закономерности устойчивого роста и развития также и лесных деревьев ели.

Сущность заключается также и в том, что радиус выбега последней веточки южной ветви в отдельно взятой мутовке показывает особенности условий произрастания этой ветви на стволе материнского дерева ели. При этом угол примыкания дает характеристику образования почек с южной стороны ели в те или иные года роста и развития учетного дерева ели, а высота ветви от ее основания к стволу до отдаленной веточки показывает гибкость и прочность ветви. В целом радиус R ветви, угол λ ее примыкания к стволу и высота h ветви вдоль оси вертикально стоящего ствола показывают экологическое и одновременно физиологическое качество измеряемой ветви с южной стороны данной мутовки дерева ели.

Положительный эффект заключается в том, что выявление статистических закономерностей роста деревьев ели позволит управлять окружающей экологической средой, например, в городе или сельской местности, а также лесными плантациями ели, выращивая здоровые и рослые ельники, а также определять экологические пределы выносливости этих подвидов еловых растений. Кроме того, положительный эффект заключается и в том, что измерения можно проводить на учетных деревьях, не проводя рубки модельных деревьев, вообще отказавшись от последних в лесной таксации ельников и отдельных деревьев ели. Предлагаемый способ не предполагает физических разрушающих воздействий на изучаемые учетные деревья ели.

Существенной новизной дополнительно к прототипу является измерение трех параметров ветви дерева ели:

- радиус южной ветви перпендикулярно от вертикальной оси ствола до крайней веточки у каждой южной ветви, м;

- высота расположения южной ветви на каждой мутовке ели, от ее начала в месте примыкания к стволу до ее вершины, м;

- угол примыкания южной ветви в основании у каждой мутовки к стволу ели, град.

Кроме того, новизной обладают четыре шкалы измерения параметров мутовок по южным ветвям дерева ели:

1) r - ранг мутовки, r=0 для терминального побега;

2) A_p - ретроспективный возраст мутовки ели (по количеству мутовок, начиная от терминального побега, поэтому A_p=r+1), лет;

3) $H_{↑}$ - высота мутовки и ее южной ветви по стволу ели от корневой шейки, м;

4) $H_{↓}$ - высота мутовки и ее южной ветви по стволу ели от макушки терминального побега дерева ели, м.

В связи с этим предлагаемое техническое решение обладает существенными признаками новизны, простотой реализации в производственных условиях, положительным эффектом в инженерной экологии и экологическом мониторинге территории свойствами произрастающих деревьев ели.

Из научно-технической и патентной литературы материалов, порочащих новизну предлагаемого способа, не обнаружено.

На фиг.1 показано схема расположения учетной ели в городской среде (ель изображена в виде кружка в прямоугольнике); на фиг.2 изображена учетная ель, у которой справа находится южная сторона; на фиг.3 показана расчетная схема расположения учетной ветви на стволе дерева ели с обозначениями измеряемых параметров; на фиг.4 приведен график (коэффициент корреляции 0,9995) влияния ретроспективного возраста на высоту мутовки от корневой шейки; на фиг.5 - то же на фиг.4 график (коэффициент корреляции 0,9979) на высоту мутовки и ее южной ветви по стволу ели от макушки ели; на фиг.6 - то же на фиг.4 график (коэффициент корреляции 0,7211) на прирост ствола ели по мутовкам, причем прирост не зависит от направления измерения высоты мутовки; на фиг.7 показан график (коэффициент корреляции 0,7943) влияния высоты мутовки над корневой шейкой ствола на изменение прироста ствола по высоте; на фиг.8 - то же на фиг.4 график (коэффициент корреляции 0,9608) на радиус южной ветви мутовки от продольной оси ствола ели; на фиг.9 - то же на фиг.4 график (коэффициент корреляции 0,8461) на высоту расположения южной ветви на каждой мутовке ели, от ее начала в месте примыкания к стволу до вершины с последней веточкой; на фиг.10 показан график (коэффициент корреляции 0,9460) влияния ранга мутовки ели на угол примыкания в основании южной ветви мутовки к стволу ели.

Способ анализа ветвей кроны дерева ели, например, ели до 30-летнего возраста и двухметровой высоты, включает такие действия.

На какой-то территории выбирается учетное дерево ели.

Далее составляют описание значений свойств выбранного учетного дерева и места его произрастания, нанесение на ствол отметки о южной стороне ели, установление местоположения шейки корня. Измерения вдоль ствола выполняют от шейки корня до верхушки терминального побега по мутовкам ветвей кроны. Расстояния между мутовками измеряют сверху вниз, принимая за начало координат верхнюю точку терминального побега ели, затем по измеренным расстояниям статистическим моделированием выявляют рост в высоту учетного дерева ели по биологическому возрасту, а по измеренным сверху вниз расстояниям между мутовками от терминального побега ели до начала кроны с ветвями статистическим моделированием выявляют прирост в высоту учетного дерева ели

Дополнительно к измеренным по прототипу параметрам ствола дерева ели терминальному побегу присваивают нулевой ранг и первый год ретроспективного возраста, для экологического анализа выбирают южную стороны дерева ели, от каждой мутовки принимают по одной ветви, расположенную ближе к южному геодезическому направлению, при этом высоты расположения оснований южных ветвей со всех мутовок учитываются сверху вниз от терминального побега до шейки корня и снизу вверх от корневой шейки до макушки терминального побега, прирост ствола ели измеряют по серединам оснований учетных южных ветвей, а для анализа бокового развития и роста учетных южных ветвей измеряют радиус ветви перпендикулярно от вертикальной оси ствола до крайней веточки у каждой южной ветви, параллельно вертикальной оси ствола ели измеряют высоту ветви от середины основания стебля ветви до крайней веточки в конце ветви, а между продольными осями ствола и ветви измеряют угол примыкания ветви к стволу дерева ели.

$R = a_{1} A_{p}^{a_{2}} + a_{3} A_{p}^{a_{4}} e x p (- a_{5} A_{p}^{a_{6}})$ ,

A_p - ретроспективный возраст мутовки ели (по количеству мутовок, начиная от терминального побега), лет;

$h = a_{1} e x p (- a_{2} A_{p}^{a_{3}}) + a_{4} A_{p}^{a_{5}} e x p (- a_{6} A_{p}^{a_{7}})$ ,

А_р - ретроспективный возраст мутовки ели (по количеству мутовок, начиная от терминального побега), лет;

α₁…α₇ - параметры вышеприведенного двухчленного уравнения закономерности, в виде суммы закона экспоненциальной гибели и закона биотехнического возмущения, изменения высоты ветви, получающие конкретные значения после идентификации формулы по данным измерений учетной ели.

$λ = a_{1} {(A_{p} - 1)}^{a_{2}} = a_{1} r^{a_{2}}$ ,

где λ - угол примыкания южной ветви в основании мутовки к стволу ели, град;

A_p - ретроспективный возраст мутовки ели (по количеству мутовок, начиная от терминального побега), лет;

r - ранг мутовки, r=0 для терминального побега;

α₁…α₆ - параметры вышеприведенной закономерности изменения угла примыкания по показательному закону.

Способ анализа ветвей дерева ели реализуется, например, по результатам измерений молодой ели высотой 1,21 м, растущей в городской среде, следующим образом.

На участке территории городской среды для ее экологической оценки выбирается учетное дерево ели.

Визуально далее составляют описание значений свойств выбранного учетного дерева и места его произрастания, наносят с помощью компаса на ствол отметки о южной стороне ели, устанавливают местоположения шейки корня. Измерения вдоль ствола выполняют от шейки корня до верхушки терминального побега по мутовкам ветвей кроны, а расстояния между мутовками измеряют сверху вниз. При этом за начало координат принимают верхнюю точку терминального побега ели. Затем в камеральных условиях по измеренным расстояниям статистическим моделированием выявляют рост в высоту учетного дерева ели по биологическому возрасту, а по измеренным сверху вниз расстояниям между мутовками от терминального побега ели до начала кроны с ветвями статистическим моделированием выявляют прирост в высоту учетного дерева ели

$R = a_{1} A_{p}^{a_{2}} + a_{3} A_{p}^{a_{4}} e x p (- a_{5} A_{p}^{a_{6}})$ ,

A_p - ретроспективный возраст мутовки ели (по количеству мутовок, начиная от терминального побега), лет;

$h = a_{1} e x p (- a_{2} A_{p}^{a_{3}}) + a_{4} A_{p}^{a_{5}} e x p (- a_{6} A_{p}^{a_{7}})$ ,

А_р - ретроспективный возраст мутовки ели (по количеству мутовок, начиная от терминального побега), лет;

$λ = a_{1} {(A_{p} - 1)}^{a_{2}} = a_{1} r^{a_{2}}$ ,

где λ - угол примыкания южной ветви в основании мутовки к стволу ели, град;

A_p - ретроспективный возраст мутовки ели (по количеству мутовок, начиная от терминального побега), лет;

r - ранг мутовки, r=0 для терминального побега;

α₁, α₁ - параметры вышеприведенной закономерности изменения угла примыкания по показательному закону.

Пример. Объект исследования находиться в городе Йошкар-Ола, рядом со зданием гостиницы «Турист» с одной стороны и автодорогой по улице Карла Маркса - с другой, а с западной стороны площадки расположена автомобильная стоянка (фиг.1).

Принимается условие проведения измерений осенью, в конце вегетационного периода веточек ели.

Для проведения эксперимента было выбрано одно учетное дерево ели европейской (фиг.2), растущее на территории городской местности. Деревце расположено около зданий. Расстояние от автомобильной дороги более 50 м. Причем движение автомобильного транспорта на данной дороге, характеризуется как интенсивное. Кроме того, дерево ели отбирали так, чтобы высота дерева была не более 2,0 м.

Состояние ели на период измерений (октябрь 2010 г.) нормальное, она обладает обильным покровом хвои с мутовчатым ветвлением, хвоинки темно-зеленого цвета, игловидные и колючие. Из всего визуального наблюдения можно сделать вывод, что учетная ель находится в хорошем физиологическом состоянии, несмотря на расположение в городской среде.

Учетная ель имеет биологический возраст 18 лет и 17 мутовок от терминального побега (нулевой ранг и годичный возраст). В таблице 1 приведены результаты измерений южных ветвей с каждой мутовки.

В данных таблицы 1 приведены следующие условные обозначения параметров ствола и южных ветвей учетной ели:

r - ранг мутовки, r=0 для терминального побега;

A_p - ретроспективный возраст мутовки ели (по количеству мутовок, начиная от терминального побега), лет;

$H_{↑}$ - высота мутовки и ее южной ветви по стволу ели от корневой шейки (фиг.3), м;

$H_{↓}$ - высота мутовки и ее южной ветви по стволу ели от макушки терминального побега дерева ели (фиг.3), м;

Z_H - прирост ствола ели по мутовкам (фиг.3), м;

R - радиус южной ветви мутовки от продольной оси ствола ели (фиг.3), м;

h - высота расположения южной ветви на каждой мутовке ели, от ее начала в месте примыкания к стволу до ее вершины (фиг.3), м;

λ - угол примыкания в основании южной ветви мутовки к стволу ели (фиг.3), град;

Таблица 1
Динамика распределения параметров ветвей с южной стороны ели
Ранг r	Возраст мутовки А_р, лет	Высота мутовки, м	Прирост ствола по мутовкам Z_H, м	Боковое развитие южной ветви
от корневой шейки ствола $H_{↑}$	от макушки дерева ели $H_{↓}$	радиус ветви R, м	высота ветви h, м	угол примыкания λ, град
0	1	1.21	0.05	0.05	0	0.050	0
1	2	1.16	0.12	0.07	0.18	0.093	45
2	3	1.09	0.15	0.03	0.63	0.025	63
3	4	1.06	0.23	0.08	0.09	0.047	54
4	5	0.98	0.31	0.08	0.05	0.044	60
5	6	0.90	0.36	0.05	0.04	0.019	70
6	7	0.85	0.41	0.05	0.22	0.090	75
7	8	0.80	0.46	0.05	0.19	0.092	95
8	9	0.75	0.53	0.07	0.26	0.235	60
9	10	0.68	0.59	0.06	0.25	0.080	74
10	11	0.62	0.65	0.06	0.24	0.082	80
11	12	0.56	0.71	0.06	0.21	0.064	87
12	13	0.50	0.77	0.06	0.29	0.050	85
13	14	0.44	0.85	0.08	0.28	0.020	97
14	15	0.36	0.92	0.07	0.31	0.018	105
15	16	0.29	1.00	0.08	0.37	0.010	107
16	17	0.21	1.09	0.09	0.42	0.014	109
17	18	0.12	1.21	0.12	0.52	0.013	110

Ретроспективный возраст принимается за объясняющую переменную, относительно которой выявляются биотехнические закономерности других параметров как зависимых показателей структуры и строения южной стороны дерева ели. Влияние ретроспективного возраста четко проявляется.

На высоту мутовки от корневой шейки (фиг.4) H_↑ время A_p оказывает влияние по двухчленной формуле вида

$\begin{array}{l} H_{↑} = 1, 28144 e x p (- 4, 13828 \cdot 1 0^{- 5} A_{p}^{3, 06769}) - \\ - 0, 066726 A_{p}^{0, 98564} e x p (- 0, 018364 A_{p}^{1, 00766}) . \begin{matrix} \end{matrix} (1) \end{array}$

Первая составляющая математической модели (1) является законом экспоненциальной гибели и характеризует спад с годами высоты дерева. Перед второй составляющей, по конструкции являющейся биотехническим законом проф. П.М. Мазуркина, имеется отрицательный знак. Поэтому вторая составляющая формулы (1) показывает кризис в поведении организма растения по мере углубления в прошлое. Этот кризис был преодолен и дальше, если не будет сильного антропогенного воздействия, учетная ель должна произрастать спокойно. При высокоточных измерениях линейных параметров (вместо погрешности измерений ±0,5 см добиться ±0,1 см) дополнительно к модели (1) получаются волновые изменения параметров дерева ели в виде ее адаптации колебательным возмущением ветвей.

На высоту мутовки от макушки терминального побега ели (фиг.5) в виде показателя Н, ретроспективное возраста оказывает влияние по формуле простого закона показательного роста

$H_{↓} = 0, 045621 A_{p}^{1, 11701} . \begin{matrix} \end{matrix} (2)$

Интенсивность роста 1,11701 показывает ускоряющееся увеличение высоты ели по мутовкам по мере приближения к корневой шейке ствола.

Далее прирост у ствола ели по мутовкам рассмотрим три раза как функции Z_H=f{A_p), $Z_{Н} = f (H_{↑})$ и $Z_{Н} = f (H_{↓}) .$ Причем прирост стола не зависит от направления измерения высоты мутовки.

Прирост ствола от ретроспективного возраста (фиг.6) имеет вид:

$Z_{H} = 0, 052972 e x p (0, 00074382 A_{p}^{2, 31359}) . \begin{matrix} \end{matrix} (3)$

Разброс точек показывает, что наибольший прирост был у последней мутовки, находящейся около поверхности почвы, затем сильное колебание прироста ствола произошел 2-6 лет назад. Сопоставив с событиями антропогенного воздействия (был ремонт зданий и строительство автостоянки) вполне уверенно можно оценивать через изменчивость волнового возмущения в приросте ствола экологический режим окружающей учетную ель городскую среду. Хотя строители и берегли ель, не разрушая ее, но растению пришлось сильно поволноваться в развитии и росте.

Прирост ствола от высоты над шейкой корня получил (фиг.7) замечательную двухчленную закономерность:

$Z_{H} = 0, 21680 e x p (- 5, 39642 H_{↑}^{0, 68980}) + 0, 057420 . \begin{matrix} \end{matrix} (4)$

По мере роста общей высоты дерева ели с годами прирост ствола стабилизируется, а шкала высоты от корневой шейки ствола лучше показывает динамику прироста всего организма древесного растения.

Замечательное свойство формулы (4) состоит в том, что по аналогичной закономерности (4) происходят процессы естественной сушки хвоинок, древесины, а также и других видов растений, например травы.

Модель (4) показывает, что, если не будет изменений в экологической обстановке вокруг ели, то в среднем ежегодный прирост по высоте будет равным 0,05742 м. можно дать прогноз, что высоты в 10 м учетная ель достигнет ориентировочно через (10-1,21)/0,05742≈153 года, то есть к 2010+153=2163 году. Таким образом, городская среда и отсутствие поддержки семейства (биогруппы) вместе произрастающих деревьев ели сильно задерживают развитие и рост учетной дерева ели.

Коэффициент корреляции 0,7943 относится к группе сильных факторных связей, поэтому поведение данной ели прогнозируется адекватно.

Но из распределения на конце графика (фиг.7) видно сильное колебательное возмущение прироста на верхушке дерева ели. Поэтому прогнозы развития и роста растения всегда условны, так как колебательное возмущение может в любой момент времени будущего возникнуть по любому нежелательному для растения воздействию, в том числе и из-за болезней.

Прирост ствола в зависимости от высоты с макушки ели дал составную формулу с корреляции 0,8015 вида:

$Z_{H} = 0, 062735 H_{↓}^{0, 051216} + 0, 016877 H_{↑}^{6, 29805} . \begin{matrix} \end{matrix} (5)$

Адекватность этой формулы (5) даже выше по сравнению с моделью (4) по привычному представлению высоты до мутовки дерева ели. Поэтому анализ такой закономерности (5) может привести к новым научно-техническим решениям, в том числе и патентоспособным.

Далее продолжим анализ влияния ретроспективного возраста на параметры ветвей с южной стороны учетного дерева ели.

Радиус южной ветви мутовки от продольной оси ствола ели (фиг.8) дает сверхсильную факторную связь с коэффициентом корреляции 0,9608 (что выше требований 0,95 даже в технических экспериментах) по формуле:

$R = 0, 011485 A_{p}^{1, 26940} + 1, 01091 A_{p}^{38, 88305} e x p (- 14, 42219 A_{p}) . \begin{matrix} \end{matrix} (6)$

Первая составляющая в виде показательного закона роста дает представление о том, что ветви зарождаются в виде почек уже на терминальной побеге и с увеличением ретроспективного возраста выбег ветвей нарастает.

Но пределом показательного роста является поверхность почвы.

Поэтому, при благоприятных экологических условиях, некоторые ветви стремительно вырастают вбок от ствола дерева. Как известно, ветви являются обособленными организмами, н без корней и питаются соками матери. Это физическое явлении ей показывает вторая составляющая формулы (6). На графике (фиг.8) четко видно это стрессовое возбуждение.

Высота расположения южной ветви на каждой мутовке ели (фиг.9), от ее начала в месте примыкания к стволу до ее вершины, дает формулу:

$\begin{array}{l} h = 0, 085904 e x p (- 0, 30539 A_{p}^{0, 58595}) + \\ + 2, 42948 \cdot 1 0^{- 22} A_{p}^{35, 20198} e x p (- 2, 14601 A_{p}^{1, 19359}) . \begin{matrix} \end{matrix} (7) \end{array}$

В этой биотехнической закономерности (7) проявляется в основном влияние собственного веса ветви на изгиб ее стебля, то есть чем больше эта высота расположения ветви, тем «увереннее» она растет вбок дерева и она, по-видимому, прочнее и имеют большую гибкость.

Первая составляющая по закону экспоненциальной гибели показывает спад высоты ветви от ее основания до верхушки в виде годичной веточки последнего вегетационного периода до измерений в октябре.

В период 6-13 лет в прошлом произошло стрессовое возбуждение высоты ветви. И с 14 лет прошлого времени снова идет (фиг.9) спокойное снижение высоты ветви учетного дерева ели.

Угол примыкания в основании южной ветви мутовки (фиг.10) к стволу ели определяется простым показательным законом вида:

$λ = 40, 28690 (A_{p} - 1) 0, 33757 = 40 б 28690 r^{0, 33757} . \begin{matrix} \end{matrix} (8)$

Влияние не ретроспективного возраста, а ранга мутовки r=А_р-1, гораздо оказалось точнее (коэффициент корреляции 0,9460 и близко к адекватности технических экспериментов). Ранг мутовки по данным таблицы 1 показывает, что сильный и здоровый терминальный побег дает нулевой угол примыкания - строго по вектору гравитации к центру Земли (вертикальной оси в данной точке произрастания ели).

Этот факт давно известен: если терминальный побег не вертикален и не прямой, то дерево ели заболело.

Сравнение показывает, что простейшими по конструкции из всех восьми моделей являются формулы (2) и (8) по показательному закону. Поэтому школьникам в экологических лагерях и школьных лесничествах можно рекомендовать проводить измерения параметров r, A_p, $H_{↓}$ и λ.

Предлагаемое техническое решение обладает перспективой дальнейшего расширения областей применения ландшафтной экологии с растущими на территории лесных, агроэкологических, сельских и городских территорий деревьев ели без их разрушения, в растущем состоянии. При этом повторные измерения учетных деревьев ели позволят наладить долгосрочный мониторинг окружающей эти учетные деревья ели окружающую городскую или иную среду.

Эффективность нового способа проявляется в том, что он позволяет анализировать только южные ветви учетного дерева ели и это значительно снижает трудоемкость измерений. Наибольший эффект будет достигнут многократными измерениями ветвей у мутовок ели на учетных деревьях, расположенных в различных условиях загрязнения на территории мест произрастания деревьев ели. Ежегодные измерения дадут возможность изучать поведение учетной ели и проводить экологический мониторинг.

1. Способ измерения ветвей кроны дерева ели, включающий описание значений свойств выбранного учетного дерева и места его произрастания, нанесение на ствол отметки о южной стороне ели, установление местоположения шейки корня, измерения от шейки корня до верхушки терминального побега по мутовкам ветвей кроны, а расстояния между мутовками измеряют сверху вниз, принимая за начало координат верхнюю точку терминального побега ели, по измеренным расстояниям статистическим моделированием выявляют рост в высоту учетного дерева ели по биологическому возрасту, а по измеренным сверху вниз расстояниям между мутовками от терминального побега ели до начала кроны с ветвями статистическим моделированием выявляют прирост в высоту учетного дерева ели, отличающийся тем, что дополнительно к измеренным параметрам ствола дерева ели измеряют терминальный побег в конце первого года ретроспективного возраста, для экологического анализа выбирают южную сторону дерева ели, от каждой мутовки принимают по одной ветви, расположенной ближе к южному геодезическому направлению, при этом высоты расположения оснований южных ветвей со всех мутовок учитываются сверху вниз от терминального побега до шейки корня и снизу вверх от корневой шейки до макушки терминального побега, прирост ствола ели измеряют по серединам оснований учетных южных ветвей, а для анализа бокового развития и роста учетных южных ветвей измеряют радиус ветви перпендикулярно от вертикальной оси ствола до крайней веточки у каждой южной ветви, параллельно вертикальной оси ствола ели измеряют высоту ветви от середины основания стебля ветви до крайней веточки в конце ветви, а между продольными осями ствола и ветви измеряют угол примыкания ветви к стволу дерева ели.

2. Способ измерения ветвей кроны дерева ели по п.1, отличающийся тем, что измерения параметров выполняют после вегетационного периода в конце осени или начале зимы у терминального побега и крайних веточек учетных ветвей с южной стороны учетного дерева ели, причем терминальный побег принимается за одну общую для дерева ели ветвь с нулевым углом примыкания и нулевым радиусом ветви, а высота будет равна приросту терминального побега, причем биологический возраст учетной южной ветви принимается равным ретроспективному возрасту мутовки ели.

Способ определения химической безопасности древесного композиционного материала // 2492476

Изобретение относится к производству древесных композиционных материалов (ДКМ) и может быть использовано при определении их химической безопасности. .

Способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек // 2489717

Изобретение относится к лесной промышленности и может быть использовано для анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек. .

Способ моделирования реконструктивного отображения годичных слоев в объеме и на разрезах круглого лесоматериала // 2487352

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к производству плоских пластинчатых материалов, таких как пиломатериалы и строганый шпон, получаемых путем продольного раскроя круглых лесоматериалов.

Способ микрофотометрических исследований годичных колец древесины // 2477473

Изобретение относится к технике выявления и измерения морфологической неоднородности (структура) древесины внутри отдельных годичных колец. .

Способ испытания растительного покрова на участках трассы продуктопровода // 2473898

Изобретение относится к экологическому и технологическому мониторингу ландшафтов вдоль трасс продуктопроводов различных типов, в частности нефте- и газопроводов, а также линий электропередачи и связи, с травяной и древесной растительностью, растущей в промежутках времени между расчистками трассы.

Способ определения содержания свободного ацетона в клееных древесных материалах на основе фурановой смолы // 2470296

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано при анализе токсичности клееных древесных материалов. .

Способ диагностирования состояния сорбента // 2459204

Изобретение относится к неорганической химии и, в частности, к технологиям диагностирования материалов химической и атомной промышленности. .

Способ испытания древесных материалов на горючесть // 2449272

Изобретение относится к лесопользованию и рационализации пользования древесными ресурсами и отходами от переработки древесного сырья в условиях промышленных предприятий и различных типов котельных, работающих на древесном топливе.

Способ ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню // 2439561

Изобретение относится к области диагностики резонансных свойств древесины у молодых деревьев в возрасте подроста и старше и может быть использовано в плантационном лесовыращивании в целях получения качественного материала с предсказуемыми техническими характеристиками для изготовления музыкальных инструментов.

Способ измерения комля древесного растения // 2495418

Изобретение относится к экологии и может быть использовано для измерения комля древесного растения. Для этого проводят выбор пробной площади, отбор дерева на пробной площади, описание свойств выбранного дерева и места его произрастания. Устанавливают местоположение шейки корня, измеряют диаметр ствола от шейки корня на стандартной высоте 1,3 м. При этом, отбор выполняют по всем видам и размерам древесных растений, измерения диаметра ствола каждого древесного растения выполняют без его разрушения. За комель древесного растения принимают участок ствола от корневой шейки до расчетной высоты с учетом доверительного интервала, границы которого вычисляются по формулам: h D min = 1 ,3(1 − exp( − 0 ,064732D 1 ,12520 )) ; h D max = 1 ,4(1 − exp( − 0 ,35284D 0 ,72414 )) где D - диаметр ствола древесного растения на измеряемой высоте, см, h D min - нижняя граница минимальных значений измеряемой от корневой шейки высоты, м, h D max - верхняя граница минимальных значении измеряемой от корневой шейки высоты, м. Изобретение обеспечивает повышение точности анализа ствола в комлевой части у любых типоразмеров древесных растений, произрастающих на пробной площади. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 6 табл., 1 пр.

Способ и устройство для измерения содержания влаги в биологическом материале // 2519066

Группа изобретений касается способа измерения содержания влаги в биологическом материале. Для этого предоставляют справочную базу данных для множества различных типов материалов с известным содержанием влаги. Затем образец биологического материала, такого как древесная стружка (тонкие кусочки), сканируют с использованием электромагнитного излучения по меньшей мере на двух различных энергетических уровнях рентгеновского излучения. Определяют величину излучения, пропущенного через образец биологического материала, на указанных двух энергетических уровнях. Идентифицируют тип материала в указанной справочной базе данных, наиболее схожий с биологическим материалом образца. Определяют содержание влаги в указанном образце биологического материала. Также предложено устройство для измерения содержания влаги в биологическом материале. Группа изобретений обеспечивает оценку содержания влаги в биологическом материале в автоматизированной процедуре. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ сравнительного испытания древесины // 2522862

Изобретение относится к лесной, деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано при сертификации древесины на корню в условиях лесного хозяйства и лесозаготовок, а также при сертификации древесины круглых и пиленых древесных материалов в условиях переработки древесного сырья и механической обработки древесины. Cпособ осуществляют введением сравнительных испытаний, хотя бы на одной технологической операции механической обработки древесины, между ультразвуковым испытанием на кернах и хотя бы одним стандартизированным способом испытания на стандартных образцах, например, на прочность древесины на образцах размерами 20×20×30 мм, затем определение значений переходного коэффициента от акустических показателей кернов, извлеченных из растущего дерева или круглых и пиленых лесоматериалов, находящихся в штабеле, к прочности древесины на стандартны, образцах, изготовленных из этих же древесных заготовок, а затем применение полученных значений переходного коэффициента на весь объем партии древесины, заготовленной с одной лесосеки или лесного участка. После взятия кернов изготовляют стандартные образцы, их измеряют ультразвуковым прибором, затем стандартные образцы испытывают на механические показатели древесины, а по результатам испытаний рассчитывают переходные коэффициенты между ультразвуковыми показателями кернов и стандартных образцов, а также переходные коэффициенты между ультразвуковыми показателями кернов и механическими показателями стандартных образцов. Достигается повышение надежности испытаний и расширение функциональных возможностей. 1 н.п., 2 з.п. формулы,1 прим., 3 ил.

Устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню // 2523033

(57) Изобретение относится к области лесной промышленности и предназначено для раннего выявления резонансных свойств древесины на корню. Образец зафиксирован с усилием затяжки 1,0 Нм через ленту из резины общего назначения твердостью в пределах 50-60 условных единиц, проложенную в зоне контактов кулачков зажима, с техническим зазором 1,0 между концами ленты 1,0-2,0 мм. Заявленный способ позволяет быстро и точно определить резонансные свойства древесины. 4 ил., 2 табл., 1 пр.

Способ ультразвукового испытания технической древесины // 2526648

Изобретение относится к способу ультразвукового испытания технической древесины в виде чураков, например специальных сортиментов в виде резонансных чураков, и может быть использовано при сертификации древесины в условиях лесозаготовок, лесного хозяйства и деревообработки при контроле качества чураков при различных условиях их хранения, а также в инженерной экологии при оценке экологического качества территории по значениям скорости ультразвука древесины чураков, заготовленных на данной территории. Способ включает хранение технической древесины в виде чураков с естественной сушкой в штабелях до достижения устойчивой влажности, нанесение на торцы чурака радиальных линий с метками, установление датчиков ультразвукового прибора относительно меток на торцы, измерение ультразвуковых параметров древесины вдоль чурака по меткам. Непосредственно в штабеле на торцы испытуемого чурака дополнительно к радиальным линиям с метками наносят по две линии в виде концентрических окружностей, отмечающие присердцевинную, спелодревесную и заболонную зоны. Относительно примерно симметричных меток на торцах чурака устанавливают датчики ультразвукового прибора. После проведения измерений выявляют закономерности изменения ультразвуковых параметров древесины вдоль чурака. Способ обеспечивает упрощение процесса и снижение трудоемкости ультразвукового испытания и сертификации технической древесины в виде чураков и короткомерных спецсортиментов в штабеле, а также расширение функциональных возможностей метода ультразвукового испытания на заболонной и спелодревесной зонах сечения круглых лесоматериалов. 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл., 1 пр.

Способ анализа относительного сбега комбля березы на склоне оврага // 2529058

Изобретение относится к дендрометрии при изучении относительного сбега комля в ходе роста и развития деревьев, преимущественно берез, и может быть использовано при фитоиндикации качества территорий и разработке мероприятий по защите земельных участков от водной эрозии, а также в дендроэкологическом мониторинге за развитием овражной сети с учетом изменений относительной формы комля растущих березовых деревьев. Способ анализа относительного сбега комля в ходе роста и развития березы, произрастающей на склоне оврага, характеризуется тем, что поперек оврага выбирают пробную площадь с деревьями, затем выбирают на пробной площади учетные деревья, измеряют высоту кроны и полную высоту учетных деревьев. У каждого учетного дерева на стандартной высоте 1,3 м измеряют диаметр и одновременно периметр поперечного сечения ствола. Комель дерева принимают в виде симметричной геометрической фигуры, расположенной вдоль вертикальной оси ствола учетного дерева. Высоту комля у каждого учетного дерева измеряют от поперечного сечения комля на корневой шейке до точки пересечения вертикальной оси с поверхностью почвы. Затем от этой точки до периферии комля на нижней стороне по склону измеряют полупериметр нижнего поперечного сечения комля. После этого с учетом местного угла склона у каждого учетного дерева дополнительно измеряют максимальную высоту комля от корневой шейки ствола до поверхности почвы на нижней стороне по склону у комля. По множеству измеренных берез выполняют расчеты относительных показателей в виде коэффициента формы поперечного сечения ствола дерева на стандартной высоте 1,3 м, относительного сбега поперечного сечения ствола дерева от корневой шейки до стандартной высоты 1,3 м, относительного сбега комля дерева от сечения на высоте комля до стандартной высоты над корневой шейкой дерева. Затем статистическим моделированием выявляют связь между параметрами относительного сбега комля берез, произрастающих на склоне оврага, относительно поперечного сечения на стандартной высоте и угла склона. Способ обеспечивает расширение функциональных возможностей анализа по относительному сбегу комлевой части деревьев, произрастающих на склоне оврага или холма, а также повышение точности измерений березы ниже корневой шейки, начиная от стандартной высоты ствола в 1,3 м над корневой шейкой дерева до поверхности склона оврага или холма. 5 з.п. ф-лы, 12 ил., 11 табл., 1 пр.

Способ анализа формы комля дерева // 2529167

Изобретение относится к дендрометрии при изучении роста и развития комля деревьев, преимущественно берез, и может быть использовано при фитоиндикации территорий и разработке мероприятий по защите земельных участков от водной эрозии, экологических и климатических технологий, а также в дендроэкологическом мониторинге за развитием овражной сети и рационализации землепользования с учетом изменений формы комля растущих, в частности, березовых деревьев. Cпособ включает выбор пробной площади с учетными деревьями, измерение высоты кроны и полной высоты всех учетных деревьев. Форму комля как симметричную геометрическую фигуру учитывают от поперечного сечения комля на пересечении с поверхность почвы до стандартной высоты 1,3 м. Проводят измерения периметров комля не менее чем в трех поперечных сечениях комля каждого учетного дерева ниже корневой шейки ствола, а по измеренным данным, дополнительно с учетом периметров корневой шейки и сечения ствола на стандартной высоте 1,3 м, выявляют математическую закономерность симметричной формы комля по единой общей формуле. По параметрам выявленной единой математической закономерности формы комля выявляют рейтинг учетных деревьев для оценки качества формы комля, после чего выявляют закономерности с волновыми возмущениями влияния параметров учетных деревьев и их комлей на параметры в общем виде у математического уравнения формы комля. Для оценки качества места произрастания выделяют закономерности с волновыми возмущениями с сильной теснотой коррелятивной вариации для последующего выделения лимитирующих факторов комля и самого учетного дерева. Способ обеспечивает расширение функциональных возможностей анализа формы комля деревьев, прежде всего берез, произрастающих на ровной местности или на склоне оврага, а также повышение точности измерений деревьев ниже корневой шейки, начиная от стандартной высоты ствола в 1,3 м над корневой шейкой дерева до поверхности почвы. 5 з.п. ф-лы, 14 ил., 8 табл., 1 пр.

Устройство для определения сдвиговой прочности растительных материалов // 2534727

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения прочности растительных материалов (соломы, зерен злаков, отходов древесины и др.) в условиях сдвига с целью обоснованного расчета и конструирования измельчающего оборудования. Устройство содержит рабочие органы, нагружающее устройство с измерителем усилия сдвига. Рабочие органы выполнены в виде внешнего неподвижного и внутреннего подвижного цилиндров, сопряженных между собой по посадке с зазором и имеющих соосные радиальные отверстия одного диаметра для размещения испытуемых образцов. Диаметр сечений испытуемых образцов соответствует диаметру соосных радиальных отверстий, а их длина - суммарной толщине стенок внешнего неподвижного и внутреннего подвижного цилиндров, которые в свою очередь снабжены соответственно охватывающим и охватываемым вкладышами для фиксации испытуемых образцов. Технический результат: повышение достоверности результатов определения сдвиговой прочности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ определения лигнина // 2535018

Изобретение относится к способам определения содержания лигнина Класона. Способ определения лигнина заключается в том, что к лигноцеллюлозному материалу добавляют водно-диоксановый раствор, полученный смешением концентрированной азотной кислоты и 1,4-диоксана в соотношении 1:4 (по объему), реакционную смесь нагревают на кипящей водяной бане в течение 15 минут, затем добавляют 2 М раствор гидроксида натрия, объем реакционной смеси доводят дистиллированной водой и фильтруют, измеряют оптическую плотность фильтрата при 440 нм, и по величине оптической плотности судят о содержании лигнина в целлюлозном полуфабрикате. Изобретение заключается в упрощении и ускорении выполнения анализа. 2 табл., 24 пр.

Способ автоматического измерения объема пучка лесоматериалов // 2538047

Изобретение может быть использовано для автоматического измерения объема пучка лесоматериалов, находящегося на движущемся объекте. В способе движущийся объект пропускают через измерительное устройство - измерительную рамку, оснащенную лазерными сканерами, которые измеряют внешний контур пучка, его длину и суммарную площадь торцов лесоматериалов. Полученные данные передают в компьютер с программным обеспечением. После обработки данные заносят в карточку вместе с видеоинформацией об измеряемом объекте и по мобильной телефонной связи передают на центральную базу учета данных. Измерения объема пучка лесоматериалов могут производиться в любую погоду и в любое время суток. Технический результат - упрощение измерения объема пучка лесоматериалов вне зависимости от их вида, в том числе за счет измерения суммарной площади торцов с помощью сканера. 1 ил.