способ определения характера изменения толщины коры на спиле дерева в зависимости от освещенности и преобладающих ветров

Формула изобретения

1. Способ определения характера изменения толщины коры на спиле дерева в зависимости от освещенности и преобладающих ветров, характеризующийся тем, что на выпиленных кружках наносят отметки о северной стороне, по отдельным радиальным направлениям измеряют радиусы спила в коре и без коры, а толщину коры вычисляют как разность радиусов в коре и без коры, затем измеряют углы от северного направления до вертикальных осей стволов соседних деревьев и на кружок наносят межцентровые линии расположения соседних деревьев, после чего по данным метеорологических наблюдений отмечают линию дневной освещенности солнечными лучами модельного дерева, из общего числа соседних деревьев выбирают те, у которых межцентровые с модельным деревом радиальные линии оказались в зоне линии солнечной освещенности, отмечают также линии фронтов действия преобладающих холодных ветров в зимнее время, причем из общего числа линий фронтов преобладающих зимних ветров исключают те, на которых межцентровые с модельным деревом линии соседних деревьев оказались в зоне линий фронтов преобладающих зимних ветров, после этого рассчитывают относительную толщину коры как отношение значений толщины коры к радиусу в коре по соответствующим радиальным линиям с выявлением статистических закономерностей изменения радиусов в коре и без коры, толщины коры и относительной толщины коры в зависимости от освещенности и преобладающих зимних ветров.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что радиусы спила в коре и без коры измеряют по радиальным линиям, нанесенным в зависимости от диаметра ствола модельного дерева через углы 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 непосредственно в лесу или в камеральных условиях на кружке межцентровые линии расположения соседних деревьев нумеруют, начиная с северной стороны, относительно центра спила модельного дерева по часовой стрелке.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что выявление статистических закономерностей изменения радиусов в коре и без коры, а также толщины коры осуществляют по формуле:

у_а=у₀+у _хол-у_осв+у_прот ,

у_хол=а₁ехр(-а ₂(а-а)²),

у_осв=A₁ cos(pa/p₁+a₇),

у_прот=А₂ cos(pa/p₂-a₁₂),

где у_а - натуральный показатель (радиус в коре, радиус без коры, толщина коры), мм;

у ₀ - 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 (радиусы ствола в коре и без коры, толщины коры), наращиваемая против действия холодных северных ветров, которые не прикрыты соседними деревьями, мм;

у_осв - часть показателя, потерянная деревом из-за затенения соседними деревьями как от действия освещения солнечными лучами, так и от действия преобладающих ветров, то есть сбег ствола, мм;

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

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

A ₁, А₂ - половина амплитуды колебательной адаптации дерева в ходе всей жизни, мм;

p ₁, р₂ - половина периода колебательного возмущения модельного дерева в ходе роста и развития по периметру поперечного сечения ствола, градус и а₇=0 для радиусов в коре и без коры);

а₁...а₁₂ - параметры статистической модели, получающие конкретные численные значения для конкретного модельного дерева;

a ₇, а₁₂ - сдвиги начала колебательного движения сечения ствола от северного направления при знаке "+" вправо, а при знаке "-" влево от северного направления, радиан.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что выявление закономерности изменения относительной толщины коры для сопоставления различных модельных деревьев и их мест произрастания между собой производят по формуле:

k_осв=A₁ cos(pa/p₁+a₉),

k_прот=A₂ cos(pa/p₂+a₁₉),

где k_ha - относительная толщина коры (отношение толщины коры к радиусу спила в коре);

k ₀ - начальное значение относительной толщины коры на спиле идеальной круглой формы, которое было бы при росте и развитии модельного дерева без внешнего вмешательства человека и отсутствии влияния природных катастроф на территории места произрастания;

k_хол - часть относительной толщины коры, наращиваемая против действия холодных северных ветров, в той части периферии дерева, которая не прикрыта соседними деревьями;

k_осв - часть относительной толщины коры, потерянная деревом из-за затенения соседними деревьями как от действия освещения солнечными лучами, так и от действия преобладающих холодных зимних ветров;

k_прот - часть относительной толщины коры, восстановленная усилиями дерева, как живого организма, волновой адаптацией к условиям среды обитания;

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

A ₁, А₂ - половина амплитуды колебательной адаптации дерева в ходе всей жизни по относительной толщине коры;

p₁, р₂ - половина периода колебательного возмущения модельного дерева в ходе роста и развития по периметру поперечного сечения ствола, градус;

а₁...а₁₉ - параметры статистической модели, получающие конкретные численные значения для конкретного модельного дерева.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ измерения годичных колец и толщины коры 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 толщины коры только в одном направлении, например, в северном, а также невозможность учета влияния освещенности кроны модельного дерева на радиальный прирост дерева в коре или без коры.

Известен также способ измерения годичных колец на спиле древесного ствола по патенту №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 толщины коры от радиусов 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 на изменение толщины коры.

Технический результат - повышение точности исследования модельного дерева за счет учета освещенности дерева и действия на него преобладающих ветров.

Этот технический результат достигается тем, что способ определения характера изменения толщины коры на спиле дерева в зависимости от освещенности и преобладающих ветров характеризуется тем, что на выпиленных кружках наносят отметки о северной стороне, по отдельным радиальным направлениям измеряют радиусы спила в коре и без коры, а толщину коры вычисляют как разность радиусов в коре и без коры, затем измеряют углы от северного направления до вертикальных осей стволов соседних деревьев и на кружок наносят межцентровые линии расположения соседних деревьев, после чего по данным метеорологических наблюдений отмечают линию дневной освещенности солнечными лучами модельного дерева, из общего числа соседних деревьев выбирают те, у которых межцентровые с модельным деревом радиальные линии оказались в зоне линии солнечной освещенности, отмечают также линии фронтов действия преобладающих холодных ветров в зимнее время, причем из общего числа линий фронтов преобладающих зимних ветров исключают те, на которых межцентровые с модельным деревом линии соседних деревьев оказались в зоне линий фронтов преобладающих зимних ветров, после этого рассчитывают относительную толщину коры как отношение значений толщины коры к радиусу в коре по соответствующим радиальным линиям с выявлением статистических закономерностей изменения радиусов в коре и без коры, толщины коры и относительной толщины коры в зависимости от освещенности и преобладающих зимних ветров. Кроме того радиусы спила в коре и без коры измеряют по радиальным линиям, нанесенным в зависимости от диаметра ствола модельного дерева через углы 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°. Непосредственно в лесу или в камеральных условиях на кружке межцентровые линии расположения соседних деревьев нумеруют, начиная с северной стороны, относительно центра спила модельного дерева по часовой стрелке. Выявление статистических закономерностей изменения радиусов в коре и без коры, а также толщины коры осуществляют по формуле:

у_а=у₀ +у_хол-у_осв+у _прот,

у_хол=а ₁ехр(-а₂(а-а)² ),

у_осв=A₁ cos(pa/p₁+a₇),

у_прот=А₂ cos(pa/p₂-a₁₂),

где у_a - натуральный показатель (радиус в коре, радиус без коры, толщина коры), мм;

У ₀ - 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 (радиусы ствола в коре и без коры, толщины коры), наращиваемая против действия холодных северных ветров, которые не прикрыты соседними деревьями, мм;

у_осв - часть показателя, потерянная деревом из-за затенения соседними деревьями как от действия освещения солнечными лучами, так и от действия преобладающих ветров, то есть сбег ствола, мм;

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

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

A ₁, А₂ - половина амплитуды колебательной адаптации дерева в ходе всей жизни, мм;

p ₁, p₂ - половина периода колебательного возмущения модельного дерева в ходе роста и развития по периметру поперечного сечения ствола, градус и а а₇=0 для радиусов в коре и без коры);

а₁...а₁₂ - параметры статистической модели, получающие конкретные численные значения для конкретного модельного дерева;

a ₇, a₁₂ - сдвиги начала колебательного движения сечения ствола от северного направления при знаке "+" вправо, а при знаке "-" влево от северного направления, радиан.

Выявление закономерности изменения относительной толщины коры для сопоставления различных модельных деревьев и их мест произрастания между собой производят по формуле:

k_осв=A₁ cos(pa/p₁+a₉),

k_прот=A₂ cos(pa/p₂-a₁₉),

где k_ha - относительная толщина коры (отношение толщины коры к радиусу спила в коре);

k ₀ - начальное значение относительной толщины коры на спиле идеальной круглой формы, которое было бы при росте и развитии модельного дерева без внешнего вмешательства человека и отсутствии влияния природных катастроф на территории места произрастания;

k_хол - часть относительной толщины коры, наращиваемая против действия холодных северных ветров, в той части периферии дерева, которая не прикрыта соседними деревьями;

k_осв - часть относительной толщины коры, потерянная деревом из-за затенения соседними деревьями как от действия освещения солнечными лучами, так и от действия преобладающих холодных зимних ветров;

k_прот - часть относительной толщины коры, восстановленная усилиями дерева как живого организма, волновой адаптацией к условиям среды обитания;

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

A ₁, А₂ - половина амплитуды колебательной адаптации дерева в ходе всей жизни по относительной толщине коры;

p₁, p₂ - половина периода колебательного возмущения модельного дерева в ходе роста и развития по периметру поперечного сечения ствола, градус;

а₁...а₁₉ - 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. Причем крона модельного дерева затенялась по ходу движения Солнца по небосклону и это приводит к снижению процессов фотосинтеза на тех секторах дерева, которые обращены к солнечным лучам и одновременно затеняются соседними деревьями. Одновременно крона дерева и в особенности ствол дерева подвергались переохлаждению от действия холодных ветров, имеющих преобладающие направления. Причем общеизвестно, что физиологические процессы протекают по секторам поперечного сечения дерева, а каждый сектор включает в себя группу ветвей, секторное сечение ствола и группу корней. Чем старше дерево по возрасту, тем большая разница в росте и развитии каждого сектора. Предлагаемое техническое решение позволяет выявить секторную структуру ствола дерева уже со среднего возраста. Чтобы было теплее древесным клеткам под корой, толщина коры повышается с годами в направлении, противоположном дуновению холодных ветров в зимнее время.

Положительный эффект заключается в расширении технологии испытания модельного дерева по его спилам с корой и одновременно позволяет объяснить неодинаковую толщину коры 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 с корой и без коры по спилам в радиальных направлениях расположения соседних деревьев, а также по направлениям преобладающих холодных ветров в зимнее 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) преобладающих холодных ветров по данным метеорологической станции, расположенной близко от модельного дерева.

Способ испытания толщины коры на спиле дерева включает следующие действия.

После выпиловки спила от поваленного модельного дерева этому отпиленному 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, затем измеряют радиусы спила в коре и без коры R_a. Эти радиусы измеряют по линиям, нанесенным через определенные углы в зависимости от диаметра ствола модельного дерева (30, 20, 15 и 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°. Толщину коры вычисляют как разницу радиусов в коре и без коры, то есть по выражению .

До валки модельного дерева, или же после его повала и разделки на оставшемся пне 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.

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 преобладающего направления 8, от которого модельное дерево не было защищено соседними деревьями.

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 радиальной диаграммой преобладающих зимних ветров 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.

Линии фронтов действий преобладающих зимних ветров на модельное дерево строят по лучам диаграммы распределения холодных ветров, причем хотя бы одно направление преобладающих холодных зимних 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 зимних холодных ветров.

Статистическим моделированием выявляют закономерности изменения радиусов в коре и без коры, а также толщины коры, по формуле:

у_а=у ₀+у_хол-у_осв +у_прот,

у_хол =а₁ехр(-а₂(а-а) ²),

у_осв=A₁ cos(pa/p₁+a₇),

у_прот=А₂ cos(pa/p₂-a₁₂),

где у_a - натуральный показатель (радиус в коре, радиус без коры. толщина коры), мм;

у ₀ - 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 (радиусы ствола в коре и без коры, толщины коры), наращиваемая против действия холодных северных ветров, которые не прикрыты соседними деревьями, мм;

у_осв - часть показателя, потерянная деревом из-за затенения соседними деревьями как от действия освещения солнечными лучами, так и от действия преобладающих ветров, то есть сбег ствола, мм;

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

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

A ₁, A₂ - половина амплитуды колебательной адаптации дерева в ходе всей жизни, мм;

p ₁, p₂ - половина периода колебательного возмущения модельного дерева в ходе роста и развития по периметру поперечного сечения ствола, градус и а а₇=0 для радиусов в коре и без коры);

a₁...a₁₂ - параметры статистической модели, получающие конкретные численные значения для конкретного модельного дерева;

a ₇, a₁₂ - сдвиги 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 толщины коры по формуле:

k_осв=A₁ cos(pa/p₁+a₉),

k_прот=A₂ cos(pa/p₂-a₁₉),

где k_ha - относительная толщина коры (отношение толщины коры к радиусу спила в коре);

k ₀ - начальное значение относительной толщины коры на спиле идеальной круглой формы, которое было бы при росте и развитии модельного дерева без внешнего вмешательства человека и отсутствии влияния природных катастроф на территории места произрастания;

k_хол - часть относительной толщины коры, наращиваемая против действия холодных северных ветров, в той части периферии дерева, которая не прикрыта соседними деревьями;

k_осв - часть относительной толщины коры, потерянная деревом из-за затенения соседними деревьями как от действия освещения солнечными лучами, так и от действия преобладающих холодных зимних ветров;

k_прот - часть относительной толщины коры, восстановленная усилиями дерева как живого организма, волновой адаптацией к условиям среды обитания;

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

A ₁, A₂ - половина амплитуды колебательной адаптации дерева в ходе всей жизни по относительной толщине коры;

p₁, р₂ - половина периода колебательного возмущения модельного дерева в ходе роста и развития по периметру поперечного сечения ствола, градус;

а₁...а₁₉ - параметры статистической модели, получающие конкретные численные значения для конкретного модельного дерева.

Способ испытания толщины коры на спиле дерева на влияние освещенности кроны и холодных ветров при взятии спила на высоте 1,3 м от корневой шейки ствола реализуется, например, при обработке модельного дерева 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 годичных колец по их ширине и радиусам.

На основном кружке 1, например, взятом на высоте 1,3 м от корневой шейки, по отдельным радиальным направлениям наносят линии 2 и измеряют ширину группы из нескольких годичных колец, результаты измерений суммируют для получения значений радиусов, показывающих прирост сечения ствола дерева в заданных радиальных направлениях по группам годичных колец. Затем по отдельным радиальным направлениям измеряют радиусы спила в коре и без коры R_a. Толщину коры 7 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 b _i от северного направления до вертикальных осей стволов соседних деревьев, далее на кружке наносят межцентровых линии 3 расположения соседних деревьев.

Затем отмечают линию 4 дневной освещенности солнечными лучами кроны модельного дерева, из общего числа соседних деревьев выбирают те, у которых межцентровые с модельным деревом линии оказались в зоне линии солнечной освещенности и в зоне преобладающих холодных ветров. По изменению толщины коры вдоль окружной линии спила вычисляется расчетное значение толщины коры и отдельно радиксов в коре и без коры в зависимости от угла, отсчитываемого от северного направления по часовой стрелке.

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

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

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

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 радиальной диаграммой преобладающих зимних ветров 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.

Линии фронтов действий преобладающих зимних ветров на модельное дерево строят по лучам диаграммы распределения холодных ветров, причем хотя бы одно направление преобладающих холодных зимних 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 зимних холодных ветров.

Статистическим моделированием выявляют закономерности изменения радиусов в коре и без коры, а также толщины коры, по формуле:

у_а=у₀ +у_хол-у_осв+у _прот,

у_хол=а ₁ехр(-а₂(а-а)² ),

у_осв=A₁ cos(pa/p₁+a₇),

у_прот=А₂ cos(pa/p₂-a₁₂),

где у_а - натуральный показатель (радиус в коре, радиус без коры, толщина коры), мм;

у ₀ - 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 (радиусы ствола в коре и без коры, толщины коры), наращиваемая против действия холодных северных ветров, которые не прикрыты соседними деревьями, мм;

у_осв - часть показателя, потерянная деревом из-за затенения соседними деревьями как от действия освещения солнечными лучами, так и от действия преобладающих ветров, то есть сбег ствола, мм;

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

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

A ₁, А₂ - половина амплитуды колебательной адаптации дерева в ходе всей жизни, мм;

p ₁, p₂ - половина периода колебательного возмущения модельного дерева в ходе роста и развития по периметру поперечного сечения ствола, градус и а а₇=0 для радиусов в коре и без коры);

а₁...а₁₂ - параметры статистической модели, получающие конкретные численные значения для конкретного модельного дерева;

a ₇, a₁₂ - сдвиги 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 толщины коры по формуле:

k_осв=A₁ cos(pa/p₁+a₉),

k_прот=A₂ cos(pa/p₂-a₁₉),

где k_ha - относительная толщина коры (отношение толщины коры к радиусу спила в коре);

k ₀ - начальное значение относительной толщины коры на спиле идеальной круглой формы, которое было бы при росте и развитии модельного дерева без внешнего вмешательства человека и отсутствии влияния природных катастроф на территории места произрастания;

k_хол - часть относительной толщины коры, наращиваемая против действия холодных северных ветров, в той части периферии дерева, которая не прикрыта соседними деревьями;

k_осв - часть относительной толщины коры, потерянная деревом из-за затенения соседними деревьями как от действия освещения солнечными лучами, так и от действия преобладающих холодных зимних ветров;

k_прот - часть относительной толщины коры, восстановленная усилиями дерева как живого организма, волновой адаптацией к условиям среды обитания;

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

A ₁, A₂ - половина амплитуды колебательной адаптации дерева в ходе всей жизни по относительной толщине коры;

p₁, р₂ - половина периода колебательного возмущения модельного дерева в ходе роста и развития по периметру поперечного сечения ствола, градус;

а₁...а₁₉ - 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 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, =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 дерева №3, №4, №5 и №6 оказывают значительное затенение кроны модельного дерева, начиная около полудня до вечера.

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

R₀=145,577,

R _хол=5,51677exp(-0,0064125(a-332,989)² ),

R_осв=9,497540^-8 a^6,14254exp(-0,068729a),

R _прот=0,010319a^3,00211exp(-0,040316a)cos(pa/13,6889+0,9898),

где - радиус спила дерева в коре, мм;

R ₀ - начальный радиус дерева идеальной формы в поперечном сечении в виде окружности примерно 145,6 мм, который был бы при росте и развитии модельного дерева полностью в естественных условиях без внешнего вмешательства человека и отсутствии влияния природных катастроф на территории места произрастания, мм;

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

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

R_прот - часть радиуса ствола дерева, то есть выбег ствола наружу в сторону места произрастания от центра ствола, восстановленная усилиями самого дерева как живого организма, волновой адаптацией к условиям среды обитания, мм;

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

a=0,010319^3,00211exp(-0,040316а) - половина амплитуды колебательной адаптации дерева в ходе всей жизни, мм;

Изменение радиуса в коре по азимуту на спиле, мм

Таблица 1
Азимут а, град.	Факт	Расчетные значения (1)			Составляющие модели (1)
			е	D, %	Rхол	R осв	a	R прот
0	145.8	145.58	0.22	0.15	0.00	0.00	0.00	-0.00
30	133.0	133.01	-0.01	-0.01	0.00	14.30	83.72	1.74
60	133.8	133.73	0.07	0.05	0.00	128.54	200.11	116.69
90	137.7	137.92	-0.22	-0.16	0.00	197.35	201.67	189.69
120	137.3	136.70	0.60	0.44	0.00	146.96	142.71	138.08
150	125.2	126.41	-1.21	-0.97	0.00	72.62	83.20	54.46
180	123.3	121.66	1.64	1.33	0.00	28.70	42.91	4.79
210	125.3	126.59	-1.29	-1.03	0.00	9.41	20.34	-9.57
240	135.2	134.82	0.38	0.28	0.00	2.72	9.06	-8.04
270	141.3	141.04	0.26	0.18	0.00	0.71	3.85	-3.82
300	143.6	144.23	-0.63	-0.44	0.01	0.17	1.58	-1.18
330	150.6	150.60	0.01	0.01	5.21	0.04	0.63	-0.15
360	145.8	145.70	0.10	0.07	0.05	0.01	0.24	0.08

р=13,6889 - половина периода колебательного возмущения модельного дерева в ходе роста и развития по периметру поперечного сечения ствола, градус; 0,9898 - сдвиг начала колебательного движения сечения ствола от северного направления при знаке "+" вправо, а при знаке "-" влево от северного направления, радиан.

В табл.1 приведены следующие условные обозначения:

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

- расчетные по готовой статистической модели (1) значения радиуса спила в коре, мм;

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

А - относительная погрешность, вычисляемая из математического соотношения %.

Для оценки адекватности готовой статистической модели принимается максимальная относительная погрешность _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 100-1,33=98,67%. Это доверие очень высокое и оно позволяет проанализировать отдельные составляющие формулы (1), получив для каждого их них новое (апостериорное) эвристическое объяснение.

Радиус спила без коры в зависимости от азимута а изменяется по статистической закономерности (табл.2)

Изменение радиуса без коры по азимуту на спиле, мм

Таблица 2
Азимут а, град.	Факт	Расчетные значения (2)			Составляющие модели (2)
		Ra	e	D, %	R хол	Rосв	a	Rпрот
0	138.7	138.80	0.10	-0.07	0.00	0.00	0.00	0.00
30	128.9	128.64	0.26	0.20	0.00	0.42	10.87	-9.75
60	121.9	122.23	-0.33	-0.27	0.00	4.35	15.53	-12.22
90	130.2	129.80	0.40	0.31	0.00	11.87	13.27	2.86
120	128.9	129.01	-0.11	-0.09	0.00	18.74	9.20	8.95
150	119.8	120.43	-0.63	-0.53	0.00	21.93	5.68	3.56
180	117.7	116.17	1.53	1.30	0.00	21.22	3.26	-1.41
210	117.2	119.00	-1.80	-1.54	0.00	18.02	1.78	-1.78
240	125.5	124.49	1.01	0.80	0.00	13.90	0.94	-0.41
270	129.1	129.16	-0.06	-0.05	0.03	9.97	0.48	0.30
300	134.2	134.19	0.01	0.01	1.90	6.75	0.24	0.23
330	143.0	143.19	-0.19	-0.13	8.72	4.36	0.12	0.03
360	138.7	138.71	-0.01	-0.01	2.66	2.71	0.06	-0.04

R _хол=8,76228ехр(-0,00150445(a-331,863)² ), R_осв=1,3782840^-7 a^4,64710exp(-0,029332а),

R _прот=acos(pa/12,72474+1,55938),

а=0,060515a ^1,78508exp(-0,029354a).

Действие преобладающих холодных ветров при угле 330° на древесину без коры увеличивается из-за того, что дерево старается наращивать клетками ствол, упрочняя всю свою конструкцию.

Толщина коры изменяется так, что третья составляющая также превращается в волновую функцию, поэтому получаем зависимость (табл.3)

h₀=1,70818,

h _хол=7,00592exp(-5,208240^-6(a-209,848) ²),

a₁=2,380840 ^-7a^4,31881exp(-0,13109a ^0,73394),

h_осв=a ₁cos(pa/7,00515+1,40655),

a₂ =0,48078a^1,38905exp(-0,49676a ^0,49474),

h_прот=a ₂cos(pa/10,4475-2,62303).

Из формулы (3) видно, что в идеальном случае для измеряемого модельного дерева сосны достаточна толщина коры в 1,71 мм. При этом вторая составляющая превращается в противодействие тепловому воздействию не холодом, а жарой с южной стороны (средний угол по нормальному закону распределения Гаусса равен 209,8°). По сравнению с радиусами в коре и без коры сущность статистической закономерности по второй составляющей изменился так из-за того, что физическая величина "толщина коры" уже не учитывает сопротивление древесинного тела дерева преобладающему ветру, а холод превратился в жару. Поэтому в общем случае вторая составляющая по закону Гаусса характеризует тепловое воздействие на дерево (холод в целом на спил, а жара - на кору в отдельности).

Изменение толщины коры по азимуту на спиле, мм

Таблица 3
Азимут а, град.	Факт	Расчетные значения (3)			Составляющие модели (3)
		ha	e	D, %	R хол	а,	R осв	a2	Rпрот
0	7.1	7.27	-0.18	-2.54	5.57	0.00	0.00	0.00	0.00
30	4.1	3.99	0.11	2.68	5.92	0.12	-0.08	3.74	-3.72
60	11.9	11.90	0.01	0.08	6.23	0.81	-0.81	3.28	3.15
90	7.5	7.40	0.10	1.33	6.50	1.86	-1.11	2.50	-1.92
120	8.4	8.59	-0.19	-2.26	6.72	2.79	0.68	1.84	0.84
150	5.4	5.47	-0.07	-1.30	6.88	3.34	3.02	1.35	-0.10
180	5.6	5.21	0.39	6.96	6.97	3.49	3.14	1.00	-0.33
210	8.1	8.43	-0.34	-4.20	7.01	3.34	0.77	0.74	0.50
240	9.7	10.01	-0.31	-3.20	6.97	3.00	-1.83	0.55	-0.50
270	12.2	11.57	0.63	5.16	6.88	2.58	-2.58	0.41	0.41
300	9.4	9.53	-0.13	-1.38	6.72	2.14	-1.40	0.31	-0.29
330	7.6	8.07	-0.47	-6.18	6.50	1.73	0.30	0.24	0.17
360	7.1	6.67	0.43	6.06	6.23	1.36	1.20	0.18	-0.07

Из данных табл.3 видно, что адаптация по четвертой составляющей происходит в основном в северо-восточном направлении.

Относительная толщина коры является новым показателем, введенным для сопоставления модельных деревьев вместе со своими местами произрастания. Этот показатель для возможности сопоставления должен быть безразмерным, а также должен учитывать изменение толщины коры относительно радиуса спила в коре.

Тогда получим соотношении:

Для толщины коры, вычисляемой как разность между радиусами в коре и без коры толщины коры

Для относительной толщины коры, как отношении значений толщины коры к радиусу в коре по соответствующим радиальным направлениям

где знак «^» означает фактически измеренное значение, а без этого значка - расчетное значение по формулам закономерностей.

Для принятого примера измерений формула для расчета относительной толщины коры в зависимости от азимута превращается в статистическую модель (табл.4) вида

k₀=0,057204,

k _хол=0,000084748a^2,06641exp(-0,052908a),

a₁=0,000035692a^1,65203 exp(-0,020597a),

k_осв=a ₁cos(pa/12,1718-1,48198),

а₂ =15,7099a^-1,72046exp(0,0090904a ^1,07229),

p-17,1664-0,14435a^0,89864 exp(-0,019260a),

k_npom=a ₂cos(pa/p+2,21202).

Изменение относительной толщины коры по азимуту на спиле дерева

Таблица 4
Азимут а, град.	Факт	Расчетные значения (5)			Составляющие модели (5)
		kha	е	D, %	k хол	kосв	kпрот
0	0.0487	-	-	-	0.0000	0.0000	-
30	0.0308	0.02953	0.00127	4.32	0.0195	0.0053	0.0525
60	0.0889	0.09001	-0.00111	-1.25	0.0167	0.0012	0.0149
90	0.0545	0.05529	-0.00079	-1.45	0.0079	-0.0091	-0.0006
120	0.0612	0.05787	0.00333	5.44	0.0029	-0.0028	0.0006
150	0.0431	0.04395	-0.00085	-2.00	0.0010	0.0057	-0.0199
180	0.0454	0.04247	0.00293	6.45	0.0003	0.0025	-0.0176
210	0.0607	0.06178	-0.00108	-1.78	0.0001	-0.0025	0.0070
240	0.0717	0.08905	0.00265	3.70	0.0000	-0.0016	0.0134
270	0.0863	0.08350	0.00280	3.84	0.0000	0.0009	0.0254
300	0.0655	0.06788	-0.00238	-3.63	0.0000	0.0008	0.0099
330	0.0505	0.04835	0.00215	4.26	0.0000	-0.0002	-0.0086
360	0.0487	0.04811	0.00059	1.21	0.0000	-0.0003	-0.0088

В закономерности (5) изменилась конструкция второй составляющей с нормального закона распределения (закона Гаусса) на биотехнический закон проф. П.М.Мазуркина. Это обстоятельство указывает на то, что вместо абиотического процесса влияния преобладающих холодных ветров происходит в жизни дерева стрессовое возбуждение на противодействие холодным ветрам.

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