Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Охрана и защита, обустройство, индикация и тести-рование природной среды. Сборник статей студентов, аспирантов и преподавателей: Научно-учебное издание

Мазуркин П. М.,

СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ДЕРЕВЬЕВ ЕЛИ В ОВРАГАХ (А.А. Апремов, соискатель, А.А. Колесникова, к.т.н., доцент)

Техническое решение относится к лесной технической и экологической таксации и сертификации древесины растущих деревьев на корню, принятых для учета качества древостоя.

На рисунке 1 показана схема поперечнного сечения оврага с расположенными по склонам учетных деревьев ели; на рисунке 2 - график и экспериментальные точки изменения скорости ультразвука в древесине ели в зависимости от глубины оврага на северном склоне.

Рис. 1 Расчетная схема

Рис. 2. Скорость ультразвука в древесине ели от глубины оврага на северном склоне

Комплексная оценка качества растущего дерева с применением таксационных и древесиноведческих приемов, с определением физико-механических свойств древесины в различных зонах дерева дает наиболее полную картину о дереве, его участия в древостое, позволяет рационально использовать заготавливаемые древесные ресурсы, своевременно управлять качеством насаждения в процессе культурного выращивания, а также позволяет проводить экологический мониторинг различных территорий с помощью учетных деревьев.

Овраги Горномарийского района Республики Марий Эл находятся на правобережье р. Волги. Их постепенное образование и развитие благодаря весенним талым водам близлежащих полей приводит к разрушению рельефа и смыванию плодородного почвенного покрова.

На южном и северном склонах оврага, расположенного с запада на восток, отобраны деревья ели (рис. 1). Расстояния от горизонтальной поверхности оврага до каждого дерева по склону и деревьев друг от друга измерялось рулеткой, угол между осью ствола и образующей склона - угломером с транспортиром. Расчетами были определены угол наклона поверхности склона α у каждого дерева, высота дерева над уровнем дна оврага. На дне оврага протекает ручеёк.

Требования к отобранным учетным деревьям были следующие: прямой цилиндрический здоровый ствол, без признаков болезни. По визуальному осмотру группа деревьев была сравнительно молодой, но не молодняки. С каждого дерева на высоте 1,3 м с южной и северной стороны ствола возрастным буравом извлекались керны древесины и укладывались плотно в пробирки. Отверстия от кернов на дереве замазывались садовым варом. У каждого дерева определяли диаметр и возраст. После кондиционирования в лабораторных условиях у кернов определялись акустические показатели: плотность, скорость распространения ультразвука УЗВ-методом, акустическую константу.

Характеристики деревьев и древесины ели приведены в таблице 1.

Таблица 1

Изменение акустических показателей по оврагу юг-север

(весь керн, от коры до коры)

№ п/п	Длина L, м	Глубина.  H , м	Возраст. A,. лет	Диаметр D, см	Плотность. ρ., кг/м3	Скорость УЗВ, U. м/с	Акустическая константа. К , м4/(кг с)
1	1.5	-2.0	60	19.0	274.5	972.3	3.5
2	6.0	-6.6	57	31.0	252.9	1536.8	6.1
3	11.2	-10.8	57	19.5	307.3	1207.2	3.9
4	14.9	-13.0	61	26.5	262.6	1470.7	5.6
5	18.9	-16.4	46	16.5	337.4	1638.4	4.9
6	21.9	-17.6	49	28.0	268.4	1238.0	4.6
7	29.5	-18.2	53	18.0	297.9	1697.3	5.7
8	32.8	-15.9	59	23.0	275.2	1285.0	4.7
9	34.8	-12.4	43	30.0	298.5	1116.4	3.7
10	38.0	-9.3	29	17.0	232.1	1222.0	5.3
11	41.9	-7.3	41	15.0	279.2	1553.1	5.6

Плотность древесины по керну в зависимости от глубины оврага южного и северного склонов (рис. 2) снижается по формулам:

;                      (1)

.                   (2)

По мере уменьшения глубины оврага на северном склоне в полтора раза меньше разброс точек, чем по южному склону. Однако коэффициенты корреляции в обоих случаях меньше 0,7. поэтому можно считать, что оценивать качество древесины ели по плотности некорректно.

Изменения скорости ультразвука у деревьев ели по склонам оврага просходят по следующим уравнениям:

.                                (3)

.                (4)

На южном склоне оврага с уменьшением глубины значение скорости снижается. Разброс показателя больше, чем на северном склоне, где максимальные значения наблюдаются ближе ко дну оврага и к верхнему краю склона. В середине северного склона, где затененность выше, самые низкие значения скорости. По-видимому, разница между склонами зависит от освещенности крон ели.

Акустическая константа по южному и северному склонам характеризуется уравнениями вида:

;               (5)

.           (6)

Картины изменения этого показателя по юному и северному склонам имеют противоположный характер. В частности, по мере снижения места расположения по южному склону вначале показатель резонансных свойств древесины нарастает, где доля освещаемой части кроны уменьшается. Этот факт указывает на то, что для формирования годичных слоев резонансной древесины необходимо освещать не всю крону. С дальнейшим углублением места произрастания ели по южному склону акустическая константа падает, потому что освещенная часть кроны становится очень малой для создания резонансной древесины. К тому же ели приближаются уровень поверхности ручейка.

А на северном склоне наблюдается обратная картина, когда на кромке оврага кроны ели получают оптимальное освещение и акустическая константа становится наибольшей. С понижением корневой шейки по склону акустические свойства резко снижаются. По-видимому, на дне оврага начинают влиять гидрологические параметры ручейка, так как показатель снова нарастает.

Из всех показателей наилучшим по адекватности является акустическая константа. Этот показатель остается для оценки качества резонансной древесины ели и в естественных условиях произрастания в оврагах. Сравнение значений акустической константы показывает, что ель произрастает на слонах по-разному. Поэтому отбор резонансной древесины в растущем состоянии нужно выполнять после анализа акустической константы в разных местах произрастания по склонам.

Многие значения показателя у деревьев ели выше 4,0 м⁴/(кг·с), что свидетельствует о возможности дальнейшего доращивания ельника до 100-120 летнего возраста, т.е. до 2050-2070 гг. для последующей заготовки резонансных кряжей с высокими акустическими показателями.

Предлагаемый способ позволяет формировать цифровые модели учетных деревьев для многолетнего технологического и одновременно экологического мониторинга, а через учетные деревья на нескольких поперечных к оврагу пробных полосах всего лесного древостоя. Во времени и пространстве овражной сети появляется возможность выбора мест для осознанного выращивания резонансных деревьев различных пород, а также изучать места их произрастания и тем самым проводить различные дендрохронологические, инженерно-экологические и технологические исследования.

Литература

1. Мазуркин, П.М. Изменение энергетики древесины по радиусу ствола / П.М. Мазуркин, А.А. Колесникова // Лесной вестник. - 1999. - №4(9). - М.: МГУЛ. - С.115-119.
2. Пат. 2144185 Российская Федерация, МПК⁷ G 01 N 33/46, A 01 G 23/00. Способ испытания древесины растущих деревьев / Колесникова А.А., Мазуркин П.М. (РФ); заяв. и патентообл. Марийск. гос. тех. ун-т. - №98100897/13; заявл. 15.01.98; опубл. 10.01.00, Бюл. № 1.
3. Пат. 2194385 Российская Федерация, МПК⁷ A 01 G 23/00, G 01 N 33/46. Способ испытания древесины растущих деревьев / Мазуркин П.М., Колесникова А.А. (РФ); заяв. и патентообл. Марийск. гос. тех. ун-т. - №2001112520/13; заявл. 07.05.01; опубл. 20.12.02, Бюл. № 35.
4. Пат. 2204133 Российская Федерация, МПК⁷ G 01 N 33/46, A 01 G 23/00. Способ испытания растущих деревьев / Мазуркин П.М., Колесникова А.А., Винокурова Р.И., Железина Е.Н. (РФ); заяв. и патентообл. Марийск. гос. тех. ун-т. - №2001115173/13; заявл. 04.06.01; опубл. 10.05.2003, Бюл. № 13.
5. Пат. 2196325 Российская Федерация, МПК⁷ G 01 N 33/56, A 01 G 23/00. Способ испытания древесины растущих деревьев / Мазуркин П.М., Колесникова А.А. (РФ); заяв. и патентообл. Марийск. гос. тех. ун-т. - №2001112509/13; заявл. 07.05.01; опубл. 10.01.03, Бюл. № 1.
6. Пат. 2196326 Российская Федерация, МПК⁷ G 01 N 33/46, A 01 G 23/00, 23/02. Способ испытания древесины / Мазуркин П.М., Колесникова А.А. (РФ); заяв. и патентообл. Марийск. гос. тех. ун-т. - №2001115115/13; заявл. 04.06.01; опубл. 10.01.03, Бюл. № 1.
7. Пат. 2196327 Российская Федерация, МПК⁷ G 01 N 33/46, A 01 G 23/00. Способ испытания древесных растений / Мазуркин П.М., Колесникова А.А. (РФ); заяв. и патентообл. Марийск. гос. тех. ун-т. - №2001115402/13; заявл. 04.06.01; опубл. 10.01.03, Бюл. № 1.
8. Пат. 2224415 Российская федерация, МПК⁷ А 01 G 23/00, G 01 N 33/46. Способ ультразвукового испытания технической древесины / Мазуркин П.М., Колесникова А.А., Ефимов А.А. (РФ); заяв. и патентообл. Марийск. гос. тех. ун-т. - №2002116084/12; заявл. 18.06.02; опубл. 27.02.04, Бюл. № 6.
9. Пат. 2224416 Российская федерация, МПК⁷ А 01 G 23/00, G 01 N 33/46. Способ ультразвукового испытания древесины растущих деревьев / Мазуркин П.М., Колесникова А.А., Ефимов А.А. (РФ); заяв. и патентообл. Марийск. гос. тех. ун-т. - №2002116410/12; заявл. 18.06.02; опубл. 27.02.04, Бюл. № 6.
10. Пат. 2229127 Российская Федерация, МПК⁷ G 01 N 33/46, А 01 G 23/00. Способ испытания растущих деревьев после рубок прореживания и проходных / Мазуркин П.М., Колесникова А.А. Бедертдинов А.Н. Русинова Н.В. (РФ); заяв. и патентообл. Марийск. гос. тех. ун-т. - №2001115403/12; заявл. 04.06.01; опубл. 20.05.04, Бюл. № 14.
11. Пат. 2230318 Российская Федерация, МПК⁷ G 01 N 33/46, А 01 G 23/00, B 27 G 1/00.Способ испытания древесины растущих деревьев / Мазуркин П.М., Нехорошков П.А. (РФ); заяв. и патентообл. Марийск. гос. тех. ун-т. - №2002116083/12; заявл. 18.06.02; опубл. 10.06.04, Бюл. № 16.