Способ испытания древесины на содержание химических элементов
Патент 2290638
Авторы
Правообладатели
Классы МПК
Способ испытания древесины на содержание химических элементов
Изобретение относится к физико-химическому анализу различных видов загрязнений ландшафтов и может быть использовано в инженерной экологии, лесном и сельском хозяйствах. Способ включает измерение макроструктуры годичных слоев древесины по радиусу ствола до взятия образцов на невысушенных кружках из ствола дерева, нанесение линий и раскалывание кружков по четырем геодезическим направлениям. Далее раскалывают каждую радиальную пластину на образцы приближенно прямоугольной формы, начиная счет от центрального образца. Дополнительно выполняют взятие кружков из ствола кроме высоты 1,3 м, а также из крупных ветвей и крупных корней, взятие образцов в виде проб для химического анализа из мелких корней, мелких веток и листвы от модельного дерева. Сопоставляют результаты их озоления и химического анализа, по высоте каждого модельного дерева до его валки, с результатами озоления и химического анализа древесины периферийных образцов, взятых в виде кружков на различных высотах ствола, а также крупных ветвей и крупных корней. Выявляют статистические закономерности распределения химических элементов и их групп. Способ позволяет повысить точность сопоставления содержания химических элементов по высоте растущего дерева. 7 з.п. ф-лы, 8 табл.
Реферат
Изобретение относится к физико-химическому анализу различных видов загрязнения ландшафтов с наличием деревьев и древесной растительности и может быть использовано в инженерной экологии, лесной отрасли, лесном и сельском хозяйствах, а также в системах экологического мониторинга различных отраслей природопользования и охраны окружающей среды. С учетом физиологических и морфологических взаимосвязей через химические свойства структурных элементов модельных деревьев предлагаемое изобретение может быть использовано в лесоводстве, лесозащите и лесных питомниках.
Известен способ испытания древесины на химические загрязнения, применяемый для изучения биологического круговорота химических элементов в лесных ландшафтах (см., например, книгу: Родин Л.Е., Ремезов Н.П., Базилевич Н.Н. Методические указания к изучению динамики и биологического круговорота в фитоценозах. - Л.: Наука, 1968. - С.9-12) на пробных площадях. Способ включает в себя закладку пробной площади в лесном массиве, выбор модельных деревьев, валку и раскряжевку каждого модельного дерева.
Размер пробной площади составляет 0,20-0,25 га, количество равномерно расположенных деревьев должно быть 150-200 стволов. Пробная площадь должна быть удалена от опушек и просек на расстояние не менее 200 м. Границы пробной площади в форме квадрата или прямоугольника отбивают по буссоли и остолбляют. На пробной площади составляется картограмма распределения древесных пород, выполняется перечет (по породам) и измерение диаметра деревьев на высоте 1,3 м от корневой шейки по 2-сантиметровым ступеням толщины в 2-х направлениях. Вычисляют также средний диаметр деревьев каждой породы. Одновременно замеряют высоты деревьев по три замера на каждую ступень толщины. По графику зависимости высоты от диаметра ствола определяют высоту среднего модельного дерева. Модельное дерево на временной пробной площади выбирают на самой площади, а при постоянной пробной площади модельные деревья выбирают вне пробной площади. Затем модельное дерево спиливают у самого основания, то есть около корневой шейки, измеряют длину, определяют по годичным кольцам на комле или на пне возраст, из ствола выпиливают две серии спилов-кружков на расстоянии 1 м, 1,3 м, 3 м, 5 м и т.д. через каждые два метра (при длине дерева менее 15 м через 1 м) вплоть до вершины. Толщину кружков изменяют в зависимости от толщины ствола дерева с таким расчетом, чтобы самые верхние отрезки ствола имели массу не менее 50 г (что необходимо по условиям химического анализа). Обе серии кружков взвешивают. В дальнейшем одна серия кружков служит для анализа хода роста, вторая - для определения химического состава и влажности древесины.
Для химического анализа используют секторные образцы. Недостатком является то, что секторные образцы образуются сложной формы. Поэтому до химического анализа невозможно проводить различные измерения по физико-химическим свойствам древесины (например, стереометрическим, акустическим и другим физико-механическим свойствам). Кроме того, две серии кружков увеличивают трудоемкость работ, снижают точность сопоставления акустических, макроструктурных, физико-механических (плотность, твердость и др.) и химических (зольность, содержание химических элементов) показателей. Таким образом, основным недостатком становится невозможность на секторных частях кружков выполнить комплексные измерения многих типов показателей в связи с тем, что способы физико-механического и химического анализов загрязнения древесины взаимно не согласованы между собой.
Известен также способ испытания древесины растущего дерева по патенту №2164025, МКИ G 01 N 33/46, А 01 G 23/00, 23/02, включающий измерение на невысушенном кружке до взятия образцов макроструктуры годичных слоев древесины по радиусам ствола, затем наносят линии и раскалывают кружок по четырем геодезическим направлениям (север - юг, запад - восток) так, чтобы по осям геодезических координат модельного дерева образовались радиальные пластины. После этого каждую радиальную пластину раскалывают на образцы приближенно прямоугольной формы, начиная счет от центрального образца, включающего сердцевину ствола, в дальнейшем выколотые центральные, средние и периферийные образцы кондиционируют до равновесной влажности, измеряют плотность и другие физико-механические свойства, затем высушивают их до абсолютно сухого состояния и, после повторных измерений физико-механических свойств, сухие образцы подвергают озолению и анализу на содержание химических элементов.
Недостатком является возможность испытания только стволовой древесины или древесины крупных ветвей и крупных корней. При этом способ не позволяет учитывать результаты химического анализа листвы, мелких веток, мелких корней. Отсутствие данных химического анализа по всему дереву не позволяет проанализировать изменение содержания химических веществ в зависимости от круговорота веществ в растущем дереве, то есть не учитывается отложение минеральных веществ при подъеме воды от корней к листве по водопроводящему слою. При этом нет возможности сопоставлять содержание химических веществ в различных частях дерева по высоте. Кроме того, взятие образцов примерным сечением 20×20 мм по всему радиусу ствола не позволяет выделить водопроводящий слой в заболонной зоне ствола. В итоге сопоставление содержания химических элементов по высоте дерева выполняют так же, как это рекомендуется в аналоге (то есть по книге: Родин Л.Е., Ремезов Н.П., Базилевич Н.Н. Методические указания к изучению динамики и биологического круговорота в фитоценозах. - Л.: Наука, 1968. - 145 с.), но при этом не учитываются свойства индивидуального дерева, а химический анализ сопоставляется по различным частям деревьев по всем деревьям пробной площади.
Технический результат - повышение комплексности испытания структурных элементов растущего дерева и точности сопоставления содержания химических элементов по высоте растущего дерева.
Этот технический результат достигается тем, что способ испытания древесины на содержание химических элементов, включающий измерение до взятия образцов на невысушенных кружках из ствола дерева макроструктуры годичных слоев древесины по радиусу ствола, нанесение линий и раскалывание кружков по четырем геодезическим направлениям (север - юг, запад - восток) так, чтобы по осям геодезических координат модельного дерева образовались радиальные пластины, раскалывание каждой радиальной пластины на образцы приближенно прямоугольной формы, начиная счет от центрального образца, включающего сердцевину ствола, в дальнейшем кондиционирование выколотых центральных, средних и периферийных образцов до равновесной влажности, измерение плотности и других физико-механических свойств древесины, затем сушку их до абсолютно сухого состояния и, после повторных измерений физико-механических свойств, озоление сухих образцов и анализ на содержание химических элементов, отличается тем, что дополнительно выполняется взятие кружков из ствола кроме высоты 1,3 м, а также из крупных ветвей и крупных корней, кроме того, выполняют взятие образцов в виде проб для химического анализа из мелких корней, мелких веток и листвы от модельного дерева, затем сопоставление результатов их озоления и химического анализа, по высоте каждого модельного дерева до его валки, с результатами озоления и химического анализа древесины периферийных образцов, взятых в виде кружков на различных высотах ствола, а также крупных ветвей и крупных корней, выполняют с выявлением статистических закономерностей распределения химических элементов и их групп.
При взятии периферийных образцов из одного кружка ствола на высоте 1,3 м озоление древесины кружков от крупных корней и крупных ветвей выполняют целиком, без разделения на радиальные пластины и без их раскалывания на сердцевинные, средние и периферийные образцы древесины по геодезическим направлениям.
Результаты озоления и химического анализа образцов и проб учитывают по ходу движения минеральных веществ от мелких корней к листве.
Для сопоставления результатов озоления и химического анализа по высоте каждого модельного дерева до его валки структурные элементы модельного дерева распределяют по следующей простейшей ранговой шкале:
0 - корни мелкие;
1 - корни крупные;
2 - ствол дерева с кружком на высоте 1,3 м;
3 - ветки крупные;
4 - ветки мелкие;
5 - листва (хвоя).
Статистические закономерности содержания химических веществ и их групп в дереве выполняют по формуле:
C=C1+C2,
,
,
где С - содержание химического вещества или группы химических веществ в структурных элементах, то есть в биологических органах, модельного дерева, % на сухое вещество;
C1 - закон гибели, являющийся частным случаем биотехнического закона, предложенного проф. П.М.Мазуркиным, и показывающий влияние корневой системы на содержание химических элементов (или их групп) в частях модельного дерева, % на сухое вещество;
С2 - закон аллометрического (показательного) роста, являющийся также частным случаем биотехнического закона, предложенного проф. П.М.Мазуркиным, и показывающий влияние кроны на содержание химических элементов (или их групп) в частях модельного дерева, % на сухое вещество;
С0 - содержание химических элементов или их групп в мелких корнях, % на сухое вещество;
r - ранг структурной части или биологического органа модельного органа, r=0, 1, 2, ..., причем r=0 для мелких корней;
a1 - активность спада (гибели) концентрации химического элемента или группы химических элементов с движением минеральных веществ с водой от мелких корней к листве от влияния корней;
а2 - интенсивность спада (гибели) концентрации химического элемента или группы химических элементов с движением минеральных веществ с водой от мелких корней к листве от влияния корней;
a3 - активность роста концентрации химического элемента или группы химических элементов от влияния листвы, при движении минеральных веществ с водой от мелких корней к листве;
a4 - интенсивность роста концентрации химического элемента или группы химических элементов в зависимости от влияния листвы, при движении минеральных веществ с водой от мелких корней к листве.
По соотношению между составляющими статистической закономерности судят об экологическом качестве модельного дерева.
Во множестве химических элементов выполняется ранжирование по убыванию их количественного содержания в листве (хвое) с выявлением статистической закономерности по формуле:
CЛ=C1+C2+C3-C4,
,
,
,
где СЛ - концентрация химических элементов в листве (хвое), % на сухое вещество;
С1 - закон гибели, являющийся частным случаем биотехнического закона, предложенного проф. П.М.Мазуркиным, и показывающий изменение содержания всех испытанных химических элементов в листве дерева, % на сухое вещество;
С0 - содержание азота в листве дерева, % на сухое вещество;
С2 - биотехнический закон стрессового возбуждения первых 3-4 по иерархии химических элементов, преимущественно кальция, калия и магния, показывающий приспособляемость деревьев данного вида ко всей популяции измеренных химических элементов, % на сухое вещество;
С3 - биотехнический закон стрессового возбуждения средних по иерархии химических элементов, преимущественно фосфора или марганца, показывающий приспособляемость деревьев данного вида ко всей популяции измеренных химических элементов, % на сухое вещество;
С4 - приспособляемость деревьев данного вида к набору химических элементов в окружающей среде колебательным возмущением с амплитудой , % на сухое вещество;
rхэ - ранг распределения химических элементов для данной породы деревьев, rхэ=0, 1, 2, ..., причем rхэ=0 для азота;
a1...a14- параметры статистической закономерности, изменяющиеся для каждого модельного дерева.
Во множестве химических элементов выделяется кремний, по содержанию которого в химической дендрохронологии оценивается эволюционный возраст каждого вида испытуемых модельных деревьев и древесных растений.
Сущность технического решения заключается в том, что химические элементы (не менее 10 видов) рассматриваются как члены некой популяции, к которой приспосабливается данное дерево в ходе своего роста и развития.
Сущность технического решения заключается в том, что множество химических элементов в почве различно. Поэтому растущее дерево приспосабливается к окружающей среде через отклик на содержание важнейших элементов (азот, калий, кальций и магний), а к содержанию некоторых других химических элементов приспосабливается по биотехническому закону и колебательным возмущением приспосабливается к питательным веществам из окружающей среды.
Положительный эффект достигается тем, что по распределению концентрации химических элементов в различных органах модельного дерева появляется возможность оценки не только экологической обстановки в течение жизни (до момента валки), но и жизни этого дерева как биологического вида. В последнем случае изучаются закономерности иерархического распределения химических элементов в листве (хвое).
В патентной и научно-технической литературе материалов, порочащих новизну предлагаемого изобретения, нами не найдено. Совокупность существенных признаков, составляющих техническое решение, предполагает вывод о возможности признания способа изобретения.
Способ испытания древесины на содержание химических элементов в дереве или их совокупности содержит следующие действия.
Во многих случаях исследований достаточно провести химический анализ по пробам из листвы, мелких веток, мелких корней, а также взятием кружков из крупных ветвей и крупных корней. Из ствола на высоте 1,3 м берется кружок, разделяется на радиальные пластины и образцы древесины: центральные, средние и периферийные. В общем случае кружки из крупных ветвей и корней также разделяют на пластины и образцы древесины, а со ствола берут кружки на нескольких высотах. Это позволяет более точно выявлять статистические закономерности.
В обоих случаях кружок древесины раскалывают, например, с использованием длинного ножа бесстружечного резания на радиальные пластины по геодезическим направлениям (север - юг, запад - восток) так, чтобы по осям кружка образовались пластины. При этом для химического анализа достаточно брать периферийные образцы древесины.
Далее проводят испытание периферийных образцов древесины на изменение физико-химических свойств, причем испытание выполняют по известному способу (прототипу). Затем после сушки до абсолютно сухого состояния периферийные образцы древесины подвергают озолению для определения содержания химических элементов.
Таким образом, дополнительно выполняется взятие кружков из ствола кроме высоты 1,3 м, а также из крупных ветвей и крупных корней, кроме того, выполняют взятие образцов в виде проб для химического анализа из мелких корней, мелких веток и листвы от модельного дерева, затем сопоставление результатов их озоления и химического анализа, по высоте каждого модельного дерева до его валки, с результатами озоления и химического анализа древесины периферийных образцов, взятых в виде кружков на различных высотах ствола, а также крупных ветвей и крупных корней, выполняют с выявлением статистических закономерностей распределения химических элементов и их групп.
При взятии периферийных образцов из одного кружка ствола на высоте 1,3 м озоление древесины кружков от крупных корней и крупных ветвей выполняют целиком, без разделения на радиальные пластины и без их раскалывания на сердцевинные, средние и периферийные образцы древесины по геодезическим направлениям.
Результаты озоления и химического анализа образцов и проб учитывают по ходу движения минеральных веществ от мелких корней к листве.
Для сопоставления результатов озоления и химического анализа по высоте каждого модельного дерева до его валки структурные элементы модельного дерева распределяют по следующей простейшей ранговой шкале:
0 - корни мелкие;
1 - корни крупные;
2 - ствол дерева с кружком на высоте 1,3 м;
3 - ветки крупные;
4 - ветки мелкие;
5 - листва (хвоя).
Статистические закономерности содержания химических веществ и их групп в дереве выполняют по формуле:
C=C1+C2,
,
,
где С - содержание химического вещества или группы химических веществ в структурных элементах, то есть в биологических органах, модельного дерева, % на сухое вещество;
С1 - закон гибели, являющийся частным случаем биотехнического закона, предложенного проф. П.М.Мазуркиным, и показывающий влияние корневой системы на содержание химических элементов (или их групп) в частях модельного дерева, % на сухое вещество;
С2 - закон аллометрического (показательного) роста, являющийся также частным случаем биотехнического закона, предложенного проф. П.М.Мазуркиным, и показывающий влияние кроны на содержание химических элементов (или их групп) в частях модельного дерева, % на сухое вещество;
С0 - содержание химических элементов или их групп в мелких корнях, % на сухое вещество;
r - ранг структурной части или биологического органа модельного органа, r=0, 1, 2, ..., причем r=0 для мелких корней;
а1 - активность спада (гибели) концентрации химического элемента или группы химических элементов с движением минеральных веществ с водой от мелких корней к листве от влияния корней;
а2 - интенсивность спада (гибели) концентрации химического элемента или группы химических элементов с движением минеральных веществ с водой от мелких корней к листве от влияния корней;
a3 - активность роста концентрации химического элемента или группы химических элементов от влияния листвы, при движении минеральных веществ с водой от мелких корней к листве;
a4 - интенсивность роста концентрации химического элемента или группы химических элементов в зависимости от влияния листвы, при движении минеральных веществ с водой от мелких корней к листве.
По соотношению между составляющими статистической закономерности судят об экологическом качестве модельного дерева.
Во множестве химических элементов выполняется ранжирование по убыванию их количественного содержания в листве (хвое) с выявлением статистической закономерности по формуле:
CЛ=C1+C2+C3-C4,
,
,
,
где СЛ - концентрация химических элементов в листве (хвое), % на сухое вещество;
С1 - закон гибели, являющийся частным случаем биотехнического закона, предложенного проф. П.М.Мазуркиным, и показывающий изменение содержания всех испытанных химических элементов в листве дерева, % на сухое вещество;
С0 - содержание азота в листве дерева, % на сухое вещество;
С2 - биотехнический закон стрессового возбуждения первых 3-4 по иерархии химических элементов, преимущественно кальция, калия и магния, показывающий приспособляемость деревьев данного вида ко всей популяции измеренных химических элементов, % на сухое вещество;
С3 - биотехнический закон стрессового возбуждения средних по иерархии химических элементов, преимущественно фосфора или марганца, показывающий приспособляемость деревьев данного вида ко всей популяции измеренных химических элементов, % на сухое вещество;
С4 - приспособляемость деревьев данного вида к набору химических элементов в окружающей среде колебательным возмущением с амплитудой , % на сухое вещество;
rхэ - ранг распределения химических элементов для данной породы деревьев, rхэ=0, 1, 2, ..., причем rхэ=0 для азота;
а1...а14 - параметры статистической закономерности, изменяющиеся для каждого модельного дерева.
Во множестве химических элементов выделяется кремний, по содержанию которого в химической дендрохронологии оценивается эволюционный возраст каждого вида испытуемых модельных деревьев и древесных растений.
Способ испытания древесины на содержание химических элементов в растущем дереве реализуется, например, на модельном дереве следующим образом.
После выбора в древостое модельное дерево измеряют по высоте, наклону ствола относительно вертикали (необходимо для сопоставления радиальных пластин) в соответствующую сторону для геодезической привязки модельного дерева и его спилов к сторонам света, а также определяют форму кроны, наличие внешних пороков и другие таксационные показатели. Кроме того, определяют площадь места произрастания модельного дерева, а также основные таксационные показатели окружающих его деревьев с целью последующего сопоставления при анализе экологического состояния лесного массива. Для этого также выписывают из данных лесоустройства значения таксационных показателей по изучаемому участку леса.
Модельное дерево валят, обрубают сучья, а ствол разделывают на части так, чтобы выпилить на соответствующих расстояниях кружки толщиной не менее 100 мм. Затем с пня выпиливают кружок древесины на уровне корневой шейки дерева.
На кружке древесины, например, выпиленном на уровне 1,3 м, отмечают границу водопроводящего слоя, затем отделяют кружок от коры, раскалывают на радиальные пластины, которые ориентируются по геодезическим направлениям «север - юг» и «запад - восток». До раскалывания измеряют макроструктурные параметры годичных слоев древесины. Затем на радиальных пластинах размечают линии будущих расколов так, чтобы центральный образец был симметричен относительно сердцевины. При этом сердцевина и ядровая древесина могут иметь несколько образцов. На каждой радиальной пластине отмечают середины всех образцов и измеряют радиусы от центра годичных колец на кружке. Средние и периферийные образцы раскалывают по радиусу от центрального образца так, чтобы линии раскола находились в ранней зоне годичного слоя древесины, а толщина образцов была приблизительно равной или более 10 мм.
Из кружков древесины берут периферийные образцы. Одновременно берут пробы листвы, мелких корней, а также цельные кружки из крупных ветвей и крупных корней.
Периферийные образцы, включающие в себя прирост за последние 10 лет роста модельного дерева по толщине, выкалывают в водопроводящем слое заболони древесины. Поэтому одной из сторон последнего образца станет участок цилиндрической поверхности ствола около камбиального слоя.
Отсюда следует, что по сравнению с прототипом дополнительно выполняется взятие кружков из ствола кроме высоты 1,3 м, а также из крупных ветвей и крупных корней. Кроме того, выполняют взятие образцов в виде проб для химического анализа из мелких корней, мелких веток и листвы от модельного дерева, затем выполняют сопоставление результатов их озоления и химического анализа с результатами озоления и химического анализа древесины периферийных образцов, взятых в виде кружков на различных высотах ствола, а также крупных ветвей и крупных корней, выполняют с выявлением статистических закономерностей распределения химических элементов и их групп.
По множеству модельных деревьев определяют средние значения содержания химических элементов в древесине всего древостоя.
При взятии периферийных образцов из одного кружка ствола на высоте 1,3 м озоление древесины кружков от крупных корней и крупных ветвей выполняют целиком, без разделения на радиальные пластины и без их раскалывания на сердцевинные, средние и периферийные образцы древесины по геодезическим направлениям.
Результаты озоления и химического анализа образцов и проб учитывают по ходу движения минеральных веществ от мелких корней к листве.
Для сопоставления результатов озоления и химического анализа по высоте каждого модельного дерева до его валки структурные элементы модельного дерева распределяют по следующей простейшей ранговой шкале:
0 - корни мелкие;
1 - корни крупные;
2 - ствол дерева с кружком на высоте 1,3 м;
3 - ветки крупные;
4 - ветки мелкие;
5 - листва (хвоя).
Статистические закономерности содержания химических веществ и их групп в дереве выполняют по формуле:
C=C1+C2,
,
,
где С - содержание химического вещества или группы химических веществ в структурных элементах, то есть в биологических органах, модельного дерева, % на сухое вещество;
С1 - закон гибели, являющийся частным случаем биотехнического закона, предложенного проф. П.М.Мазуркиным, и показывающий влияние корневой системы на содержание химических элементов (или их групп) в частях модельного дерева, % на сухое вещество;
С2 - закон аллометрического (показательного) роста, являющийся также частным случаем биотехнического закона, предложенного проф. П.М.Мазуркиным, и показывающий влияние кроны на содержание химических элементов (или их групп) в частях модельного дерева, % на сухое вещество;
С0 - содержание химических элементов или их групп в мелких корнях, % на сухое вещество;
r - ранг структурной части или биологического органа модельного органа, r=0, 1, 2, ..., причем r=0 для мелких корней;
a1 - активность спада (гибели) концентрации химического элемента или группы химических элементов с движением минеральных веществ с водой от мелких корней к листве от влияния корней;
а2 - интенсивность спада (гибели) концентрации химического элемента или группы химических элементов с движением минеральных веществ с водой от мелких корней к листве от влияния корней;
a3 - активность роста концентрации химического элемента или группы химических элементов от влияния листвы, при движении минеральных веществ с водой от мелких корней к листве;
a4 - интенсивность роста концентрации химического элемента или группы химических элементов в зависимости от влияния листвы, при движении минеральных веществ с водой от мелких корней к листве.
По соотношению между составляющими статистической закономерности судят об экологическом качестве модельного дерева.
Во множестве химических элементов выполняется ранжирование по убыванию их количественного содержания в листве (хвое) с выявлением статистической закономерности по формуле:
CЛ=C1+C2+C3-C4,
,
,
,
где СЛ - концентрация химических элементов в листве (хвое), % на сухое вещество;
С1 - закон гибели, являющийся частным случаем биотехнического закона, предложенного проф. П.М.Мазуркиным, и показывающий изменение содержания всех испытанных химических элементов в листве дерева, % на сухое вещество;
С0 - содержание азота в листве дерева, % на сухое вещество;
С2 - биотехнический закон стрессового возбуждения первых 3-4 по иерархии химических элементов, преимущественно кальция, калия и магния, показывающий приспособляемость деревьев данного вида ко всей популяции измеренных химических элементов, % на сухое вещество;
С3 - биотехнический закон стрессового возбуждения средних по иерархии химических элементов, преимущественно фосфора или марганца, показывающий приспособляемость деревьев данного вида ко всей популяции измеренных химических элементов, % на сухое вещество;
С4 - приспособляемость деревьев данного вида к набору химических элементов в окружающей среде колебательным возмущением с амплитудой , % на сухое вещество;
rхэ - ранг распределения химических элементов для данной породы деревьев, rхэ=0, 1, 2, ..., причем rхэ=0 для азота;
а1...а14 - параметры статистической закономерности, изменяющиеся для каждого модельного дерева.
Во множестве химических элементов выделяется кремний, по содержанию которого в химической дендрохронологии оценивается эволюционный возраст каждого вида испытуемых модельных деревьев и древесных растений.
Примеры. Результаты статистического моделирования приведены по экспериментальным данным, взятым из аналога (деревья на всех пробных площадках в среднем).
В основе всех процессов жизнедеятельности, происходящих в дереве и его частях, лежат различные химические элементы. Распределение химических элементов может быть рассмотрено относительно дерева по его высоте. При этом за начало можно принять верхушку растения или волоски корней. Вычислительные эксперименты показали, что по принципу «снизу вверх» модели точнее почти в 10 раз, чем уравнения по закономерности «сверху вниз». Поэтому ранговую шкалу принимаем по стремлению дерева к свету Солнца.
Содержание химических элементов в тех или иных органах дерева было принято по данным книги (Родин Л.Е., Ремезов Н.П., Базилевич Н.И. Методические указания к изучению динамики и биологического круговорота в фитоценозах. - Л.: Наука, 1968. - 145 с.).
Нами предлагается следующая ранговая шкала частей дерева:
0 - корни мелкие;
1 - корни крупные;
2 - ствол;
3 - ветки крупные;
4 - ветки мелкие;
5 - листва, хвоя.
Эти ранги располагаются по направлению потока минеральных веществ, необходимых для образования продуктов ассимиляции. Поэтому нулевой ранг получают мелкие корни. Остальные части дерева будем принимать за потребителей этих минеральных веществ, направляющихся к другим органам через древесинное тело. Причем листья или хвоя наиболее удалены по высоте от мелких корней.
Такая шестизначная шкала оказалась вполне достаточной для статистического моделирования данных распределения химических элементов в сухой массе частей дерева. Далее модели приведены по ели и березе, причем по всем учтенным экспериментами химическим элементам.
Ель. Содержание всех веществ без азота (% на сухое растение) определяется зависимостью (табл.1):
| Таблица 1Содержание химических веществ (без азота) в дереве ели, % на сухое вещество | |||||||
| Часть дерева | Ранг r | Факт | Расчетные значения (1) | Составляющие (1) | |||
| С | ε | Δ, % | С1 | С2 | |||
| Корни мелкиеКорни крупныеСтволВетки крупныеВетки мелкиеХвоя | 012345 | 1.290.790.370.791.442.34 | 1.290.790.370.781.452.34 | -8.1е-84.2е-6-2.0е-50.007-0.0090.003 | -0.000.00-0.010.89-0.630.13 | 1.290.720.040.000.000.00 | 0.000.070.330.781.452.34 |
Сразу же отметим, что все закономерности распределения химических элементов по частям дерева аналогичны приведенной конструкции. Поэтому можно будет дать таблицу значений эмпирических коэффициентов. Однако в этом случае сокращается содержательное описание двух процессов, из которых состоит общий процесс распределения химических элементов по дереву (на момент исследования).
Первая составляющая формулы (1) показывает долю влияния корневой системы на содержание химических элементов, а вторая - листвы или хвои. Поэтому в растущем дереве располагаются два центра притяжения химических веществ - листва (хвоя) и мелкие корни.
В табл.2 приведено общее содержание химических элементов в различных частях дерева ели по формуле:
| Таблица 2Содержание всех химических веществ в дереве ели, % на сухое вещество | |||||||
| Часть дерева | Ранг r | Факт | Расчетные значения (2) | Составляющие (2) | |||
| С | ε | Δ, % | С1 | С2 | |||
| Корни мелкиеКорни крупныеСтволВетки крупныеВетки мелкие Хвоя | 012345 | 2.001.080.481.102.023.35 | 2.001.080.481.082.043.34 | -2.1е-66.6е-6-0.0000.018-0.0220.008 | -0.000.00-0.021.64-1.090.24 | 2.000.980.040.000.000.00 | 0.000.100.441.082.043.34 |
По химическим элементам значения параметров формулы распределения по частям дерева ели приведены в табл.3.
| Таблица 3 Содержание химических элементов в дереве ели, % на сухое вещество | |||||||
| Химический Элемент | Обозначение | Параметры статистической модели | Погрешность Δ, % | ||||
| С0 | a1 | a2 | a3 | a4 | |||
| Азот | N | 0.7100 | 0.9366 | 8.5733 | 0.02172 | 2.3835 | 3.87 |
| Кремний | Si | 0.04012 | 0.2977 | 2.1516 | 4.3733е-7 | 8.4090 | 38.08 |
| Кальций | Са | 0.5300 | 0.6339 | 6.3590 | 0.1088 | 1.1919 | 22.08 |
| Калий | К | 0.2009 | 0.2692 | 2.7222 | 0.005597 | 2.9730 | 34.27 |
| Магний | Mg | 0.05285 | 0.5579 | 1.2199 | 0.001918 | 2.5293 | 60.80 |
| Фосфор | Р | 0.1100 | 1.1577 | 17.6062 | 0.005440 | 2.0461 | 28.75 |
| Алюминий | Al | 0.1919 | 1.2815 | 1.2452 | 0.006275 | 2.1445 | 84.57 |
| Железо | Fe | 0.02052 | 1.1893 | 1 | 0.0002854 | 2.2390 | ∞ |
| Марганец | Mn | 0.03031 | 0.6132 | 1 | 0.0005959 | 2.9161 | 33.89 |
| Сера | S | 0.1102 | 1.2979 | 1 | 0.008954 | 1.7025 | 6.59 |
В общем виде искомая закономерность запишется так:
где С0 - концентрация химического элемента в мелких корнях, %; а1 - активность гибели естественной закономерности поднятия химических элементов до листьев или хвои; а2 - интенсивность снижения концентрации вещества по высоте дерева; a3 - активность дерева по аллометричскому росту содержания химического элемента; а4 - интенсивность роста биотехнического возбуждения дерева по «созданию» данного химического элемента.
Таким образом, мы в некоторой степени все-таки придерживаемся концепции, согласно которой растения могут быть «алхимиками» и могут создавать необходимые для себя химические элементы. Иначе невозможно объяснить тот факт, что в дереве находится столь много химического вещества: более чем тридцатой части сухой массы листьев или хвои дерева невозможно взять только из микроэлементов почвы.
Бесконечность относительной ошибки появляется из-за нулевого фактического значения изучаемого показателя. Максимальная относительная погрешность появляется в стволе дерева. Это, по-видимому, связано с влиянием древесинного тела. Если удастся вычленить ее постоянное влияние как прошлого запаса, то, как уже отмечали в предыдущих главах, концентрация древесного сока может оказаться постоянной на всей длине ствола. Этот факт также означает, что закономерность распределения химических элементов по образующей ствола может и не существовать.
Береза. Здесь крупные ветви не изучались. Поэтому третий ранг из списка частей дерева выпадает. Для всех химических веществ (без учета азота) получена формула (табл.4):
| Таблица 4Содержание химических веществ (без азота) в дереве березы, % на сухое вещество | |||||||
| Часть дерева | Ранг r | Факт | Расчетные значения (4) | Составляющие (4) | |||
| С | ε | Δ, % | С1 | С2 | |||
| Корни мелкие | 0 | 1.50 | 1.50 | -0.00 | -0.00 | 1.50 | 0.00 |
| Корни круп |