ДИАГНОСТИКА ЖИЗНЕСПОСОБНОСТИ ДЕРЕВЬЕВ ПО ТЕМПЕРАТУРНЫМ ПАРАМЕТРАМ

 

Бусыгин Г.В., Карасев В.Н., Карасева М.А. (МарГТУ, г. Йошкар-Ола, РФ)

 

The results of trees viability diagnostics and prospects of creation of local information-measuring system for monitoring forest ecological systems are stated in the given paper.

 

При изучении влияния неблагоприятных факторов среды на лес ведущая роль в общем комплексе исследований принадлежит диагностированию, так как назначение вида хозяйственных мероприятий, направленных на предотвращение усыхания насаждений, и успех решения их всецело зависят от надежности поставленного диагноза. В зоне действия промышленно-хозяйственных объектов особое значение приобретает локальный мониторинг, т.е. оперативная регистрация нежелательных последствий и изменений с периодом релаксации порядка нескольких лет.

Существующие физиолого-биохимические методы оценки жизнеспособности древесных растений остаются малопригодными для диагностики из-за своей сложности и большой трудоемкости. Гораздо большие преимущества имеют биофизические методы, такие, как биопотенциалметрия, методы, связанные с определением импеданса растительных тканей и ряд других.

Достоинствами электрофизиологических методов являются экспрессность, объективность, универсальность, точность измерения параметров, а также возможность обработки данных на ЭВМ (Рутковский И.В., Коловский Р.А.).

Наряду с электрофизиологическими развивается метод оценки жизнеспособности древесных растений по их тепловым параметрам (Карасев В.Н., 1983; 1991 и др.). По взаимосвязи между состоянием деревьев, их водным и температурным режимом можно произвести диагностику жизнеспособности древесных растений.

Термоэкспресс-метод диагностики по тепловым параметрам стволов имеет более высокую информативность, чем электрофизиологические методы. Аномалии в цикличности температуры стволов деревьев свидетельствуют об изменении их физиологического состояния вследствие воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды и предоставляют новые возможности для ранней диагностики жизнеспособности древесных растений. Тепловые методы оценки состояния деревьев, по сравнению с электрофизиологическими, обладают перспективой дистанционного получения информации.

Современные эколого-физиологические исследования лесных фитоценозов должны отвечать принципу комплексного подхода, т. е. обеспечивать получение в течение суточного цикла или более продолжительного периода времени большого объема различной информации об основных физиологических параметрах древесных растений и параметрах среды их обитания.

Поэтому практическая реализация комплексного подхода при изучении лесных, а также и других фитоценозов, возможна в полной мере лишь с применением автоматизированных многоканальных  информационно-измерительных систем, обеспечивающих преобразование и запись необходимой эколого-физиологической информации непосредственно в полевых условиях при автономном энергопитании и минимальном привлечении исследовательского персонала. Подобные системы следует рассматривать как первичное и наиболее важное звено сбора информации для лесного и экологического мониторинга с последующей обработкой собранной информации на ЭВМ и хранением ее в банке данных с целью дальнейшего использования при прогнозировании состояния лесных биоценозов.

Расширение возможностей аппаратуры для автоматизации исследований в области экологии и организации мониторинга лесных экосистем во многом связано с разработкой новых портативных первичных преобразователей информации о состоянии окружающей среды, физиологическом состоянии растительных объектов, созданием целевого программного обеспечения, стандартизацией измерительных процессов, введением дополнительных периферийных устройств.

В связи с этим был разработан и изготовлен действующий макет многоканального прибора для исследования температурного режима деревьев. Во время экспериментов одновременно проводились измерения температуры воздуха и температуры деревьев хвойных пород в следующих точках:

- в прикорневой зоне;

- в прикамбиальном комплексе тканей (ПКТ);

- на внешней поверхности коры;

- в корнеобитаемом слое почвы;

Проведенные натурные эксперименты показали следующее:

- метод обладает высокой оперативностью и позволяет диагностировать физиологическое состояние деревьев без их повреждения;

- для оптимизации условий проведения диагностики деревьев возможно применение устройств дистанционного измерения температуры коры, например, портативных пирометров;

- наиболее высокую информативность о жизнеспособности деревьев имеют параметры, характеризующие температуру водопроводящей ткани стволов;

- температурные параметры коры в значительной мере зависят от ее толщины и температуры окружающего воздуха.

Диагностику жизнеспособности по температурным параметрам можно использовать для предварительной оценки физиологического состояния древостоя, например в тех случаях, когда достаточно распределения состояний на 2 – 3 градации (см. рис.).

Рисунок - Температурный режим деревьев различных рангов жизнеспособности

 

С учетом опыта эксплуатации макета прибора в МарГТУ разрабатывается в рамках гранта РФФИ за 2005г. локальная информационно-измерительная система, предназначенная для проведения экспресс измерений электрофизиологического и температурного режима деревьев, а также параметров окружающей среды. ИИС содержит шестнадцать измерительных каналов, микропроцессорный блок сбора информации и устройство хранения данных (ЗУ) объемом 256 кбайт. Режим работы ИИС определяется программой, записываемой в память микропроцессора АТ89S52. Измеренная информация накапливается в ЗУ. По окончании эксперимента ЗУ транспортируется в центр экологического мониторинга, и информация переписывается в общую базу данных.

Разработка новых методов и аппаратных средств, создание баз данных позволят решать широкий круг задач фундаментальных исследований закономерностей развития, состояния и продуктивности лесных экосистем.

 

Литература

1.    Карасев В.Н. Физиология растений: Учебное пособие. – Йошкар – Ола: МарГТУ, 2001. – 304 с.

2.    Карасев А.В., Карасев В.Н. Автоматизация комплексных исследований элементов биоразнообразия лесных экосистем // Материалы научной конференции проф.-препод. состава, докторантов, аспирантов, сотрудников МарГТУ. – Вып. 2. – Ч. 2. – Йошкар – Ола, 1996. – С. 30-31.

3.    Карасев В.Н. Термоэкспресс – метод ранней диагностики физиологического состояния древесных растений// ВДНХ СССР: Информ. бюлл. – 1983. – 5 с.

4.    Коловский Р.А. Биоэлектрические потенциалы древесных растений. – Новосибирск: Наука, 1980. – 176 с.

5.    Рутковский И.В., Кишенков Ф.В. Применение электрофизиологических методов в лесовыращивании// ЭИ ЦБНТИ Гослесхоза СССР. – Лесоведение и лесоводство. – 1980. – Вып. 3. – 40 с.