Оценка состояния древесины рода Carpinus в Таманском лесу города Ставрополя с помощью импульсной томографии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка состояния древесины рода Carpinus в Таманском лесу города Ставрополя с помощью импульсной томографии

Минко Д.В.

студент кафедры ботаники, физиологии и биохимии растений Северо-Кавказский федеральный университет (г. Ставрополь, Россия)

Драга В.А.

студент кафедры ботаники, физиологии и биохимии растений Северо-Кавказский федеральный университет (г. Ставрополь, Россия)

Киричкова Е.В.

студент кафедры ботаники, физиологии и биохимии растений Северо-Кавказский федеральный университет (г. Ставрополь, Россия)

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлены результаты исследования состояния древесины вида Carpinus caucasica Yrossh. в Таманском лесу г. Ставрополя, выполненные с использованием метода импульсной томографии. Анализ проводился на основе данных, полученных от сканирования выборочных деревьев в разных частях леса. Импульсная томография (ИТ) представляет собой передовой неинвазивный метод диагностики состояния древесины, который открывает новые возможности для исследования внутренней структуры деревьев, выявления скрытых дефектов (гниль, полости, трещины) и оценки биомеханических свойств древесины. Полученные данные способствуют прогнозированию рисков, связанных с падением деревьев, и разработке превентивных мер по обеспечению их безопасности. Лесные экосистемы обеспечивают поддержание биогеохимических циклов, регулируют водный баланс, предотвращают эрозию почв, смягчают климатические изменения. Биоразнообразие играет ключевую роль в устойчивости и продуктивности лесов, обеспечивая их способность к самовосстановлению и адаптации к изменяющимся условиям. Исследование подчеркивает значимость применения импульсной томографии для контроля динамики роста деревьев и прогнозирования состояние лесных насаждений в долгосрочной перспективе.

Ключевые слова: деревья, импульсная томография, состояние древесины, скорость прохождения импульсов, Арботом.

ABSTRACT

Minko D.V.

North Caucasus Federal University (Stavropol, Russia)

Draga V.A.

North Caucasus Federal University (Stavropol, Russia)

Kirichkova E.V.

North Caucasus Federal University (Stavropol, Russia)

DIAGNOSIS OF THE CONDITION OF CARPINUS WOOD IN THE TAMAN FOREST OF STAVROPOL BY PULSE TOMOGRAPHY

Article presents the results of a study on the condition of Carpinus caucasica Yrossh. trees in the Taman Forest in Stavropol. The study used pulse tomography, a non-invasive technique that allows the analysis of internal structure and biomechanical properties. Data collected from scanning trees was used to analyze tree health and identify potential problems such as rot, cavities, or cracks. This information can help predict tree failure and take preventative measures to ensure safety. Forest ecosystems play a crucial role in maintaining biogeochemical cycles and regulating water balance. They help prevent soil erosion and mitigate climate change effects. By understanding the health of trees andforest ecosystems, we can manage and protect them for future generations. Biodiversity is essential to forest sustainability and productivity. Pulse tomography is important for monitoring tree growth and predicting forest health over time.

Keywords: trees, pulse tomography, wood condition, pulse rate, Arbotom.

ВВЕДЕНИЕ.

древесина carpinus импульсная томография

Граб кавказский - С. caucasica Yrossh. - теневыносливый древесный вид, играющий важную роль в формировании лесных экосистем и обладающая рядом ценных экологических свойств. Дерево высотой до 30--35 м. Выделен на Кавказе как разновидность граба обыкновенного; некоторые исследователи считают его отдельным видом. Основное его отличие от граба обыкновенного в плодах: орешки более узкие и мелкие. Ценная горно-защитная порода, нередко корни его срастаются, часто выступают на поверхность и служат преградой для падающих сверху камней.

Присутствие граба в составе насаждений свидетельствует о высоком плодородии почвы. Обильный листовой опад граба быстро разлагается, способствуя образованию мягкого гумуса, богатого минеральными элементами. Это приводит к улучшению физико-химических свойств почвы, повышению ее плодородия и влагоудерживающей способности.

Граб часто формирует второй ярус в смешанных древостоях, где он не только улучшает почву, но и способствует формированию благоприятного микроклимата, защищая почву от перегрева и иссушения. В качестве подлеска граб особенно желателен в насаждениях с плотным опадом и медленным разложением органических остатков, например, в чистых дубняках. Однако, воздействие неблагоприятных экологических факторов, механические повреждения и различные заболевания могут приводить к ухудшению состояния древесины, формированию внутренних дефектов и снижению устойчивости деревьев. Поэтому, своевременная и точная диагностика состояния древесины вида Carpinus caucasica Yrossh. является важным аспектом обеспечения безопасности и поддержания здоровья древесной растительности.

Проведенное исследование акцентирует внимание на высокой значимости импульсной томографии (ИТ) как инструмента мониторинга и управления состоянием древесных насаждений в условиях лесных экосистем. Метод позволяет осуществлять неинвазивную диагностику, выявлять скрытые дефекты и оценивать риски, связанные с безопасностью деревьев.

Цель данной работы заключается в исследовании возможности оценки состояния древесины вида Carpinus caucasica Yrossh. в Таманском лесу города Ставрополя с помощью импульсной томографии

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Данное исследование проводилось в 2024 г. и было проверено более 30 деревьев вида Carpinus caucasica Yrossh. в Таманском лесу города Ставрополя с использованием импульсной томографии.

Прибор, с помощью которого проводилось исследование, называется Arbotom® - это импульсный томограф, предназначенный для неинвазивной оценки состояния древесных насаждений. Принцип действия прибора основан на измерении скорости распространения звуковых импульсов в древесине с помощью сети сенсоров (от 2 до 24), закрепляемых на стволе дерева. Скорость распространения звука коррелирует с плотностью древесины, что позволяет выявить участки с пониженной плотностью, свидетельствующие о наличии дефектов (гниль, полости).

Рис. 1. Размещение датчиков на стволе деревьев и пути акустических измерений

Программное обеспечение Arbotom® позволяет визуализировать результаты измерений в виде двумерных (томограммы) или трехмерных моделей, отображающих внутреннюю структуру ствола дерева. На томограммах участки древесины с различной плотностью окрашиваются разными цветами, что облегчает интерпретацию данных. Участки с высокой скоростью распространения звука (здоровая древесина) обычно отображаются зеленым цветом, а участки с низкой скоростью (пораженные гнилью) - красным или оранжевым.

Модуль 3D расширяет возможности прибора, позволяя получать данные о состоянии древесины не только в одной плоскости, но и в выбранном объеме (цилиндр). Это позволяет создавать виртуальные "спилы" ствола на необходимой высоте и получать более полную информацию о распространении дефектов.

РЕЗУЛЬТАТЫ.

Учитывая результаты исследования, выяснилось, что состояние древесины вида Carpinus caucasica Yrossh. в Таманском лесу города Ставрополя с учетом различных факторов, таких как возраст деревьев, условия произрастания и антропогенное воздействие соответствует состоянию отличное.

Подавляющие большинство деревьев данного вида (около 90%) являются полностью здоровыми, никаких дефектов у них найдено не было. Остальные деревья (10%) имеют небольшие изменения в древесине, но это не является критическим, так как процент пониженной плотности не превышает 7%. Результаты можно наблюдать на рис. 2

Исследование подчеркивает необходимость периодического мониторинга состояния деревьев с использованием таких методов, как импульсная томография, для своевременного выявления и предотвращения потенциальных опасностей, так как данный вид является индикатором высокого экологического потенциала лесных экосистем.

Рис. 2. Двухмерная импульсная томография стволов вида Carpinus caucasica Yrossh

ВЫВОДЫ

На основании экспериментальных данных, проведенных в настоящей работе, могут быть сделаны следующие выводы.

1. Программное обеспечение Arbotom® позволяет визуализировать результаты измерений в виде двумерных (томограммы) или трехмерных моделей, отображающих внутреннюю структуру ствола дерева.

2. В деревьях, обследованных томографом, точно выявлено местонахождение дефекта.

3. Обследование деревьев томографом не является травматичным по сравнению с традиционным методом взятия керна.

4. Для профилактики и защиты граба от грибных заболеваний и вредителей семян его орешки необходимо протравливать химическими веществами -- фунгицидами и протравителями.

5. Визуализация результатов импульсной томографии в виде томограмм существенно упрощает интерпретацию данных и делает метод доступным для широкого круга специалистов.

6. Анализ томограмм позволяет проводить раннюю диагностику проблем, связанных со здоровьем и безопасностью деревьев, принимать обоснованные решения о проведении лесозащитных мероприятий и планировать работы по уходу за древесными насаждениями.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Закамский В.А., Севрюгин А. И. Приспособление для определения времени распространения УЗК через ствол дерева // Современные проблемы древесиноведения. - Йошкар-Ола: Изд-во МарГТУ, 1996. - С. 62-63;

2. Закамский В.А. Ультразвуковая диагностика стволов деревьев на наличие гнилей // Лесной журнал. - 2006. - № 6. - С. 21-25;

3. Соколов С. Я., Шипчинский Н. В., Ярмоленко А. В. Деревья и кустарники СССР: дикорастущие, культивируемые и перспективные для интродукции: в 6 т. -- М. ; Л. : Изд-во АН СССР, 1951. -- Т. 2: Покрытосеменные / ред. С. Я. Соколов. -- С. 174--217. -- 612 с;

4. Иванов А. Л. Конспект флоры Российского Кавказа. - Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2019. - С. 132;

5. Анучин Н. П. Лесная таксация. - М.; Л.: Гослесбумиздат, 1960. - С. 379;

6. Catena, A. Thermography reveals hidden tree decay / A. Catena //

7. Обзор современных устройств, предназначенных для исследования состояния древесины [Электронный ресурс] // drevoved.ru. - URL:http://www.drevoved.ru/Publikacii/ustrojstva.html?ysclid=ljesl6j15o276335136 (дата обращения: 25.04.2024);

8. Мельничук, И. А. Диагностика внутреннего состояния деревьев Tilia cordata Mill. с использованием комплекса аппаратуры акустической ультразвуковой томографии «Арботом ®» / И. А. Мельничук, Й. М. Йассин Солиман, О. А. Черданцева // Вестник РУДН, серия Агрономия и животноводство. - 2012. - № 5. - С. 25-32;

9. Коротков О.И., Герасимчук В.Н., Беляков В.А., Гавриленко Ю.А., Гардт Д.С., Канаева С.А., Кутайцев Г.В., Логачев И.О. Оценка фитопатологического состояния древесных растений методом ультразвуковой диагностики. Биология растений и садоводство: теория, инновации

Размещено на Allbest.ru