Деревья как высшие растения в любом возрасте способны ежегодно накапливать информацию об экологическом состоянии территории, на которой они произрастают. Поэтому дерево, в частности ель, является великолепным регистрирующим экологическую ситуацию прибором [1]. Однако в настоящее время недостаточно изучены свойства хвои деревьев ели, а также не определены показатели экологического состояния и критерии оценки хвоинок ели, с помощью которых можно однозначно и достоверно проводить экологический мониторинг места произрастания ели.
Цель статьи - показать закономерности потери влаги по массе собранными пробами хвои с учетных деревьев ели, растущих в условиях лесной экосистемы.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1) отобраны пробы хвои молодых деревьев ели, растущих на территории лесной экосистемы;
2) методом статистического моделирования в программной среде Curve Expert 1.3 определены закономерности изменения параметров динамики потери влаги хвоей деревьев ели, такие как начальная масса влаги в пробах и время достижения постоянной воздушно-сухой массы проб хвои;
3) рассчитана средняя скорость обезвоживания для всех собранных с учетных деревьев ели проб хвои.
Для проведения эксперимента были отобраны четыре молодых деревца ели европейской, или обыкновенной Picea аbies, растущих на территории учебно-опытного лесхоза Марийского государственного технического университета (46 квартал, 1 выдел). Расстояние от автомобильной дороги было более 50 м. Причем движение автомобильного транспорта на данной дороге, прилегающей к участку леса, выбранному для проведения эксперимента, характеризуется как неинтенсивное. Кроме того, деревья ели отбирали так, чтобы они находились друг от друга примерно на расстоянии 10 м вдоль поперечного створа по мере удаления от дороги.
После на каждом учётном дереве ели выбирали одну мутовку, затем выбирали ветвь первого порядка внутри выбранной мутовки с измерением геодезического направления её стебля с помощью компаса. Затем с конца стебля срезали основную пробу в виде веточки для анализа влаго-удерживающей способности ее хвои. После срезки каждую веточку помещали в емкость для транспортировки, а затем на срезанных веточках в лабораторных условиях отделяли хвою от стебля. В дальнейшем пробу хвои многократно взвешивали с сушкой в комнатных условиях до достижения постоянной массы.
На учетном дереве ели ветви первого порядка, с которой срезали пробы веточек, выбирали в четырех направлениях света.
С ветвей первого порядка с конца стебля срезали веточки примерно на высоте 1,3 м от уровня земли в виде проб для анализа их влагоудерживающей способности.
При отборе пробы для проведения анализа влагоудерживающей способности на учетном дереве ели с каждой стороны света срезалась только одна веточка, причем срезка проводилась после вегетационного периода, в начале января 2009 г. и для анализа отбирались веточки только с однолетней хвоей.
Емкости для транспортировки каждой пробы от места срезки до лаборатории изготовляли в виде открытых бумажных пакетов. На каждом пакете отмечали время срезки пробы, направление стороны света, а также номер учетного дерева ели, с которого собирали пробы веточек для анализа. Пробы взвешиваемой хвои хранили в комнатных условиях в других ёмкостях, выполненных в виде незакрытых бумажных коробочек, на которых записывались также номер учетного дерева ели и направление света, в котором была срезана с конца стебля ветви первого порядка проба веточки для анализа влагоудержи-вающей способности ее хвои.
В табл. 1 приведены значения массы проб хвои для учетного дерева ели № 2.
В комнатных условиях проводили изучение динамики потери влаги, содержащейся в пробах по замерам массы проб хвои. Замеры массы проб хвои проводили на весах марки Vibra AJ-420 CE с точностью 0,001 (±0,0005) грамм. Причем первый замер массы проб хвои был проведен примерно через полчаса после срезки проб веточек деревьев ели, когда пробы веточек были доставлены в лабораторию и хвоя отделена от стебля веточки. В первые шесть часов после срезки взвешивание проводили через каждый час, затем через каждые три часа, а на вторые и в последующие сутки недели - также через каждый три часа. Потом несколько суток пробы взвешивали два-три раза в светлое время суток, а далее в течение нескольких дней - один раз днём, после один раз в несколько дней и в конце - один раз в неделю. Причем замеры проводили, пока их масса не достигала постоянного значения при колебании массы в пределах ошибки взвешивания.
Данные измерений массы проб хвои ели подвергали статистической обработке [2, 3] в программной среде Curve Expert 1.3.
Статистическим моделированием выявили модель динамики потери влаги пробой хвои, например, собранной с дерева ели № 2 с северной стороны света в виде формулы:
m=mв0 exp (-a1ta2) + mc = 0,247497 exp (-1,011468t0,838073) + 0,19196
Где m - динамическая масса пробы в ходе процесса естественной сушки, г;
шв0 - начальная масса влаги в пробе, г;
шв0 exp(-a1ta2) - переменная масса теряемой пробой влаги, изменяющаяся по закону гибели (спада), г;
mc - постоянная масса воздушно-сухих иголок с учетом гигроскопической их влажности и их сухой древесной массы, г;
t - время естественной сушки с момента срезки пробы, сутки.
На рис. 1 представлен график потери влаги пробой хвои, собранной с учетного дерева ели № 2 с северной стороны света.
Как видно на рис. 1, процесс потери влаги хвоей дерева ели протекает по закону экспоненциальной гибели (спада) до постоянной воздушно-сухой массы иголок mc.
При моделировании динамики потери влаги хвоей, собранной с других сторон света, а также для других учетных деревьев ели были получены аналогичные результаты.
Остатки или абсолютные погрешности после моделирования статистической модели потери влаги пробами хвои, собранных с северной стороны учетных деревьев ели, приведены на рис. 2.
По полученным статистическим моделям потери влаги рассчитывали время достижения постоянной массы хвои T и начальную массу влаги в пробе mв0.
Для всех проб рассчитывали среднюю скорость обезвоживания по выражению:
где V - средняя скорость обезвоживания пробы хвои, г/сутки;
T - время достижения комнатной воздушно-сухой массы mc, сутки.
В табл. 2 представлены средние скорости обезвоживания проб хвои у деревьев ели.
На рис. 3 приведен график по экспериментальным точкам, на котором показано изменение скорости обезвоживания собранных проб хвои с деревьев ели по четырем сторонам света для четырех учетных деревьев ели.
Как видно на рис. 3, средняя скорость обезвоживания собранных проб хвои неодинакова по сторонам света. По-видимому, по азимуту происходит закономерное изменение средней скорости обезвоживания хвоинок, что требует экспериментов со всеми мутовками на одной высоте дерева ели.
Указанный экологический показатель у разных деревьев ели колеблется значительно, что указывает на хорошую экологическую информативность принятого показателя средней скорости обезвоживания. Особенно заметно отличие средней скорости обезвоживания для деревьев № 2 и дерева № 3. Их можно сопоставлять по условиям места произрастания, влияния солнечной освещенности и ветрового давления.
Полученные расчетные значения средней скорости обезвоживания хвои для дерева ели № 2 и дерева ели № 3 были сравнены по t-критерию Стьюдента. В табл. 3 представлены результаты сравнения обеих статистических выборок.
Как видно из данных табл. 3, средняя скорость обезвоживания для дерева ели № 2 и дерева ели № 3 различаются значительно (при уровне значимости меньше 0,05).
Таким образом, по мере удаления от дороги деревьев ели средняя скорость обезвоживания проб хвои уменьшается значительно, что позволяет использовать данный показатель для оценки экологического состояния и других видов деревьев, растущих около учетных деревьев ели. А также по средней скорости обезвоживания проб хвоинок на веточках мутовок ели можно будет судить о жизнестойкости самих растущих деревьев ели и экологическом режиме на земельных участках их места произрастания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Мазуркин, П. М. Экологический мониторинг (способы испытания деревьев). Учебное пособие / П.М. Мазуркин. -Йошкар-Ола: МарГТУ, 2003. - 224с.
2. Попова, А. О. Динамика естественной сушки срезанной ветки ели / А.О. Попова // Сб. материалов международ. конф. -В 3 ч. - Ч. 1. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2008. - С. 158-159.
Попова А. О. Динамика потери влаги веточками и верхушками мутовок молодых деревьев ели / А. О. Попова // Наука в условиях современности: сб. статей студентов, аспирантов, докторантов и преподавателей МарГТУ по итогам научно-технической конференции в 2008 г. -Йошкар-Ола: МарГТУ, 2008. - С. 160-163.