Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,570

Закономерности удержания и потери влаги хвоёй ели

Мазуркин П.М. Попова А.О.

Растущие деревья способны погло­щать большое количество загрязняющих веществ, находящихся в атмосферном воздухе. Поэтому при проведении эколо­гического мониторинга [3] окружающей среды возможно использование показате­лей жизнеспособности деревьев [1], в частности закономерностей потери влаги собранными пробами хвои с учетных деревьев ели.

Недостатками известных способов оценки потери влаги хвоей деревьев ели являются неточность анализа водоотдачи хвоей ели. При этом не берутся пробы в виде целых веточек, срезаемых с учетного дерева ели в различных геодезических направлениях. Причина в том, что не определены характерные места у мутовок ели для взятия проб в виде веточек. Это не позволяет провести анализ экологиче­ской   обстановки   места  произрастания учетного дерева ели, а также по получен­ным в лабораторных условиях статисти­ческим данным на пробах хвоинок с вето­чек четко ориентированных в пространст­ве мутовок каждой учетной ели.

В брошюре [1] предлагается крите­рий - время потери половины массы вла­ги, содержащейся в хвое. Однако прекра­щение взвешиваний проб хвои после по­тери более 50 % их исходной массы при­водит к невозможности определения та­ких показателей динамики процесса вла-гоудерживания как начальная масса влаги в пробе, время достижения комнатной воздушно-сухой массы и средняя ско­рость обезвоживания пробы хвои деревь­ев ели. Таким образом, существующие способы оценки потери влаги не позволя­ют измерять показатели процессов удер­живания или потери влаги, а по получен­ным данным невозможно проводить ана­лиз влагоудерживающей способности проб хвоинок, собранных с учетных де­ревьев ели.

Цель статьи - показать основные за­кономерности удерживания и потери вла­ги пробами хвои учетных деревьев ели, а на их основе кратко изложить методику экологической оценки территории их мес­та произрастания.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1.    определены статистические харак­теристики процесса влагоудерживания пробами хвои отдельных веточек, срезан­ных с учетных деревьев ели, произра­стающих на лесной территории, то есть в экологически чистых условиях развития и роста лесных деревьев;

2.    определены статистические харак­теристики процесса влагоудерживания пробами хвои веточек, срезанных с учет­ных деревьев ели, растущих на террито­рии г. Йошкар-Олы, то есть в условиях активного загрязнения деревьев ели атмо­сферным воздухом;

3.    определены закономерности удер­живания влаги пробами хвои деревьев ели.

Для экологического обследования территорий были взяты деревья ели евро­пейской, или обыкновенной Picea аЫеБ [2]. На территории учебно-опытного лес­хоза Марийского государственного тех­нического университета (46 квартал, 1 выдел, расстояние от автомобильной дороги брали более 50 м) были выбраны четыре молодых деревца ели в возрасте 15-20 лет. Деревья выбирали по мере их удаления от автомобильной дороги (возрастающий номер). На учетном дере­ве ели выбирали мутовку, затем ветвь первого порядка внутри мутовки с изме­рением геодезического направления ее стебля, с конца стебля срезали основную пробу в виде одной веточки. Для анализа влагоудерживающей способности хвои после срезки каждую веточку помещали в емкость для транспортировки в виде неза­крытых бумажных пакетов. В лаборатор­ных условиях на всех срезанных веточках отделяли хвоинки от стебля, пробы хвои складывали для естественной сушки в бу­мажные незакрытые коробки, на которых фиксировали номер учетного дерева, а также направление стороны света, в кото­ром была срезана проба в виде веточки. Каждую пробу многократно взвешивали с сушкой в комнатных условиях до дости­жения ею постоянной массы. Замеры мас­сы проб хвои проводили на весах марки Vibra AJ-420 CE с точностью 0,001 (±0,0005) грамм.

На каждом учетном дереве ели ветви первого порядка выбирали в четырех на­правлениях света. С ветвей первого по­рядка веточки для анализа влагоудержи-вающей способности хвоинок срезали с конца стебля примерно на высоте 1,3 м от корневой шейки ствола. Причем пробы собирали вне вегетационного периода в январе 2009 г.

В комнатных условиях потерю содер­жащейся в пробах хвои влаги замеряли по динамике массы хвоинок, причем в пер­вые сутки взвешивание проводили через каждый час в первые 6 часов после срез­ки, затем через каждый три часа. В после­дующие сутки первой недели - также че­рез каждый три часа, потом несколько суток замеры выполняли два-три раза днём, далее в течение нескольких дней -один раз в день, а после один раз в не­сколько дней и в конце опытов один раз в неделю. Причем замеры проводили, пока масса пробы не достигала постоянного значения при колебании в пределах по­грешности весов.

На территории центра г. Йошкар-Олы были проведены аналогичные экспери­менты для изучения влагоудерживания проб хвои деревьев ели, растущих в усло­виях активного загрязнения атмосферным воздухом. Для проведения опытов по изу­чению влагоудерживающей способности хвои деревьев ели были выбраны три пробные площадки:

 


2) Участок № 2 - площадка рядом с  центральным входом в корпус № 1 Марийского государственного технического университета, где учётные деревья стоят в один ряд, причем кроны плотно сомкнуты, а с восточной стороны площадки расположена   автомобильная   стоянка.   На     рис. 2 представлена схема расположения учетных деревьев ели на участке исследования № 2

3) Участок № 3 расположен вдоль ул. Советская напротив спорткомплекса Юбилейный, причем учетное дерево № 1 на данной пробной площадке растет у светофора на пересечении ул. Панфилова с ул. Советская.

На рис. 3 представлена схема распо­ложения учетных деревьев ели на участке исследования № 3.


Как видно на рис. 1, 2 и 3 все участки исследования, располагаются непосредст­венно рядом с городскими автомагистра­лями, причем участок № 3 - размещен вдоль автомобильной дороги и одновре­менно с юго-западной его стороны распо­лагается перекресток с интенсивным автомобильным движением, а вдоль участка № 2 размещена автомобильная стоянка.

На каждой пробной площадке также были выбраны по четыре дерева ели, с которых срезали пробы в виде веточек для изучения влагоудерживающей спо­собности их хвои. Возраст учетных де­ревьев ели составляет 25-30 лет. Пробы собирали вне вегетационного периода в конце февраля 2008 г. Методика проведе­ния анализа процесса потери влаги хвоей деревьев ели, растущих в условиях актив­ного загрязнения атмосферным воздухом аналогична методике анализа влагоудер-живания хвои деревьев, растущих в на территории леса. Ее отличие заключалось только в том, что с конца стебля боковой ветви срезали по три веточки, так как для проведения эксперимента использовались менее точные лабораторные весы марки ELB 600 с точностью до 0,05 г. Кроме то­го, замеры массы собранных проб хвои­нок проводили по следующей схеме: в первые сутки - через каждые три часа, в последующие несколько суток - два-три раза днём, а затем в течение двух недель -один раз днём и далее один раз в неделю, пока масса проб хвои не достигала своего постоянного значения.

Далее статистические данные измере­ний массы собранных проб хвои в про­цессе естественной сушки подвергали статистической обработке в программной среде Curve Expert 1.3.

Идентификацией выявили модель ди­намики удерживания и потери влаги в ви­де формулы:

где m - переменная масса пробы в ходе процесса естественной сушки, г; me - пере­менная масса влаги в пробе, г; me0 - на­чальная масса влаги в пробе после срезки, г; mc - масса высушенных иголок, г; t - вре­мя сушки с момента срезки пробы, сутки.

На рис. 4 представлен график удержи­вания и потери влаги пробой хвои веточ­ки, срезанной с южной стороны с учетно­го дерева ели № 1 (участок № 1 на терри­тории г. Йошкар-Олы).

Графики динамики удерживания и потери влаги пробами хвои веточек, сре­занных с других учетных деревьев ели, а также в других направлениях света аналогичны.

Первая составляющая me формулы биотехнической закономерности (1) пока­зывает, что процесс естественной сушки протекает по закону гибели (спада) в об­щей форме, а вторая составляющая mc -что потеря влаги будет проходить до не­которого постоянного значения массы влаги в пробе [4, 5].

На рис. 5 представлена схема динами­ки массы проб хвоинок, срезанных с вето­чек от учетных деревьев ели.

После срезки веточки исходная масса пробы хвои состоит из исходной массы влаги me0 и массы сухих иголок mc. При сушке масса влаги в пробе снижается по закону экспоненциальной гибели, и она в каждой момент времени высыхания со­стоит из суммы массы удерживаемой клетками влаги me и массы сухих иголок mc. Скорость убывания массы влаги вна­чале высока, особенно в первые шесть часов после срезки веточки, а затем она постепенно уменьшается. Масса хвои уменьшается до постоянного значения и затем происходит ее колебание вокруг него в связи c изменением комнатной влажности.

Как видно на рис. 5, площадь под гра­фиком показывает процесс влагоудержи-вания по формуле (1). А процесс обезво­живания пробы определяется площадью над графиком, поэтому динамика потери влаги характеризуется разницей m0 - m и формулой

Значение me0 начальной массы влаги в пробе хвои учетного дерева ели можно узнать только после идентификации био­технической закономерности (1) относи­тельно результатов нового эксперимента.

Для всех проб рассчитывали среднюю скорость обезвоживания по выражению:

где - средняя скорость обезвоживания собранных проб хвои с учетных деревьев ели, г/сутки; Т - время достижения ком­натной воздушно-сухой массы mc пробами хвои, сутки. Одновременно этот экологи­ческий показатель характеризует и сред­нюю скорость влагоудерживания пробой, однако термин «скорость обезвоживания» пробы хвои предпочтительнее. Производ­ная от формулы (2) даст переменную ско­рость обезвоживания растений.

В  табл.   1   представлены  значения средней   скорости   обезвоживания хвои веточек, срезанных со всех учетных деревьев ели.

В табл. 1 имеются прочерки. Они оз­начают, что на учетных деревьях ели № 2 и № 3 на городском участке № 2 с южной стороны света нет живых ветвей. Также в табл. 1 можно заметить, что у некоторых деревьев ели, растущих в г. Йошкар-Ола, имеются резкие различия в значениях средней скорости обезвоживания проб хвои собранных со срезанных веточек с учетных деревьев ели (например, деревья на городском участке № 2). Это происхо­дит в связи с тем, что указанные учетные деревья ели в данных геодезических на­правлениях плотно закрыты ветвями со­седних деревьев.

 

На рис. 6 представлен график, на ко­тором показаны средние скорости обезво­живания проб хвои (ордината) собранных со срезанных веточек с учетных деревьев ели с северной стороны света на город­ском участке № 3. Причем деревья на данной пробной площадке своей северной стороной выходят на автомобильную до­рогу, а сами расположены в один ряд по мере удаления от перекрестка с интенсив­ным автомобильным движением. Номера деревьев приняты по удалению от пере­крестка (абсцисса).

Как видно из точек на рис. 6, значение скорости обезвоживания у учетных де­ревьев ели с северной стороны на город­ском участке № 3 достигает максималь­ного значения на некотором удалении от перекрестка с интенсивным автомобиль­ным движением, и далее снова убывают.

Поэтому точка максимальной концен­трации загрязняющих веществ также на­ходится на удалении от края автомобиль­ной дороги.

 

На рис. 7 представлены эксперимен­тальные графики, которые показывают динамику средней скорости обезвожива­ния проб хвои, собранных со срезанных веточек со всех учетных деревьев ели на всех площадках исследования.

Графики показывают, что значения скорости обезвоживания собранных проб хвои с учетных деревьев ели существенно отличаются для проб хвои веточек, сре­занных с разных учетных деревьев ели.

При анализе полученных значений средней скорости обезвоживания проб хвои деревьев ели были выявлены суще­ственные различия для разных пробных участков по t-критерию Стьюдента при 5 %-ном уровне значимости.

На основе результатов экспериментов можно сделать следующие выводы:

1)   показатель средней скорости обез­воживания может быть применен для эко­логической оценки воздействий загряз­няющих веществ на окружающую среду из-за высокой чувствительности проб хвои к обезвоживанию после срезки вето­чек с мутовок ели;

2)   максимальное значение скорости обезвоживания проб хвои, собранных с учетных деревьев ели, находится на неко­тором удалении от перекрестка дорожно­го движения, что можно использовать при оценке уровня загрязнения от автотранс­порта, поэтому нужно вводить в экспери­менты   параметр   расстояния   от   края дороги;

3) с помощью средней скорости обезвоживания у проб хвои учетных деревьев ели можно выявить экологические условия произрастания лесных и городских деревьев ели.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1.    Демаков, Ю. П. Защита растений. Жизнеспособность и жизнестойкость дре­весных растений: Учебное пособие / Ю.П. Демаков. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. - 76 с.

2.    Казимиров, Н. И. Ель / Н. И. Казими­ров. - М.: Лесная пром-сть, 1983. - 80 с.

3.    Мазуркин, П. М. Экологический мо­ниторинг (способы испытания деревьев). Учебное пособие / П.М. Мазуркин. -Йошкар-Ола: МарГТУ, 2003. - 224 с.

4.    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.

5.  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.


Библиографическая ссылка

Мазуркин П.М., Попова А.О. Закономерности удержания и потери влаги хвоёй ели // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2009. – № 3. – С. 9-0;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=1 (дата обращения: 22.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074