Зависимость величины электрического сопротивления прикамбиального комплекса тканей сосны от морфологических характеристик древостоя

A correlation analysis was made of the relationship between the electrical impedance of pine and the morphological characteristics of the trees. It is established that as the diameter of the barrel grows, the impedance values become lower. Bioimpedance of trees increases with decreasing crown diameter.

Key word: impedance, electric resistance of wood, trunk, category of state, height, diameter, crown, correlation analysis

Анализ литературы показывает, что для оценки состояния различных древесных пород все более популярным становится метод оценки физиологического состояния растений по параметрам электрического сопротивления прикамбиального комплекса тканей (импеданс ПКТ). Данный метод основан на прохождении электрического тока через клетки и ткани [6] и в большей степени отражают состояние водного режима растений в момент исследований [3,4]. Импеданс ПКТ как показатель водного режима прикамбиального комплекса тканей связан с деятельностью корневых систем и характеризует физиологическое состояние растений. Экспериментально доказана зависимость величины сопротивления от уровня жизнедеятельности растений. Низкие величины импеданса ПКТ стволов достоверно указывают на оптимальную влажность растительных тканей и присущи деревьям лучшего физиологического состояния [4]. Исследования подтверждают связь между годичным приростом по диаметру ствола и электрическим сопротивлением ПКТ [6], зависимость электрического сопротивления ПКТ и от геометрических размеров исследуемого объекта [1,2].

Цель: выявление зависимости величины сопротивления ПКТ сосны от морфологических характеристик, таких как диаметр ствола, диаметр кроны, высота дерева, высота кроны.

В основу оценки состояния сосновых насаждений положен метод обследования пробных площадей на территории Архангельского лесничества. Пробные площади были заложены на четырех экспериментальных участках: Набережная в окрестностях города Архангельск, сосняк разнотравный в п. Задорожник, ельник черничный в д. Бабонегово и сосняк черничный в д. Малые Карелы. В процессе работы было измерено от 10 до 13 деревьев на каждой пробной площади. У каждого дерева замеряли высоту, диаметр ствола, диаметр кроны, высоту кроны, определяли категорию состояния, импеданс в четырех положениях электродов. Замеры производили в конце июня – начале июля 2017 года, в сухую погоду, так как показатели импеданса ПКТ могут сильно варьировать в зависимости от оводненности стволов.

Категорию состояния для хвойных насаждений определяли, используя шкалы из Санитарных правил в лесах Российской Федерации, 1998.

Измерение величины импеданса ПКТ производили мультиметром Master Professional MY-62 с электродами игольчатого типа диаметром 1 мм и длиной 10 мм, выполняя при этом следующий комплекс действий:

• 1)    все измерения сопротивления проводили на высоте 1,3 м (общепринятая высота для определения таксационных характеристик отдельных деревьев и древостоев);

• 2)    все измерения сопротивления проводили в трех направлениях – горизонтальном, вертикальном и по диаметру, электроды при этом находились в следующих положения: (1-2 вертикально и 1-3 горизонтально – соответствуют северной стороне ствола, 1-4 – по диаметру ствола, 4-5 горизонтально – соответствует южной стороне ствола) (рис.1);

Рисунок 1 – Положения электродов мультиметра на стволе сосны

• 3)    электроды вводили в древесину на глубину 3-5 мм, что соответствует годичным слоям, где физиологические процессы протекают наиболее активно;

• 4)    расстояние между электродами выдерживали равным 6,5 см, исключение составляли измерения по диаметру ствола;

• 5)    записывали по три значения сопротивления в каждом положении электродов, выдерживая интервал времени в одну минуту. Затем высчитывали средние значения по данному показателю.

• 6)    импеданс замеряли у деревьев с 1 по 4 категорий состояния, исключая 5 и

• 6,    так как это сухостои, которые хорошо выделяются визуально.

• 6)    показания импеданса приводили к общей единице измерения кОМ.

• 7)    при обработке данных пользовались пакетом Microsoft Office Excel 2010 и Statistica 6.0.

На исследуемых нами пробных площадях соотношение деревьев по категориям состояния было различным (рис. 1)

Рисунок 1 – Соотношение категорий состояния сосны на исследуемых пробных площадях.

Рассмотрена зависимость между морфологическими признаками и величиной импеданса ПКТ сосны. Корреляционный анализ показал обратную зависимость между величиной электрического сопротивления ПКТ сосны от диаметра ствола в сосняке разнотравном. Было установлено, что по критерию Стьюдента с уровнем значимости 0,05 данная зависимость является достоверной (tфакт>tтабл). Зависимость значима, связь очень высокая в положениях измерения электродов по вертикали (1-2) с северной стороны и по горизонтали (4-5) с южной, высокая связь выявлена по горизонтали с северной стороны (1-3), и умеренная по диаметру ствола (1-4). В городской среде анализ связи выявил прямую достоверную зависимость между исследуемыми величинами при изменении с северной стороны ствола в положениях 1-2 и 1-3. В городе, на исследуемом участке визуально были определены две категории состояния: 1 – без признаков ослабления, 2 – ослабленные, Сильная зависимость определена в положении электродов соответствующих вертикальному положению с северной стороны ствола, и средний характер связи отмечен для горизонтального положения электродов и по диаметру. Корреляционный анализ, проведенный для вычисления зависимости в сосняке черничном выявил обратную достоверную зависимость со слабой связью по диаметру ствола. В ельнике черничном и вовсе отсутствуют достоверные связи между исследуемыми величинами, значит, распределение величин могло быть случайным (табл.1). Для наглядности зависимости электрического сопротивления ПКТ от диаметра ствола распределили величины диаметра ствола на категории крупности (рис. 2).

Таблица 1 – зависимость величины электрического сопротивления ПКТ деревьев от диаметра ствола

ПП	Положения измерения	Показатели корреляционного анализа
		R (коэффициент корреляции	Mr (ошибка коэффициента корреляции	T (достоверность связи)
Сосняк разнотра вный	1-2	-0,83271	0,09695	-8,58907
	1-3	0,61659	0,19600	-3,14587
	1-4	-0,48960	0,24043	-2,03635
	4-5	-0,76731	0,13004	-5,90057
Город	1-2	0,69066	0,11694	5,90611
	1-3	0,6343	0,13364	4,74633
	1-4	0.25879	0.20863	1.24043
	4-5	0,33492	0,19852	1,68708
Сосняк черничн ый	1-2	-0,34555	0,27847	-1,24089
	1-3	-0,54415	0,31235	-0,35447
	1-4	-0,28831	0,22259	-2,44463
	4-5	-0,39591	0,26666	-1,48470
Ельник черничн ый	1-2	-0,48009	0,24334	-1,97292
	1-3	-0,31707	0,28444	-1,11472
	1-4	0,01504	0,31616	0,04757
	4-5	-0,46932	0,24658	-1,90332

и 1-2

н 1-3

и 1-4

U 4-5

Рисунок 2 – Распределение величин диаметра ствола на категории крупности

Рисунок 1 наглядно отражает следующую закономерность: значения импеданса ПКТ тем выше, чем меньше диаметр ствола дерева. Наиболее высокие значения электрического сопротивления присущи деревьям, отнесенным к категории «мелкие» (d ствола . 8-13 см).

Зависимость величины электрического сопротивления ПКТ от диметра кроны выявила следующие особенности. В результате исследования по данным корреляционного анализа в сосняке разнотравном были установлены достоверные, обратные, высокие связи в положениях измерения 1-2 с северной стороны и 4-5 с южной. Для исследуемого объекта по городу корреляционный анализ выявил достоверную прямую связь в положении измерения электродов по горизонтали на южной стороне ствола. Данная связь является очень высокой и значимой. В сосняке черничном корреляционный анализ показал обратную зависимость от диаметра кроны по диаметру. Связь умеренная и достоверная. В ельнике черничном в положении измерения электродов по горизонтали с северной стороны связь обратная, высокая, достоверная (табл. 2).

Таблица 2 – зависимость величины электрического сопротивления ПКТ деревьев от диаметра кроны

ПП	Положения измерения	Показатели корреляционного анализа
		R (коэффициент корреляции	Mr(ошибка коэффициент а корреляции	T(достоверность связи)
Сосняк разнотравный	1-2	-0,65314	0,18133	-3,60194
	1-3	-0,48748	0,24108	-2,02207
	1-4	-0,35872	0,27554	-1,30188
	4-5	-0,61314	0,19734	-3,10702
Город	1-2	-0.02741	0.22344	-0.12267
	1-3	0.07059	0.22249	0.31727
	1-4	0.25879	0.20863	1.24043
	4-5	0.74680	0.09890	7.55106
Сосняк черничный	1-2	-0.01663	0.22354	-0.07439
	1-3	-0.21217	0.21354	-0.99358
	1-4	-0.46859	0.17451	-2.68518
	4-5	-0.02651	0.22345	-0.11864
Ельник черничный	1-2	-0.20222	0.21446	-0.94293
	1-3	-0.67654	0.12126	-5.57925
	1-4	-0.27151	0.20712	-1.31088
	4-5	0.28423	0.20554	1.38285

По данным корреляционного анализа при вычислении связи между величиной электрического сопротивления ПКТ и высотой дерева получены следующие результаты. В сосняке разнотравном во всех положениях измерения, кроме измерения по диаметру ствола, t ф _акт>t_табл. С вероятностью 95% можно говорить о том, что выявленная зависимость достоверна. Зависимость обратная и высокая. В городе корреляционный анализ выявил достоверную связь, обратную и очень высокую в положения измерения на северной стороне ствола по вертикали (1-2). В сосняке черничном в положении 1-3 связь достоверная, прямая, высокая. В ельнике черничном связь достоверная, прямая, умеренная в положении измерения 1-2, с северной стороны ствола, вертикально (табл. 3).

Таблица 3 – зависимость величины электрического сопротивления ПКТ деревьев от высоты дерева

ПП	Положения измерения	Показатели корреляционного анализа
		R (коэффициент корреляции	Mr(ошибка коэффициента корреляции	T(достоверность связи)
Сосняк разнотравный	1-2	-0,77946	0,12410	-6,28090
	1-3	-0,56568	0.21874	-2,63058
	1-4	-0,46108	0,24900	-1,85173
	4-5	-0,63372	0,18923	-3,34894
Город	1-2	-0.75371	0.09658	-7.80400
	1-3	-0.38791	0.18996	-2.04206
	1-4	-0.05390	0.22296	-0.24175
	4-5	0.08174	0.22211	0.36802
Сосняк черничный	1-2	0,16650	0.17429	0,54153
	1-3	0,60513	0.20742	3,01916
	1-4	0,08309	0.22361	0,26458
	4-5	-0,50233	0.20128	-1.56990
Ельник черничный	1-2	0.45766	0.17677	2.58901
	1-3	-0.10090	0.22133	-0.45588
	1-4	0.13349	0.21962	0.60782
	4-5	0.21544	0.21323	1.01036

При вычислении коэффициента корреляции для характеристики связи между высотой кроны и электрическим сопротивлением ПКТ дерева установлено, что в сосняке разнотравном в положении измерения по горизонтали связь обратная, высокая, достоверная. В городе корреляция достоверна в положении измерения по горизонтали с южной стороны ствола, связь прямая и высокая. В сосняке черничном и ельнике черничном корреляционный анализ показал, что связь не достоверна ни в одном положении измерения, следовательно, значения находятся в пределах случайных колебаний этих показателей в данных условиях (табл. 4).

Таблица 4 – зависимость величины электрического сопротивления ПКТ деревьев от высоты кроны

ПП	Положения измерения	Показатели корреляционного анализа
		R (коэффициент корреляции	Mr(ошибка коэффициента корреляции	T(достоверность связи)
Сосняк разнотравный	1-2	0.20159	0.21452	0.93973
	1-3	-0.60681	0.14127	-4.29539
	1-4	-0.38142	0.19108	-1.99613
	4-5	-0.19131	0.21542	-0.88808
Город	1-2	0.39369	0.18895	2.08357
	1-3	0.09250	0.22169	0.41725
	1-4	-0.16087	0.21782	-0.73855
	4-5	0.44424	0.17948	2.47515
Сосняк черничный	1-2	-0.18030	0.21634	-0.83341
	1-3	0.10039	0.22135	0.45354
	1-4	-0,24518	0.21017	-1.16658
	4-5	0.02385	0.22348	0.10672
Ельник черничный	1-2	0.03932	0.22326	0.17612
	1-3	0.05892	0.22283	0.26442
	1-4	0.29184	0.20456	1.42667
	4-5	-0.26072	0.20841	-1.25100

Выводы:

• 1.    Чем больше диаметр ствола, тем ниже показатель электрического сопротивления ПКТ сосны

• 2.    Показатель электрического сопротивления уменьшается с увеличением диаметра кроны

• 3.    Корреляционный анализ установил неоднозначную связь между высотой дерева/кроны и электрическим сопротивлением ПКТ сосны, требуются дальнейшие исследования при большей выборке