CC BY
12
УДК 630*18 DOI: 10.53374/1993-0135-2023-1-33-37
Хвойные бореальной зоны. 2023. Т. XLI, № 1. С. 33-37
ИМПУЛЬСНО-ТОМОГРАФНАЯ ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ПОРОД
В ГОРОДСКИХ УСЛОВИЯХ
О. С. Залывская, Н. А. Бабич
Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова Российская Федерация, 163002, г. Архангельск, набережная Северной Двины, 17
Городская экологическая система является объектом постоянного комплексного изучения.
Цель данной работы - обследование встречающихся в насаждениях Архангельской агломерации видов древесных пород при помощи комплекса аппаратуры акустической томографии «Арботом».
В работе приведены данные двумерных звуковых томограмм стволов тополя бальзамического, дуба череш-чатого, вяза шершавого, клёна остролистного, яблони ягодной, лиственницы сибирской, ясеня обыкновенного.
Согласно проведенным исследованиям данные породы рекомендуются к применению для формирования закрытых пространств в северных городах.
Методика импульсно-томографной диагностики состояния хвойных и лиственных древесных пород позволяет оптимизировать проведение исследований патологии растений и помогает в принятии решений по своевременному удалению или лечению и укреплению деревьев.
Ключевые слова: акустическая томография, качество древесины, скорость прохождения звуковых импульсов.
Conifers of the boreal area. 2023, Vol. XLI, No. 1, P. 33-37
PULSE-TOMOGRAPH DIAGNOSTICS OF THE STATE OF TREE SPECIES IN URBAN ENVIRONMENTS
O. S. Zalyvskaya, N. A. Babich
Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov 17, Severnaya Dvina Embankment, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation
The urban ecological system is the object of constant comprehensive study.
The purpose of this work is to survey the common types of dendroflora of the Arkhangelsk agglomeration in roadside, intra-block, group, alley single-breed and multi-breed plantings using the complex of acoustic tomography equipment "Arbotom".
The paper presents the data of two-dimensional sound tomograms of trunks of balsamic poplar, pedunculate oak, rough elm, holly maple, berry apple, Siberian larch, common ash.
According to the conducted research, these breeds can be recommended for use for the formation of enclosed spaces in northern cities.
The technique of pulse tomography diagnostics of the condition of tree species should be used in conjunction with other studies of plant pathologies and will help in making decisions on timely removal or conservative treatment and strengthening of trees.
Keywords: Acoustic tomography, wood quality, velocity of sound pulses.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема сохранения биоразнообразия дендроф-лоры остается актуальной как в России, так и за рубежом (Айопоу, 8ип^гоуа, МапсИ, 2020; Cowett, ВаББик, 2017; 8]бшап, ВаББик, 2015).
Ассортимент применяемых в Архангельской агломерации древесных и кустарниковых пород представлен аборигенной и интродуцированной флорой. Детальное исследование инорайонных пород и выявление устойчивых в городской среде видов представляет научный интерес (Бабич и др., 2008).
Эффективность выполняемых функций древесных насаждений на урбанизированных территориях (сани-
тарно-гигиенической, архитектурно-планировочной, декоративной) в большой степени зависит как от их породного состава, так и от состояния.
В настоящее время высокотехнологичным диагностикам санитарного состояния хвойной и лиственной арборифлоры уделяется особое внимание, поскольку в городских насаждениях запрещены отдельные способы исследований деревьев, например, определение возраста с помощью возрастного бура или путем подсчета годичных колец у срубленного дерева (Артемьев, 2004).
Цель данной работы - обследование встречающихся в насаждениях Архангельской агломерации
видов хвойных и лиственных древесных пород при помощи комплекса аппаратуры акустической томографии «Арботом».
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования проводили в течение 2020-2022 гг. в городских посадках, число наблюдений по каждому виду составляет от 11 до 30, что соответствует малой выборке. При обработке исходных данных перирова-ли общепринятыми статистическими показателями.
В работе применили импульсный томограф «Арбо-том», разработанный для проведения анализа состояния внутренней структуры деревьев. Скорость прохождения звуковых импульсов коррелирует с плотностью исследуемых тел, что позволяет получить информацию о состоянии материала данного тела.
Принцип действия прибора акустической томографии «Арботом» при исследовании деревьев основан на том, что скорость распространения звукового сигнала в древесине зависит от её плотности. Участки ствола, затронутые гнилью, имеют меньшую плотность по сравнению со здоровой древесиной. При этом плотность тем ниже, чем выше степень деструкции.
У отобранных деревьев определяли высоту, диаметр, класс возраста, отмечали тип посадки и местоположение. В зависимости от количества сенсоров и мест их расположения при работе с прибором воспроизведены двумерные или трехмерные графические построения. Датчики устанавливали согласно методическим рекомендациям к прибору на высоте 1,3 м.
При оценке состояния древостоя выделяли области градации состояний внутренней части древесины: естественная плотность (зеленый цвет), пониженная плотность (жёлтый), патологическое снижение плотности (оранжевый), образование некрозных полостей (красный). Данная условная градационная шкала состояния древесины предложена нами, опираясь на предшествующие работы учёных (Мельничук и др., 2012) и позволяет выполнить сравнительную оценку состояния древесины различных пород.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Исследования показали, что у распространенной в агломерации древесной породы - тополя бальзамического III класса возраста наблюдается увеличение суммы частей некрозных полостей и патологической снижении плотности и снижение суммы частей естественной плотности и пониженной плотности, что позволяет сделать вывод об ухудшении структуры древесины данной породы с возрастом.
У дуба черешчатого II класса возраста в строении древесины зафиксировали только две категории: естественная плотность и пониженная плотность, в III классе возраста патологическое снижение плотности достигает лишь 12 %, а образования некрозных полостей нет. Полученные данные позволяют сделать вывод об устойчивом санитарном состоянии породы.
В древесине вяза шершавого III класса возраста образуются небольшие (10 %) некрозные полости и в его строении увеличиваются зоны патологического снижения плотности древесины (с 10 до 15 %).
У клена остролистного в строении древесины присутствуют только зоны естественной и пониженной плотности и отсутствуют патологические и некрозные зоны.
У яблони ягодной III класса возраста существенно увеличивается зона пониженной плотности (с 38 до 63 %), главным образом, за счёт снижения процента зоны естественной плотности (с 52 до 20).
У лиственницы сибирской I и II класса возраста состояние древесины возраста без патологий, что позволяет сделать вывод о перспективности её применения в озеленении.
Ясень обыкновенный характеризуется равномерным состоянием древесины во II и III классе возраста, сохраняет внутренне строение без некрозных полостей, но имеет высокий процент патологического снижения плотности древесины (более 50).
Результаты проведенных исследований представлены на рис. 1 и в таблице.
Доля древесины с естественной плотностью высока у деревьев лиственницы сибирской I класса возраста, дуба черешчатого II класса возраста. С течением времени часть её заменяется на древесину с пониженной плотностью, которая не относится к патологической, не ведёт к деструкции дерева и не требует проведения компенсационных озеленительных работ.
У вяза шершавого, клёна остролистного, яблони ягодной и ясеня обыкновенного II и III класса возраста внутреннее состояние древесины соответствует здоровому.
Интерпретация данных, полученных методами акустической томографии для различных пород, подвергалась дискуссии в научных публикациях, а именно указывалось о необходимости уточнять особенности программного обеспечения, задействованные для получения значения скоростей распространения звуковых импульсов в древесине, чтобы их можно было использовать для дальнейшего сопоставления результатов (Тюкавина, 2015).
Румянцев Д. Е. (2021) отмечает, что данный прибор является полезным инструментом исследования, но его применение имеет ограничения, а именно биологически обусловленное варьирование плотности здоровой (не пораженной гнилью) древесины. Арбо-том при определенных режимах работы может ввести исследователя в заблуждение. Древесина ствола в поперечном сечении варьирует по плотности. Как правило, у хвойных наблюдается следующая закономерность: в центре ствола расположены широкие годичные кольца с малой долей поздней древесины (малая плотность), а на периферии, около коры, расположены узкие годичные кольца с большим процентом поздней древесины (высокая плотность). С учетом того, что работа Арботома построена не на четких количественных показателях скорости прохождения звука по древесине (что затруднено по биологическим причинам), а на анализе относительных значений, при определенных условиях может складываться ошибочное мнение о наличии в ядре древесины, подвергнувшейся деструкции. Однозначно данный вопрос в спорных случаях может быть разрешен с помощью отбора керном древесины (Румянцев, Фролова, 2021).
Рис. 1. Двумерные звуковые томограммы стволов деревьев (Ш класс возраста):
а - тополя бальзамического; б - вяза шершавого; в - дуба черешчатого; г - яблони ягодной; д - клёна остролистного; е - ясеня обыкновенного; ж - лиственницы сибирской
Результаты обработки данных звуковой томографии деревьев
Структура древесины, %
Порода Класс возраста Естественная плотность (зеленый цвет) Пониженная плотность жёлтый цвет) Патологическое снижение плотности (оранжевый цвет) Образование некрозных полостей (красный цвет)
Вяз шершавый II 27±2,1 63±2,2 10±0,5 -
III 35±2,0 40±2,0 15±0,5 10±0,1
Дуб черешчатый II 70±2,2 30±1,5 - -
III 45±1,8 43±1,5 12±0,6 -
Клен остролистный II 40±2,4 60±2,0 - -
III 45±0,6 55±1,5 - -
Лиственница сибир- I 90±2,5 10±1,6 - -
ская II 43±0,2 52±2,0 5±0,1 -
Тополь бальзамиче- II 17±1,0 24±1,0 23±1,0 36±2,0
ский III 20±1,2 19±1,2 21±1,0 40±2,0
Яблоня ягодная II 52±1,5 38±1,5 10±0,5 -
III 20±1,0 63±1,0 15±0,1 2±0,1
Ясень обыкновенный II 25±1,0 15±1,0 60±2,2 -
III 38±1,0 15±0,2 44±2,5 3±0,1
Рис. 2. Диаграмма внутренней структуры древесины различных пород (II класс возраста)
Для оценки состояния хвойных и лиственных пород необходимо проводить измерения с указанием условий произрастания деревьев, их возраста, таксономических и таксационных характеристик. Сравнительный анализ внутреннего состояния древесины исследованных пород по результатам звуковой томографии представлен на рис. 2.
ВЫВОДЫ
1. В ходе исследований с применением комплекса аппаратуры акустической звуковой томографии «Ар-ботом» выявлено, что породы лиственница сибирская, вяз шершавый, дуб черешчатый, яблоня ягодная, ясень обыкновенный, клён остролистный в насажде-
ниях Архангельской агломерации имеют невысокий процент патологического снижения плотности древесины (от 0 у клёна остролистного до 44 у ясеня обыкновенного) и низкий процент образования некрозных полостей (в среднем не более 2), что позволяет сделать вывод об их устойчивом состоянии.
2. Данные породы рекомендуются к применению для формирования закрытых пространств в северных городах.
3. Методика импульсно-томографной диагностики состояния древесных пород позволит оптимизировать проведение исследований патологий растений и поможет в принятии решений по своевременному удалению или лечению и укреплению деревьев.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Артемьев О. С. Методологические основы таксации городских насаждений с применением материалов дистанционных съёмок : автореф. дис.... д-ра с.-х. наук. Красноярск : СибГТУ, 2004. 35 с.
2. Бабич Н. А., Залывская О. С., Травникова Г. И. Интродуценты в зеленом строительстве северных городов : монография. Архангельск : АГТУ, 2008. 144 с.
3. Мельничук И. А., Йассин Солиман Й. М., Чер-данцева О. А. Диагностика внутреннего состояния деревьев Tilia cordata Mill. с использованием комплекса аппаратуры ультразвуковой томографии «Ар-ботом» // Вестник РУДН. Сер. Агрономия и животноводство. 2012. № 5. С. 25-32.
4. Румянцев Д. Е., Фролова В. А. Проблемы диагностики аварийности деревьев в урбанизированной среде // Принципы экологии. 2021. С. 102-119.
5. Тюкавина О. Н. О методах интерпретации результатов акустической томографии древесины сосны // Лесной журнал. 2015. № 4. С. 61-67.
6. Introduction as a way to increase biodiversity of urban dendroflora / A. M. Antonov, N. R. Sungurova, S. N. Marich [et al.] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science: conference proceedings, Krasnoyarsk, Russia / Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. - Krasnoyarsk, Russia: Institute of Physics and IOP Publishing Limited, 2020. P. 82031.
7. Cowett F., Bassuk N. Street Tree Diversity in Three Northeastern U.S. / Arboriculture & Urban Forestry 43 (1), 2017. p. 14.
8. Sjoman, H., Bassuk N. Urban Forest Resilience through Tree Selection // Variation in Drought Tolerance in Acer.Urban for Urban Greening, 2015. № 14. Рр. 858865.
REFERENCES
1. Artem'yev O. S. Metodologicheskiye osnovy taksatsii gorodskikh nasazhdeniy s primeneniyem materialov distantsionnykh s"yemok : avtoref. dis.. d-ra s.-kh. nauk. Krasnoyarsk : SibGTU, 2004. 35 s.
2. Babich N. A., Zalyvskaya O. S., Travnikova G. I. Introdutsenty v zelenom stroitel'stve severnykh gorodov : monografiya. Arkhangelsk : AGTU, 2008. 144 s.
3. Mel'nichuk I. A., Yassin Soliman Y. M., Cherdantseva O. A. Diagnostika vnutrennego sostoyaniya derev'yev Tilia cordata Mill. s ispol'zovaniyem kompleksa apparatury ul'trazvukovoy tomografii «Arbotom» // Vestnik RUDN. Ser. Agronomiya i zhivotnovodstvo. 2012. № 5. S. 25-32.
4. Rumyantsev D. E., Frolova V. A. Problemy diagnostiki avariynosti derev'yev v urbanizirovannoy srede // Printsipy ekologii. 2021. S. 102-119.
5. Tyukavina O. N. O metodakh interpretatsii rezul'tatov akusticheskoy tomografii drevesiny sosny // Lesnoy zhurnal. 2015. № 4. S. 61-67.
6. Introduction as a way to increase biodiversity of urban dendroflora / A. M. Antonov, N. R. Sungurova, S. N. Marich [et al.] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science: conference proceedings, Krasnoyarsk, Russia / Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. - Krasnoyarsk, Russia: Institute of Physics and IOP Publishing Limited, 2020. P. 82031.
7. Cowett F., Bassuk N. Street Tree Diversity in Three Northeastern U.S. / Arboriculture & Urban Forestry 43 (1), 2017. p. 14.
8. Sjoman, H., Bassuk N. Urban Forest Resilience through Tree Selection // Variation in Drought Tolerance in Acer.Urban for Urban Greening, 2015. № 14. Рp. 858865.
© Залывская О. С., Бабич Н. А., 2023
Поступила в редакцию 03.10.2022 Принята к печати 10.01.2023
