CC BY
50
УДК 630*568:712.4.01 Е.В. Сомов, Н.В. Выводцев
ВОЗРАСТНАЯ ДИНАМИКА РАДИУСОВ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПРОЕКЦИИ КРОН СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В НЕКОТОРЫХ ТИПАХ ГОРОДСКИХ ПОСАДОК (НА ПРИМЕРЕ г. ХАБАРОВСКА)
В статье приведены результаты исследований по изучению зависимостей радиусов горизонтальной проекции крон сосны обыкновенной от возраста и параметров структуры насаждений в однорядных и парных посадках на территории г. Хабаровска.
Ключевые слова: сосна обыкновенная, городские посадки, радиусы горизонтальной проекции крон, возрастная динамика, параметры структуры насаждений.
E.V. Somov, N.V. Vivodtsev AGE DYNAMICS OF THE CROWN PLAN RADIUSES OF THE SCOTS PINE IN SOME TYPES OF URBAN PLANTINGS (ON THE EXAMPLE OF KHABAROVSK CITY)
The research results on studying the dependences of the crown plan radiuses of the Scots pine on age and planting structure parameters in one-rank and coupled plantings on the Khabarovsk city territory are given in the article.
Key words: Scots pine, urban plantations, crown plan radiuses, age dynamics, planting structure parameters.
Введение. Объекты ландшафтной архитектуры с течением времени претерпевают естественные изменения объемно-пространственных характеристик, связанные с возрастной изменчивостью растений. Игнорирование фактора времени в процессе ландшафтного проектирования приводит к утрате художественного образа ландшафтных композиций и деградации зеленых насаждений. Значительные особенности возрастной динамики биометрических показателей деревьев и насаждений обусловлены параметрами структуры посадок (тип посадок, шаг посадки, ширина междурядья и т.п.), которые также закладываются на стадии проекта. Исследования, касающиеся изучения влияния структурных параметров насаждений на возрастную динамику объемно-пространственных характеристик различных древесных пород в условиях разных городов, несмотря на существование базисных разработок в этой области [1; 5], фрагментарны.
Цель исследований. Изучить зависимости радиусов горизонтальной проекции крон сосны обыкновенной от возраста, расстояния между деревьями и ориентации насаждений относительно сторон света на примере однорядных и парных посадок в условиях г. Хабаровска и разработать соответствующие регрессионные модели.
Объекты и методы исследований. В качестве объектов исследований отбирались насаждения сосны, произрастающие на территориях общего и ограниченного пользования изолировано (в условиях отсутствия влияния других насаждений, зданий, сооружений и т.п.). С целью увеличения объема выборок допускалось включение насаждений, испытывающих влияние отдельных небольших деревьев, кустов, оград из штакетника и сетки, невысоких построек при условии, что данное влияние не направлено на конкретный изучаемый показатель. В связи с этим объемы выборок для одного и того же типа посадок варьируют для различных радиусов кроны в некотором диапазоне, в частности, для однорядных посадок (возраст 15-55 лет, 36 деревьев в ряду со средним шагом посадки 2-4,7 м) - 53-60 насаждений; для парных посадок (возраст 1555 лет со средним расстоянием между деревьями 1,5-6,7 м) - 75-78 насаждений. Рассматриваемые посадки имеют различную ориентацию относительно сторон света.
Для измерений выбирались деревья без дефектов, нормального роста и развития, образующие между собой совокупности с типичными чертами изучаемых насаждений. Измерения радиусов горизонтальной проекции кроны производились в восьми направлениях [4] с точностью 0,1 м с помощью мерной ленты и шеста.
Для однорядных посадок использовался следующий подход: одно из деревьев, не являющееся первым от края, идентифицировалось как дерево «А» так, чтобы последующие деревья («В», «С» и т.д.), также выбранные для измерения, находились справа. Тогда радиус кроны Ш измерялся от оси дерева «А» под углом 90° к направлению А^В против часовой стрелки, остальные радиусы (Р2, Р3 и т.д.) через 45° от радиуса Р1 по часовой стрелке (рис. 1). Аналогично измерялись радиусы кроны деревьев «В», «С» и т.д.
Рис. 1. Схема измерений радиусов горизонтальной проекции крон на примере однорядного насаждения
Кроме того, в насаждении измерялись расстояния между деревьями и магнитные азимуты направлений A^B, C^D и т.д. По измеренным значениям магнитных азимутов рассчитывали средний географический азимут насаждения ^). Возраст деревьев определялся путем подсчета мутовок.
Ввиду наличия в рассматриваемых типах посадок особенностей формирования различных частей кроны, измеренные радиусы подразделялись на три группы, испытывающие различную степень влияния со стороны соседних деревьев:
Rf - радиусы в направлении открытого пространства, соответствующие частям кроны, не испытывающие влияния соседних деревьев данного насаждения ^1, R5 на рис. 1);
^ - радиусы кроны вдоль линии влияния соседнего дерева ^3, R7 на рис. 1);
- радиусы, занимающие положение между Rf и ^, соответствующая часть кроны которых испытывает влияние соседнего дерева, но имеет больше свободы по сравнению с ^ ^2, R4, R6, R8 на рис. 1).
Измерения радиусов кроны в парных посадках производились аналогично однорядным. Здесь деревья «A» и (Ш» являются крайними деревьями ряда ^1 и O2 на рис. 1), крона которых асимметрична вдоль линии насаждения ^3 + R7). В связи с этим группе радиусов ^ соответствуют R1, R5-R8 для дерева «A» и R1-R5 для дерева «B»; группе ^ соответствуют R3 для дерева «A» и R7 для дерева «B»; группе Rhf-os соответствуют R2, R4 для дерева «A» и R6, R8 для дерева «B».
Выбор уравнения для моделирования возрастной динамики радиусов кроны осуществлялся при наличии следующих условий и обстоятельств: желательность включения в разрабатываемые модели в качестве влияющих факторов (кроме возраста) дополнительных переменных, определяющих структуру насаждений; пассивный эксперимент, обусловивший небольшие объемы выборок и отсутствие в структуре исходных данных информации о стадии асимптотического приближения радиусов кроны к предельному значению; наличие зависимости дисперсии регрессионных остатков от возраста насаждений. Учитывая вышесказанное, в данной работе в качестве исходной функции использовалась логарифмическая функция:
R = Ь0 + Ь1 !п A + e,
где R - средний радиус крон соответствующей группы радиусов;
A - возраст насаждения; e - случайная составляющая.
Эффекты от влияния дополнительных переменных выражались в модели в виде воздействий на параметры исходной функции.
Влияние ориентации насаждений относительно сторон света на возрастную динамику радиусов кроны изучали в отношении группы радиусов Rf, опираясь на следующие теоретические соображения: при Ag = 90°
насаждение расположено с запада на восток, и часть кроны деревьев, ориентированная на север, развивается предположительно хуже части кроны, ориентированной на юг, т.е. R1 < R5 (рис. 2, а).
Рис. 2. Предполагаемые изменения радиусов кроны Rf в зависимости от ориентации однорядных или парных посадок относительно сторон света: а - схема условного насаждения AB; б - цикл изменений радиусов Rf; в - линейная аппроксимация зависимостей Rf = f(Ag) в полупериоде Ag
При Ag = 180° насаждение ориентировано с севера на юг, и здесь R1 = R5, при чем R1 увеличился по сравнению с предыдущим расположением насаждения, а R5 уменьшился. При Ag = 270° насаждение ориентировано с востока на запад, но R1 теперь обращен на юг и поэтому больше, чем R5; здесь R1 еще более увеличился, а R5 уменьшился. При Ag = 0(360)° насаждение ориентировано с юга на север, когда R1 = R5, но R1 уменьшился по сравнению с предыдущим расположением насаждения, а R5 увеличился. При переходе к положению Ag = 90° R1 продолжает уменьшаться, а R5 увеличиваться до соотношений первоначальной исходной позиции. Очевидно, что имеет место цикл изменений R1 и R5 и их соотношений, при котором R1 минимален при Ag = 90° и максимален при Ag = 270°, а R5 наоборот (рис. 2, б). Понятно также, что в насаждениях, имеющих значения Ag, различающиеся на 180°, радиусы R1 и R5 взаимообратимы, т.е., например, радиус R1 в насаждении с Ag = 295° равен R5 этого же насаждения, если бы Ag = 115°. Это обстоятельство в свою очередь позволяет:
а) при изучении влияния Ag на возрастную динамику, например, R1, не рассматривать весь диапазон (период) изменения Ag, а ограничиться полупериодом от минимума R1 до его максимума (от 90 до 270°), что даст возможность описать эффект линейной функцией вместо сложной тригонометрической (рис. 2, в). При этом насаждения, имеющие значения Ag, не соответствующие данному полупериоду, не выпадают из выборки, поскольку для них вместо R1 используется R5 в требуемом диапазоне;
б) несколько увеличить объем выборки за счет включения насаждений, вдоль одной из сторон которых расположены посторонние объекты (ограды из штакетника и сетки, невысокие постройки и т.п.), не влияющие в целом на рост насаждения, но оказывающие влияние на исследуемый радиус кроны (в случае, если Ag насаждения не находится в изучаемом полупериоде).
Выбор оптимального сочетания значимых эффектов в моделях осуществлялся шаговым методом [2] с учетом теоретических предпосылок о характере влияния переменных. Ввиду гетероскедастичности регрессионных остатков оценка параметров модели осуществлялась взвешенным методом наименьших квадратов [2]. Точность полученных моделей и значимость их параметров, а также выполнение предпосылок метода наименьших квадратов, оценивались соответствующими стандартными методами [2]. Возможность объединения нескольких выборок в одну совокупность для построения общей модели оценивалась путем введения фиктивных (dummy) переменных [2].
Результаты исследований и их обсуждение. При исследовании влияния параметров, определяющих структуру насаждений, на возрастную динамику радиусов Rf, эффект от влияния среднего расстояния
между деревьями (1Л) задавался полиномом 2-й степени, эффект от влияния географического азимута насаждений (Ад) - линейной функцией. Исходя из этого, функции параметров исходного уравнения были представлены следующим образом:
Ь0 = Ь00 + Ь01И + Ь02и2+ Ь03Ад + Ь04иАд + Ь05И2Ад;
^ = Ь10 + ЬцИ + Ь121Л2+ Ь13Ад + Ь^ИАд + Ь^И^Ад.
В результате подстановки данных выражений в исходное уравнение и его оценивания шаговым методом регрессионного анализа с весовой переменной можно сделать вывод о незначимости влияния на радиусы кроны Рг переменных И и Ад, а также незначимости их парных взаимодействий. Исходя из этого, получаем модель вида
= Ьдо + Ью 1п А + 6.
Результаты оценивания параметров и оценки точности данного уравнения приведены в табл. 1.
Таблица 1
Характеристика уравнений регрессии для зависимостей Rf = f(A)
b SEb t P R2 5 F P(F)
Однорядные посадки
bw -6,958 0,511 -13,620 <0,001 0,858 0,492 351,7 <0,001
bw 3,060 0,163 18,753 <0,001
Парные посадки
bw -5,035 0,442 -11,399 <0,001 0,826 0,471 354,9 <0,001
bw 2,539 0,135 18,840 <0,001
Примечание: b - коэффициент регрессии; SEb - стандартная ошибка коэффициента регрессии; t - расчетное значение критерия Стьюдента; p - расчетный уровень значимости; R2 - коэффициент детерминации; 5 - стандартная ошибка оценки регрессии; F - значение критерия Фишера значимости регрессии; p(F) - расчетный уровень значимости для F-критерия.
Отсутствие значимого изменения возрастной динамики радиусов Rf от географического азимута насаждений может быть объяснено значительной степенью стохастической асимметричности крон, обусловленной влиянием различных антропогенных нагрузок, а также небольшим количеством деревьев в посадках и небольшой их плотностью, что снижает влияние ориентации насаждения на распределение света в пределах кронового пространства.
Поскольку модели возрастной динамики радиусов Rf, полученные для однорядных и парных посадок, имеют одинаковую конструкцию и равные диапазоны изменения объясняющей переменной, можно рассмотреть возможность объединения выборок для построения единой модели. Для этого в общее регрессионное уравнение вводилась бинарная фиктивная переменная (Q), учитывающая влияние типа посадок на радиусы кроны Rf, со значениями Q = 0 - для однорядных посадок, Q = 1 - для парных посадок. Регрессионный анализ такой модели взвешенным МНК показал значимость различий между зависимостями Rf = f(A) для парных и однорядных посадок по параметрам boo и Ью, что в свою очередь не позволяет объединить соответствующие выборки.
Ввиду отсутствия значимого влияния на радиусы кроны Rf географического азимута насаждений, рассматривать влияние этой переменной на другие группы радиусов, очевидно, не имеет смысла, в связи с чем по отношению к Rhf-os и Ri рассматривался только эффект от влияния Lt, который задавался логарифмической функцией. Исходя из этого, функции параметров исходного уравнения были представлены следующим образом:
S1
Ь0 = Ьдо Ь011п и; Ь1 = Ью 1п и.
В результате подстановки данных выражений в исходное уравнение и оценивания полученных моделей шаговым методом регрессионного анализа с весовой переменной можно сделать вывод о незначимости эффекта Ш для радиусов Ри^ и незначимости эффектов 1пА и Ш для радиусов р. Исходя из этого, получаем модели вида:
Кмч» = ьоо + Ью 1п А +Ь111п А 1п И + е;
К| = Ьоо + Ь111пА1пИ+е.
Результаты оценивания параметров и оценки точности данных уравнений приведены в табл. 2-3.
Таблица 2
Характеристика уравнений регрессии для зависимостей Rhf-os = ^, Lt)
ь т ь 1 Р Асу Р2 5 Р Р(Р)
Однорядные посадки
Ьш -2,474 0,422 -5,863 <0,001 0,797 0,354 102,8 <0,001
Ью 1,389 0,160 8,688 <0,001
Ьц 0,187 0,063 2,977 0,005
Парные посадки
Ь00 -3,318 0,507 -6,550 <0,001 0,702 0,531 91,9 <0,001
Ью 1,745 0,180 9,710 <0,001
Ьц 0,138 0,051 2,709 0,008
Примечание. Adj R2 - скорректированный коэффициент детерминации.
Таблица 3
Характеристика уравнений регрессии для зависимостей ^ = ^, Lt)
ь т ь 1 Р Р2 5 Р Р(Р)
Однорядные посадки
Ь00 0,586 0,114 5,128 <0,001 0,824 0,203 243,6 <0,001
Ьц 0,428 0,027 15,609 <0,001
Парные посадки
Ь00 0,263 0,094 2,791 0,007 0,888 0,256 578,1 <0,001
Ьц 0,510 0,021 24,044 <0,001
Ввиду того, что модели для групп радиусов ^-об и р, полученные для однорядных и парных посадок, имеют разные диапазоны изменения переменной и, возможность объединения выборок не рассматривалась.
Выводы
1. Значимого влияния географического азимута насаждений на возрастную динамику радиусов кроны Рг в однорядных и парных посадках сосны обыкновенной не выявлено.
2. Разработаны регрессионные модели зависимости радиусов кроны Rf от возраста и радиусов кроны Rhf-os и Ri от возраста и расстояния между деревьями для однорядных и парных посадок сосны обыкновенной в условиях г. Хабаровска.
3. Полученные модели возрастной динамики радиусов кроны позволяют перейти к геометрическим моделям крон («гипотетическим деревьям» [3]), площади горизонтальных проекций которых получены по выровненным значениям радиусов для различного возраста и расстояния между деревьями. Данные о вертикальном строении крон дадут возможность говорить о возрастной динамике объемно-пространственной структуры насаждений.
Литература
1. Авдеева Е.В. Рост и индикаторная роль древесных растений в урбанизированной среде (на примере г. Красноярска): автореф. дис. ... д-ра биол. наук: 03.00.16. - Красноярск, 2007. - 30 с.
2. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ: пер. с англ. - М.: Финансы и статистика, 1986-1987. - Кн. 1-2.
3. Карманова И.В., Судницына Т.Н., Ильина Н.А. Пространственная структура сложных сосняков. - М.: Наука, 1987. - 201 с.
4. Озолинчюс Р.В. Рост и строение крон в процессе формирования хвойных молодняков: автореф. дис. ... канд. биол. наук: 03.00.05. - Вильнюс, 1985. - 16 с.
5. Разумовский Ю.В. Влияние экологических факторов на рост и развитие Tilia aordata Mill. в парковых насаждениях (на примере г. Москвы): автореф. дис. ... канд. биол. наук: 03.00.16. - М., 1992. - 19 с.
--------♦'-----------
| УДК 550.424.6 Е.Н. Кулик, В.И. Радомская
ОСОБЕННОСТИ ТРАНСЛОКАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В БОБОВЫЕ КУЛЬТУРЫ ПРИ АНТРОПОГЕННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
В статье рассмотрены вопросы транслокации тяжелых металлов из бурой лесной почвы в бобовые культуры после внесения в качестве органо-минерального удобрения осадка сточных вод. В ходе проведения полевых опытов установлено, что фасоль обладает высокой способностью аккумулировать Zn, Cu, Pb и Ni.
Ключевые слова: тяжелые металлы, почвенная среда, коэффициент биологического поглощения.
ЕМ. Kulik, V.I. Radomskaya PECULIARITIES OF THE HEAVY METAL TRANSLOCATION INTO BEAN CULTURES IN THE PROCESS OF ANTHROPOGENOUS INFLUENCE
The issues of the heavy metal translocation from brown forest soil into bean cultures after waste water mud introduction as organic and mineral fertilizer are considered in the article. It is determined in the process of the field experiment conduction that the string bean possesses high ability to accumulate Zn, Cu, Pb and Ni.
Key words: heavy metals, soil environment, biological absorption factor.
Тяжелые металлы (ТМ) - это биохимически активные техногенные вещества, воздействующие на живые организмы. Они относятся к стойким загрязнителям, но многие из них крайне необходимы живым организмам. Являясь микроэлементами, они активно участвуют в биохимических процессах.
Взаимодействие «ТМ - растение» сложное и многогранное явление, при котором необходимо учитывать особенности попадания токсиканта в окружающую среду, фитотоксичность поллютантов, ответные реакции организма на его воздействие.
