The state of woody plants determines the viability of forests and environmental safety in urban environments largely. Therefore, scientific studies of the tree response as a complex biosystem on environmental factors changes are especially relevant due to the growing threat of environmental disasters (environmental pollution, active felling, etc.). Many modern methods for assessing the state of such complex macromolecular systems are verbal in nature due to the lack of non-destructive testing methods with controlled accuracy. The shortage of experimental measurements retards the development of modeling the state of trees and, consequently, the development of methods for predicting their response on the influence of external factors. The development of digital technology can change the current state of affairs in this sphere. In the report, within the framework of a systematic approach, the possibility of using digital technologies at analyzing the response of the state of woody plants on environmental factors changes has analyzed. The results of studying the flow of salt solutions in the xylem of tree trunks are presented to solve the problem. Based on experimental data, models are proposed that can become the basis of calculation systems for analyzing the state parameters of woody plants and predicting the occurrence of environmental disasters.
ксилемные токи, ток транспирации, цифровая обработка, цифровой сигнал, модели процессов в природных системах
ВВЕДЕНИЕ
Деревья являются очень важным элементом в системе жизнеобеспечения на нашей планете. Экологическая безопасность существования в городской среде во многом определяется состоянием древесных насаждений [1-6]. Признание этого факта в наши дни, к сожалению, не приводит к развитию инновационных технологий для контроля и прогнозирования собственно отклика этих биосистем на изменение факторов окружающей среды (изменения температуры и влажности, загрязнение окружающей среды). Уже более ста лет состояние дерева характеризуется вербальными оценками, которые базируются на вегетативных признаках увядания и, в лучшем случае, на химическом анализе состава окружающей среды. Развитию серьезного моделирования существенно мешает отсутствие средств измерений состояния древесных растений с контролируемой точностью. Совершенствование цифровых технологий, на наш взгляд, может существенно повлиять на расширение представлений об этих сложных биосистемах. В настоящем докладе предлагается сформулировать основную концепцию применения цифровых технологий для анализа и оценки состояния древесных растений.
1. Meinzer, Frederick C. Water transport in trees: current perspectives, new insights and some controversies / Frederick C. Meinzer, Michael J. Clearwater, Guillermo Goldstein // Environmental and Experimental Botany. - 2001. - №45. - P. 239-262.
2. Koo, Hae. Investigating water transport through the xylem network in vascular plants / Hae Koo, Kim Joonghyuk, Park Ildoo Hwang // Journal of Experimental Botany. - 2014. - V. 65. - №7. - P. 1895-1904.
3. Kumar, Rohitashw. Evaluation of root water uptake models - a review / Rohitashw Kumar, Vijay Shankar, Mahesh Kumar Jat // ISH Journal of Hydraulic Engineering. - 2014. - №21(2). - P. 115-124.
4. Reinecke, Sabine. Discourses across Scales on Forest Landscape Restoration. Pesticide productivity and food security / Sabine Reinecke, Mareike Blum // Sustainability. - 2018. - V.10. - №3. - P. 613.
5. Pfautsch, Sebastian. Hydraulic functioning of tree stems-fusing ray anatomy, radial transfer and capacitance / Sebastian Pfautsch, Teemu Hölttä, Maurizio Mencuccini // Tree Physiology. - 2015.- V.35. - №7. - P. 706-722.
6. Stucki, Virpi. Integrated Approaches to Natural Resources Management in Practice: The Catalyzing Role of National Adaptation Programmes for Action / Virpi Stucki, Mark Smith // Ambio. - 2011.- V.40. - №4. - P. 351-360.
7. Skanirovanie elektricheskogo polya v stvolah drevesnyh rasteniy kak metod vyyavleniya zhiznennogo sostoyaniya / N. Yu. Evsikova, N. N. Matveev, O. M. Korchagin, N. S. Kamalova, V. Yu. Zapletin // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Lesnoy zhurnal. - 2008. - № 6. - S. 43-49.
8. Veretennikov, A. V. Fiziologiya rasteniy: uchebnik / A. V. Veretennikov. - 2-e izd., pererab. - Voronezh: Voronezh. gos. lesotehn. akad., 2002. - 272 s.
9. The mechanism of the appearance of a potential difference in the natural high-molecular heterostructures by natural temperature changes / N. N. Matveev, N. S. Kamalova, N. Yu. Evsikova, Yu. A. Litvinova, L. A. Litvinova // Ferroelectrics. - 2018. - Vol. 536. - Issue 1. - P. 187-193. - DOI:https://doi.org/10.1080/00150193.2018.1497413.
10. The possible mechanism for the water transport in the tree trunks in early spring / N. N. Matveev, A. A. Rychkov, N. S. Kamalova, N. Yu. Evsikova // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2019. - Vol. 226. - 012047.
11. Bazhenov, V. A. P'ezoelektricheskie svoystva drevesiny / V. A. Bazhenov. - Moskva: Izdatel'stvo Akademii nauk SSSR, 1959. - 240 s.
