Состояние древесных растений во многом определяет жизнеспособность лесных массивов и экологическую безопасность в городской среде. Поэтому научные исследования отклика дерева, как сложной биосистемы, на изменение факторов окружающей среды в связи с возрастанием угрозы экологических катастроф (загрязнение окружающей среды, активные вырубки и т.д.) особенно актуальны. Большинство современных методов оценки состояния таких сложных высокомолекулярных систем носят вербальный характер из-за отсутствия методов неразрушающего контроля с контролируемой точностью. Дефицит экспериментальных измерений замедляет развитие моделирования состояния деревьев и, следовательно, развитие методов прогноза их отклика на влияние внешних факторов. Развитие цифровых технологий может изменить существующее положение дел в этой области. В докладе в рамках системного подхода анализируется возможность использования цифровых технологий при анализе отклика состояния древесных растений на изменение факторов окружающей среды. Для решения поставленной задачи приведены результаты исследования потоков растворов солей в ксилеме стволов древесных растений. На основе экспериментальных данных предлагаются модели, которые могут стать основой расчетных комплексов для анализа параметров состояния древесных растений и прогноза возникновения экологических катастроф.
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. Сканирование электрического поля в стволах древесных растений как метод выявления жизненного состояния / Н. Ю. Евсикова, Н. Н. Матвеев, О. М. Корчагин, Н. С. Камалова, В. Ю. Заплетин // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. - 2008. - № 6. - С. 43-49.
8. Веретенников, А. В. Физиология растений: учебник / А. В. Веретенников. - 2-е изд., перераб. - Воронеж: Воронеж. гос. лесотехн. акад., 2002. - 272 с.
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. Баженов, В. А. Пьезоэлектрические свойства древесины / В. А. Баженов. - Москва: Издательство Академии наук СССР, 1959. - 240 с.
