Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 2. С. 142-154

Сезонные изменения температуры в стволе живого дерева (на примере сосны)

Д.А. Романов 1 , И.В. Рябинин 2 , А.Н. Романов 2 
1 Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Россия
2 Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, Россия
Одобрена к печати: 22.04.2022
DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-2-142-154
Деревья на протяжении своего жизненного цикла испытывают влияние разных природных факторов. На физиологические особенности дерева значительное воздействие оказывает его температура. Измерение температуры деревьев представляется актуальным и востребованным в разных отраслях науки и техники. В данной работе приведены результаты сезонных и суточных изменений температуры в стволе дерева породы сосна (Pínus) в период с октября по апрель. Для измерения температуры в стволе дерева использовались датчики TMP1075. Сбор данных с температурных датчиков осуществлялся с помощью базовой станции, работающей под управлением микроконтроллера STM32L431. Результаты измерений записывались на флэш-карту и через приёмопередатчик SX1278 отправлялись на приёмную станцию с аналогичным приёмопередатчиком и доступом к глобальной сети. На приёмной стороне была организована база данных. Опрос температурных датчиков осуществлялся с периодичностью 1 мин. Были исследованы суточные вариации температуры на поверхности и в стволе дерева в зимний и весенний периоды. Радиальные зависимости температуры в стволе дерева аппроксимированы полиномом 2-й степени. Показано, что радиальные зависимости температуры в стволе дерева, зависящие от температуры окружающей среды, существенным образом различаются. Разница температур между поверхностными и глубинными слоями в стволе дерева достигала 12 °С. Полученные результаты указывают, что по измеренной температуре окружающей среды может быть рассчитана температура в стволе дерева на разной глубине.
Ключевые слова: дерево, ствол, температура, сезонная динамика, суточная динамика
Полный текст

Список литературы:

  1. Барталев С. А., Стыценко Ф. В., Егоров В. А., Лупян Е. А. Спутниковая оценка гибели лесов России от пожаров // Лесоведение. 2015. № 2. С. 83–94.
  2. Бенькова А. В. Влияние погодных факторов на прирост доминирующих и супрессивных деревьев Abies Sibirica Ledeb и Picea Obovata Ledeb. в среднем течении р. Енисей // Сибирский эколог. журн. 2005. Т. 12. № 1. С. 45–49.
  3. Берри Б. Л., Либерман А. А., Шиятов С. Г. Восстановление и прогноз температур северного полушария по колебаниям индексов прироста деревьев на полярной границе леса // Вестн. Московского ун-та. Сер. 5: «География». 1983. № 4. С. 41–47.
  4. Бунина Ю. Е., Пономарёв С. А., Чапурский Л. И. Эмпирическая модель суточного хода радиационных температур растительных покровов в летний период // Проблемы военно-прикладной геофизики и контроля состояния природной среды: материалы 6-й Всероссийской науч. конф. Санкт-Петербург, 16–18 сент. 2020. СПб., 2020. С. 175–179.
  5. Данчева А. В., Залесов С. В., Муканов Б. М. Влияние климатических факторов на радиальный прирост деревьев в сосняках Казахского Мелкосопочника // Международ. научно-исслед. журн. 2020. № 3–1(93). С. 68–76.
  6. Долгова Е. А., Соломина О. Н., Мацковский В. В., Добрянский А. С., Семеняк Н. А., Шпунт С. С. Пространственная изменчивость прироста сосны на Соловецких островах // Изв. Российской акад. наук. Серия геогр. 2019. № 2. С. 41–50.
  7. Евсикова Н. Ю., Лисицын В. И., Терехина И. В. Стохастический анализ флуктуаций температуры в лесах // Актуальные направления науч. исслед. XXI века: теория и практика. 2020. Т. 8. № 1(48). С. 48–52. DOI: 10.34220/2308-8877-2020-8-1-48-52.
  8. Журавлева И. В., Тишин Д. В., Чижикова Н. А., Искандиров П. Ю. Ксилогенез сосны обыкновенной (Pinus Sylvestris L.) в условиях среднего Поволжья // Хвойные бореальной зоны. 2020. Т. 38. № 1–2. С. 28–33.
  9. Иванов В. П., Марченко С. И., Нартов Д. И., Балухта Л. П. Радиальный прирост сосны обыкновенной (Pinus Sylvestris L.) при ингибировании // Изв. высш. учеб. заведений. Лесной журн. 2021. № 1(379). С. 69–81. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-1-69-81.
  10. Калинкевич А. А., Крылова М. С., Каковкина А. Ю., Слюсарев В. И. Исследование сезонной динамики водного режима сосновых деревьев для интерпретации результатов радиолокационных аэросъемок // Лесоведение. 2011. № 4. С. 39–47.
  11. Камалова Н. С., Лисицын В. И., Евсикова Н. Ю., Лемешко А. Ю., Кузнецов А. В. Оценка экологической безопасности лесных массивов с помощью цифровых технологий // Актуальные направления науч. исслед. XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3. № 2-2 (13-2). С. 132–136.
  12. Камалова Н. С., Евсикова Н. Ю., Камалов Н. Р. Исследование изменений среднесуточной температуры в течение года и их влияния на физико-химические процессы в стволах деревьев // Актуальные направления науч. исслед. XXI века: теория и практика. 2018. Т. 6. № 3(39). С. 92–96.
  13. Карасев В. Н., Карасева М. А., Романов Е. М., Мухортов Д. И. Термоэкспресс-метод ранней диагностики физиологического состояния сосны обыкновенной // Экология. 2017. № 2. С. 92–99.
  14. Карасев В. Н., Карасева М. А., Мухортов Д. И. Диагностика физиологического состояния хвойных деревьев по биоэлектрическим и температурным показателям // Лесоведение. 2020. № 2. С. 162–174.
  15. Килюшева Н. В., Овсянникова Н. В. Температура стволов сосны обыкновенной // Науч. итоги года: достижения, проекты, гипотезы. 2013. № 3. С. 101–104.
  16. Кищенко И. Т. Влияние климатических факторов на сезонное развитие хвойных лесообразующих видов в таежной зоне (Карелия) // Изв. высш. учеб. заведений. Лесной журн. 2020. № 3(375). С. 72–82.
  17. Кузьмичёв А. М., Овчаренко А. А. Оценка засухоустойчивости древесных насаждений в среднем Прихоперье // Изв. Самарского науч. центра Российской акад. наук. 2012. Т. 14. № 1–8. С. 1971–1974.
  18. Кухта А. Е., Румянцев Д. Е., Пучинская Д. В. Влияние климатических факторов на радиальный и линейный прирост сосны обыкновенной в условиях заповедника «Кивач» // Вестн. Московского гос. ун-та леса — Лесной вестн. 2014. Т. 18. № 5. С. 88–91.
  19. Левин С. В. Исследования особенностей формирования температуры и влажности стволов деревьев сосны обыкновенной при контактном способе изучения // Тр. Кубанского гос. аграр. ун-та. 2021. № 91. С. 187–192.
  20. Лупян Е. А., Балашов И. В., Барталев С. А., Бурцев М. А., Дмитриев В. В., Сенько К. С., Крашенинникова Ю. С. Лесные пожары на территории России: особенности пожароопасного сезона 2019 г. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 5. С. 356–363. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-5-356-363.
  21. Магда B. Н., Ваганов Е. А. Климатический отклик прироста деревьев в горных лесостепях Алтае-Саянского региона // Изв. Российской акад. наук. Сер. геогр. 2006. № 5. С. 92–100.
  22. Марченко А. А., Иванов А. В. Влияние изменения климата на фенологическое развитие древесных растений в г. Уссурийске // Проблемы региональной экологии. 2021. № 2. С. 5–9. DOI: 10.24412/1728-323X-2021-2-5-9.
  23. Матвеев Н. Н., Камалова Н. С., Евсикова Н. Ю., Лисицын В. И. Мониторинг распределения температуры при прогнозировании лесных пожаров // Лесотехн. журн. 2015. Т. 5. № 4(20). С. 16–25. DOI: 10.12737/17398.
  24. Матвеев Н. Н., Евсикова Н. Ю., Камалов Н. Р. Контроль пожаробезопасности лесных массивов с помощью цифровых технологий // Актуальные направления науч. исслед. XXI века: теория и практика. 2017. Т. 5. № 1(27). С. 226–229.
  25. Мешкова В. Л., Зинченко О. В., Скрыльник Ю. Е., Аристова А. И. Сроки развития стволовых вредителей сосны в левобережной Украине // Изв. Санкт-Петербургской лесотехн. акад. 2015. № 211. С. 59–75.
  26. Николаева С. А., Савчук Д. А. Климатогенная реакция деревьев сосны на юге Томской области // Журн. Сибирского федерального ун-та. Сер.: Биология. 2008. Т. 1. № 4. С. 400–413.
  27. Овсянникова Н. В., Феклистов П. А., Волкова Н. В., Мелехов В. И., Тараканов А. М., Мерзленко М. Д. Температура древесины ели обыкновенной // Изв. высш. учеб. заведений. Лесной журн. 2013. № 1(331). С. 38–42.
  28. Ойдупаа О. Ч., Ваганов Е. А., Наурзбаев М. М. Длительные изменения летней температуры и радиальный рост лиственницы на верхней границе леса в Алтае-Саянской горной стране // Лесоведение. 2004. № 6. С. 14–24.
  29. Пинаевская Е. А. Влияние климатических параметров на формирование радиального прироста сосны на северной границе ареала европейского севера России // Вестн. Красноярского гос. аграр. ун-та. 2018. № 2(137). С. 208–214.
  30. Пинаевская Е. А., Пахов А. С., Гусева А. С., Гапич Е. С. Изменчивость роста и «климат-реакции» сосны обыкновенной на приарктической территории // Арктич. исслед.: от экстенсивного освоения к комплексному развитию: материалы 2-й международ. научно-практич. конф. Архангельск, 11–14 нояб. 2020. Архангельск: Изд. центр АЗ+, 2020. С. 403–407.
  31. Санников С. П., Побединский В. В., Бородулин И. В., Побединский А. А. Метод радиочастотного мониторинга лесного фонда // Лесной вестн. 2017. Т. 21. № 2. С. 45–54. DOI: 10.18698/2542-1468-2017-2-45-54.
  32. Скуратов И. В., Крюкова Е. А. Влияние высоких температур на состояние древесных растений и их патогенов в защитных насаждениях Нижнего Поволжья // Вестн. Поволжского гос. технолог. ун-та. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2015. № 2(26). С. 37–43.
  33. Тарасов С. И. Моделирование теплового обмена древесных растений: начальные и граничные условия, ксилемный транспорт // Успехи соврем. биологии. 2010. Т. 130. № 1. С. 38–49.
  34. Тарасов С. И. Моделирование теплового обмена древесных растений: геометрия и внутренние источники тепла // Вестн. ин-та биологии Коми науч. центра Уральского отделения РАН. 2011. № 9. С. 24–28.
  35. Тихова Г. П., Придача В. Б., Сазонова Т. А. Влияние температуры и относительной влажности воздуха на динамику водного потенциала деревьев Betula pendula (betulaceae) // Сибирский лесной журн. 2017. № 1. С. 56–64. DOI: 10.15372/SJFS20170106.
  36. Тихонова Н. А., Тихонова И. В., Анискина А. А., Лоскутов С. Р., Семенякин Д. А. Результаты сравнения низкотемпературных экзо- и эндотерм при замерзании воды и плавлении льда в тканях 2-летней хвои у некоторых видов хвойных деревьев // Хвойные бореальной зоны. 2017. Т. 35. № 3–4. С. 53–60.
  37. Тишин Д. В., Чижикова Н. А., Чугунов Р. Г. Радиальный прирост сосны (Pínus sylvestris L.) верховых болот как индикатор локальных изменений климата // Вестн. Московского гос. ун-та леса — Лесной вестн. 2014. Т. 18. № 5. С. 177–182.
  38. Тюкавина О. Н. Температурный режим сосны обыкновенной в условиях г. Архангельска // Вестн. Северного (Арктического) федерального ун-та. Сер.: Естественные науки. 2015. № 2. С. 73–79.
  39. Усольцев В. А., Цепордей И. С. Прогнозирование биомассы стволов сосновых деревьев естественных древостоев и лесных культур в связи с изменением климата // Сибирский лесной журн. 2021. № 2. С. 72–81. DOI: 10.15372/SJFS20210207.
  40. Цельникер Ю. Л. Влияние температуры на сроки распускания и скорость роста листа у лиственных деревьев // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 1996. Т. 16. С. 164–176.
  41. Bian Z., Cao B., Li H., Du Y., Xiao Q., Liu Q. The effect of trunks on directional brightness temperatures of a leafless forest using a geometrical optical model // Proc. IGARSS’2018. 2018. P. 3947–3950. DOI: 10.1109/IGARSS.2018.8517583.
  42. Majdák A., Jakušs R., Blaženec M. Determination of differences in temperature regimes on healthy and bark-beetle colonised spruce trees using a handheld thermal camera // iForest — Biogeosciences and Forestry. 2021. V. 14. No. 3. P. 203–211. https://doi.org/10.3832/ifor3531-014.
  43. Pitarma R., Crisostomo J., Ferreira M. E. Contribution to Trees Health Assessment Using Infrared Thermography // Agriculture. 2019. V. 9(8). Art. No. 171. 14 p. https://doi.org/10.3390/agriculture9080171.
  44. Prokopyev V. Yu., Bakanov S. S., Bodrov V. K., Chernodarov E. N., Doroshkin A. A., Gorev V. N., Kolesnikova A. Yu., Kozlov A. S., Kus O. N., Melkov A. V., Mitrokhin A. A., Morsin A. A., Nazarenko A. E., Neskorodev I. V., Pelemeshko A. V., Prokopyev Yu. M., Romanov D. A., Shilov A. M., Shirokih M. V., Sidorchuk A. A., Styuf A. S., Zadorozhny A. M. NORBY CubeSat nanosatellite: design challenges and the first flight data // J. Physics: Conf. Ser. 2021. V. 1867. Art. No. 012038. 11 p. http://doi:10.1088/1742-6596/1867/1/012038.
  45. Tuominen J., Lipping T., Kuosmanen V., Haapanen R. Remote Sensing of Forest Health // Geoscience and Remote Sensing / ed. Pei-Gee P. H. 2009. 25 p. DOI: 10.5772/8283.
  46. Vidal D., Pitarma R. Infrared thermography applied to tree health assessment: A review // Agriculture. 2019. V. 9(7). Art. No. 156. 15 p. https://doi.org/10.3390/agriculture9070156.
  47. Webster C., Rutter N., Zahner F., Jonas T. Modeling subcanopy incoming longwave radiation to seasonal snow using air and tree trunk temperatures // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2016. V. 121. No. 3. P. 1220–1235. http://doi.org/10.1002/2015JD024099.
  48. Yue X., Wang L., Shi X., Xu M., Zhu Z. Investigations on the Effects of Seasonal Temperature Changes on the Electrical Resistance of Living Trees // Forests. 2018. V. 9(9). Art. No. 550. 15 p. https://doi.org/10.3390/f9090550.