A.A. Deryugin, Yu.B. Glazunov
Institute of Forest Science RAS, 21, Sovetskaya st., village Uspenskoe, Odintsovo district, 143030, Moscow reg., Russia
da45@mail.ru
The study results of birch and spruce trees’ spatial location in southern taiga wood-sorrel-bilberry (oxalidosum-myrtillosum) birch forests concerning the stages of their development (maturation, maturity, consenescence) and the age generations of subordinate spruce crops are presented. The analysis was carried out on the basis of the survey data within 2,5×2,5 m plots, identified by provisional coordinates by the plans of 11 permanent sample plots. The type of tree placements was characterized by the following indicators: occurrence, average distance between trees, dispersion ratio to the average number of trees, Morisita, Fisher and Odum indices. The birch and spruce trees association, as well as spruce trees of different age generations were assessed. The occurrence rate of birch and spruce trees was determined according to the age development stages of birch forests. It has been established that during the transition from the stage of maturation to the stage of maturity the occurrence rate of the birch decreases from 64 to 18 %, for the spruce it ranges from 70…73 to 53 %. Regarding the type of spruce placement, it was found that from the stage of maturation to the stage of maturity it changes from contagious to accidental. During the consenescence stage, it becomes contagious again, which is connected with the emergence of a new spruce generation. For the trees of undergrowth and 2nd storey of spruce of different ages, the peculiarities of the dynamics of occurrence and type of placement were revealed. The latter changes from contagious to regular. The contagious type of placement is typical for most age groups of the subordinate spruce population. The exception is age groups of spruce trees over 80 years old; their placement is regular or random. It has been established that in order to identify the dominant aggregations of spruce trees and the trees associations of different age groups in the tree stands under survey, an analysis of placement on larger survey sites is necessary.
Keywords: birch forests, subordinate spruce crop, spatial location of trees, southern taiga
Suggested citation: Deryugin A.A., Glazunov Yu.B. Territorial’noe razmeshchenie derev’ev v yuzhno-taezhnykh bereznyakakh s podpologovoy populyatsiey eli [Trees spatial location in south taiga birch forests with subordinate spruce crop]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2024, vol. 28, no. 3, pp. 5–14. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-5-14
Reference
[1] Buzykin A.I., Gavrikov V.L., Sekretenko O.P., Khlebopros R.G. Analiz struktury drevesnykh tsenozov [Analysis of the structure of tree cenoses]. Novosibirsk: Nauka, 1985, 95 p.
[2] Bykov B.A. Geobotanika [Geobotany]. Alma-Ata: Nauka, 1978, 288 p.
[3] Vays A.A. Dinamika gorizontal’noy somknutosti pologa i kron na urovne nasazhdeniya i biogruppy [Dynamics of horizontal canopy and crown density at the stand and biogroup level]. Lesnaya taksatsiya i lesoustroystvo [Forest taxation and forest management], 2001, no. 1, pp. 62–65.
[4] Vays A.A. Otsenka raspredeleniya rasstoyaniy v biogruppakh razlichnykh tsenozov [Assessment of the distribution of distances in biogroups of various cenoses]. Sibirskiy ekologicheskiy zhurnal [Siberian Ecological Journal], 2008, t. XV, no. 2, pp. 243–248.
[5] Vasilevich V.I. Statisticheskie metody v geobotanike [Statistical methods in geobotany]. Leningrad: Nauka, 1969, 230 p.
[6] Gilyarov M.S. Metody pochvenno-zoologicheskikh issledovaniy [Methods of soil-zoological research]. Moscow: Nauka, 1975, 280 p.
[7] Grabarnik P.Ya. Analiz gorizontal’noy struktury drevostoya: model’nyy podkhod [Analysis of the horizontal structure of a tree stand: a model approach]. Lesovedenie [Forest Science], 2010, no. 2, pp. 77–85.
[8] Gribanov V.Ya. Prostranstvennaya struktura drevostoev [Spatial structure of forest stands]. Struktura i rost drevostoev Sibiri [Structure and growth of forest stands in Siberia]. Krasnoyarsk: IL SB RAS, 1993, pp. 55–67.
[9] Storozhenko V.G. Estestvennoe vozobnovlenie v korennykh raznovozrastnykh el’nikakh Evropeyskoy taygi Rossii [Natural regeneration in native spruce forests of different ages in the European taiga of Russia]. Sibirskiy lesnoy zhurnal [Siberian Forest Journal], 2017, no. 3, pp. 87–92.
[10] Il’chukov S.V., Torlopova N.V. Zhiznennoe sostoyanie sosnyakov, formiruyushchikhsya na garyakh, sploshnykh vyrubkakh i podsekakh [Life state of pine forests formed in burnt areas, clear-cuts and undercuts]. Vestnik instituta biologii Komi nauchnogo tsentra Ural’skogo otdeleniya RAN [Bulletin of the Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences], 2004, no. 4 (78), pp. 19–21.
[11] Kalachev V.A., Vays A.A., Anuev E.A. Osobennosti gorizontal’noy struktury modal’nykh pikhtachey v usloviyakh Kanskoy lesostepi i predgornoy chasti Vostochnogo Sayana [Features of the horizontal structure of modal fir trees in the conditions of the Kansk forest-steppe and the foothills of the Eastern Sayan]. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya [Advances in modern natural science], 2021, no. 6, pp. 22–28.
[12] Kuz’michev V.V. Zakonomernosti dinamiki drevostoev: printsipy i modeli [Patterns of forest stand dynamics: principles and models]. Novosibirsk: Nauka, 2013, 208 p.
[13] Manov A.V., Kutyavin I.N. Gorizontal’naya struktura drevostoev i podrosta severotaezhnykh korennykh el’nikov chernichno-sfagnovykh v Priural’e [Horizontal structure of stands and undergrowth of northern taiga native bilberry-sphagnum spruce forests in the Urals]. Lesnoy Zhurnal (Russian Forestry Journal), 2018, no. 6, pp. 78–88.
[14] Melekhov I.S. Lesovedenie i lesovodstvo [Forestry and forestry]. Moscow: Timber industry, 1972, 178 p.
[15] Oskorin P.A., Weiss A.A. [Dynamics of the spatial structure of dark coniferous forest stands in Western Siberia]. IzVUZ Lesnoy zhurnal, 2009, no. 1, pp. 21–28.
[16] Greyg-Smit P. Kolichestvennaya ekologiya rasteniy [Quantitative plant ecology]. Moscow: Mir, 1967, 360 p.
[17] Morisita M. Iδ-indeks, mera rasseivaniya individov [Iδ-index, a measure of the dispersion of individuals]. Issledovaniya po populyatsionnoy ekologii [Research on population ecology], 1962, no. 4 (1), pp. 1–7.
[18] Braathe P. Registneringavgjenvehst 1962–1964. Meddeleslerfradet Norske Skogfors o ksvesen, 1966, v. 21, nо. 2, pp. 81–170.
[19] Elliot J.M. Some methods for the statistical analysis of samples of benthis invertebrates. Freshwater boil. Assoc., 1971, v. 25, pp. 1–144.
[20] Fager E.W. Diversity: A Sampling. The American Naturalist, 1972, v. 106 (949), pp. 293–310.
[21] Getzin S., Dean C., He F., Trofymow J.A., Wiegand K., Wiegand T. Spatial patterns and competition of tree species in a Douglas-fi r chronosequence on Vancouver island. Ecography, 2006, v. 29, pp. 671–682.
[22] Illian J., Penttinen A., Stoyan H., Stoyan D. Statistical Analysis and Modelling of Spatial Point Patterns. Chichester. Wiley, 2008, 534 p.
[23] Morisita M. Measuring the dispersion of individuals and analysis of the distributional patterns. Mem. Fac. Sci. Kyushu Univ., 1959, Ser. E 2, pp. 215–235.
[24] Wiegand T., Moloney K.A. Rings, circles, and nullmodels for point pattern analysis in ecology. Oikos, 2004, v. 104, pp. 209–229.
[25] Maslov A.A. Kolichestvennyy analiz gorizontal’noy struktury lesnykh soobshchestv [Quantitative analysis of the horizontal structure of forest communities]. Moscow: Nauka, 1990, 160 p.
[26] Cvalov S.N. Primenenie statisticheskikh metodov v lesovodstve [Application of statistical methods in forestry]. Lesovedenie i lesovodstvo [Forestry and forestry], 1985, t. 4, pp. 1–164.
[27] Sekretenko O.P., Grabarnik P.Ya. Analiz gorizontal’noy struktury drevostoev metodami sluchaynykh tochechnykh poley [Analysis of the horizontal structure of forest stands using random point field methods]. Sibirskiy lesnoy zhurnal [Siberian Forest J.], 2015, no. 3, pp. 32–44.
[28] Vorob’ev R.A., Besschetnova N.N., Besschetnov V.P., Tyutin A.Yu. Taksatsionnye pokazateli klonov plyusovykh derev’ev eli evropeyskoy v arkhive klonov v Nizhegorodskoy oblasti [Taxation indicators of clones of plus trees of Norway spruce in the archive of clones in the Nizhny Novgorod region]. Khvoynye boreal’noy zony [Conifers of the boreal zone], 2023, t. 41, no. 1, pp. 12–23.
[29] Rubtsov M.V., Deryugin A.A. Dinamika vozrastnoy struktury populyatsii eli pod pologom yuzhno-taezhnykh bereznyakov Russkoy ravniny [Dynamics of the age structure of the spruce population under the canopy of the southern taiga birch forests of the Russian Plain]. Khvoynye boreal’noy zony [Conifers of the boreal zone], 2013, t. XXXI, no. 1–2, pp. 9–14.
[30] Belyaeva N.V., Gryaz’kin A.V., Kazi I.A. Otsenka uspeshnosti estestvennogo vozobnovleniya posle dobrovol’no-vyborochnykh rubok [Assessment of the success of natural regeneration after voluntary selective cuttings]. Vestnik Saratovskogo gosagrouniversiteta im. N.I. Vavilova [Bulletin of the Saratov State Agrarian University named after. N.I. Vavilova], 2014, no. 5, pp. 3–6.
[31] Deryugin A.A., Glasunov Yu.B. Ob otsenke perspektivnosti podrosta eli pod pologom bereznyakov yuzhnoy taygi [Prospect assessment of unergrowth spruce under canopy of birch forests in southern taiga]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2020, vol. 24, no. 4, pp. 12–18. DOI: 10.18698/2542-1468-2020-4-12-18
[32] Matveeva A.S., Belyaeva N.V., Kazi I.A. Vliyanie sostava materinskogo drevostoya na vysotnuyu strukturu podrosta eli raznykh fenologicheskikh form [Influence of the composition of the maternal forest stand on the altitudinal structure of spruce undergrowth of different phenological forms]. Aktual’nye problemy lesnogo kompleksa [Current problems of the forest complex], 2017, no. 47, pp. 138–142.
[33] Belyaeva N.V., Gryaz’kin A.V. Zakonomernosti poyavleniya podrosta eli posle sploshnykh rubok v zavisimosti ot sostava materinskogo drevostoya [Patterns of the appearance of spruce regrowth after clear-cutting depending on the composition of the parent forest]. Aktual’nye problemy lesnogo kompleksa [Actual problems of the forest complex], 2015, no. 41, pp. 3–7.
[34] Druzhinin F.N. Spetsializirovannye rubki ukhoda vo vtorichnykh lesakh [Specialized thinning in secondary forests]. Izvestiya Sankt-Peterburgskoy lesotekhnicheskoy akademii [News of the St. Petersburg Forestry Academy], 2013, no. 204, pp. 6–14.
[35] Axelsson R., Angelstam P. Uneven-aged forest management in boreal sweden: local forestry stakeholders’ perceptions of different sustainability dimensions. Forestry, 2011, t. 84, no. 5, pp. 567–579.
Authors’ information
Deryugin Anatoliy Aleksandrovich — Cand. Sci. (Agriculture), Senior Researcher, Institut of Forest Science, da45@mail.ru
Glazunov Yuriy Borisovich — Cand. Sci. (Agriculture), Head of the Laboratory of Forestry and Biological productivity, Institut of Forest Science, yu.b.glazunov@mail.ru
|
2
|
ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ ПОДРОСТОМ СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ АЛТАЕ-НОВОСИБИРСКОГО РАЙОНА ЛЕСОСТЕПЕЙ И ЛЕНТОЧНЫХ БОРОВ
|
15-25
|
|
УДК 630*231.1
DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-15-25
EDN: OLUPYQ
Шифр ВАК 4.1.6; 1.5.20
А.Е. Осипенко, С.В. Залесов
ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет» (УГЛТУ), Россия, 620110, г. Екатеринбург, ул. Сибирский тракт, д. 37
osipenkoae@m.usfeu.ru
Приведены данные о количестве подроста в естественных сосновых насаждениях, произрастающих в Алтае-Новосибирском районе лесостепей и ленточных боров. Проанализирована база данных, составленная по материалам лесоустройства одиннадцати лесничеств, на территории которых находятся ленточные боры Алтайского края. Показаны данные по климатическим подзонам региона, лесничествам, типам леса и относительным полнотам древостоев. Приведены данные о доле насаждений VI–XIII классов возраста, обеспеченных подростом в количестве, достаточном для естественного лесовосстановления. Построены линии тренда, отражающие среднее количество подроста под пологом древостоев различной относительной полноты. Установлено, что лучше всего обеспечены подростом сосняки двух типов леса: сухой бор пологих всхолмлений и сухой бор высоких всхолмлений. Определено, что доля насаждений, обеспеченных подростом в количестве достаточном для естественного лесовосстановления, в данных типах леса составляет от 45 до 88 % (в зависимости от относительной полноты древостоев). Выявлено, что в условиях типа леса свежий бор доля сосняков, обеспеченных подростом предварительной генерации, изменяется в пределах от 18 (при полноте 1,0) до 60 % (при полноте 0,5). Изложено, что наименьшая обеспеченность подростом зафиксирована в условиях типов леса травяной бор, сосняк пристепной, согра сосновая. Указано, что в данных типах леса успешному естественному лесовосстановлению препятствуют негативные факторы, обусловленные особенностями этих типов леса. Установлено, что доля насаждений, обеспеченных подростом, в условиях типов леса травяной бор, сосняк пристепной, согра сосновая не превышает 25 %. Выявлено, что оптимальная относительная полнота древостоев для накопления подроста в различных типах леса отличается: сухой бор высоких всхолмлений — 0,6; сухой бор пологих всхолмлений — 0,5; свежий бор — 0,5; сосняк пристепной — 0,4…0,5; травяной бор — 0,7; согра сосновая — 0,3. Определено, что зависимости от типа леса в ленточных борах накапливается в среднем от 0,8 до 3,1 тыс. шт./га подроста предварительной генерации.
Ключевые слова: сосна обыкновенная, насаждение, подрост, тип леса, относительная полнота, ленточный бор
Ссылка для цитирования: Осипенко А.Е., Залесов С.В. Обеспеченность подростом сосновых насаждений Алтае-Новосибирского района лесостепей и ленточных боров // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2024. Т. 28. № 3. С. 15–25. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-15-25
Список литературы
[1] Белов Л.А. Клям О.А., Сураев П.Н. Влияние выборочных рубок на подрост предварительной генерации в сосняках ягодникового типа леса // Леса России и хозяйство в них, 2022. № 1 (80). С. 37–47. DOI 10.51318/FRET.2021.65.76.004
[2] Залесов С.В., Осипенко А.Е., Толстиков А.Ю., Усов М.В., Гоф А.А., Савин В.В. Воспроизводство и омоложение ленточных боров Алтайского края. Екатеринбург: Изд-во УГЛТУ, 2023. 357 с.
[3] Усов М.В., Толстиков А.Ю., Савин В.В., Осипенко А.Е., Шубин Д.А., Крюк В.И. Обеспеченность подростом спелых и перестойных насаждений Западно-Сибирского подтаежного лесостепного лесного района // Аграрное образование и наука, 2016. № 3. С. 29.
[4] Ivanova N., Petrova I. Age structure of coniferous saplings in mountain old-growth forests of the Middle Urals // E3S Web of Conferences, Moscow, 22–24 April, 2021, v. 265. Moscow: EDP Sciences, 2021, pp. 01024. DOI 10.1051/e3sconf/202126501024
[5] Залесова Е.С., Залесов С.В., Терехов Г.Г., Толкач О.В., Луганский Н.А., Шубин Д.А. Обеспеченность спелых и перестойных светлохвойных насаждений Западно-Уральского таежного лесного района подростом предварительной генерации // Успехи современного естествознания, 2019. № 1. С. 39–44.
[6] Малиновских А.А., Маленко А.А. Влияние живого напочвенного покрова на процесс естественного возобновления сосны обыкновенной после рубок в спелых и перестойных насаждениях в ленточных борах Алтайского края // Вестник Алтайского государственного аграрного университета, 2017. № 12 (158). С. 58–64.
[7] Луферов А.О., Лабоха К.В. Содействие естественному возобновлению как основной метод лесовосстановления в условиях усыхания сосны // Труды БГТУ. Серия 1: Лесное хозяйство, природопользование и переработка возобновляемых ресурсов, 2018. № 2 (210). С. 56–62.
[8] Башегуров К.А., Малиновских А.А., Савин М.А., Годовалов Г.А. Специфика накопления подроста на гарях в различных лесорастительных подзонах ленточных боров Алтая // Леса России и хозяйство в них, 2020. № 1 (72). С. 4–14.
[9] Малиновских А.А. Степень развития растительного покрова в разных типах лесорастительных условий на гарях в ленточных борах Алтайского края // Лесной вестник. Forestry Bulletin, 2020. Т. 24. № 4. С. 43-51. DOI 10.18698/2542-1468-2020-4-43-51
[10] Huth F, Wehnert A, Wagner S. Natural regeneration of scots pine requires the application of silvicultural treatments such as overstorey density regulation and soil preparation // Forests, 2022, no. 13 (6), p. 817. DOI 10.3390/f13060817
[11] Гончарова И.А., Барченков А.П., Скрипальщикова Л.Н. Оценка процесса возобновления сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в Красноярской лесостепи // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии, 2023. № 22–1. С. 110–-113. DOI 10.14258/pbssm.2023020
[12] Малиновских А.А. Влияние клена ясенелистного (Acer negundo L.) на естественное возобновление сосны обыкновенной в Барнаульском ленточном бору // Лесной вестник. Forestry Bulletin, 2023. Т. 27. № 3. С. 48–56. DOI 10.18698/2542-1468-2023-3-48-56
[13] Парамонов Е.Г. Рыбкина И.Д. Ленточные боры Алтая в период потепления климата // Устойчивое лесопользование, 2017. № 3 (51). С. 33–39.
[14] Толстиков А.Ю., Усов М.В., Залесова Е.С., Шубин Д.А. Специфика накопления подроста сопутствующей генерации при выборочных рубках // Актуальные проблемы лесного комплекса, 2019. № 54. С. 67–70.
[15] Усов М.В., Залесов С.В., Шубин Д.А., Толстиков А.Ю., Белов Л.А. Перспективность применения чересполосных постепенных рубок в сосняках Алтая // Аграрный вестник Урала, 2017. № 1 (155). С. 44–48.
[16] Мартынюк А.А., Родин С.А., Рябцев О.В Инновационному развитию нет альтернативы // Лесохозяйственная информация, 2019. № 3. С. 7–20. DOI: 10.24419/LHI.2304-3083.2019.3.01
[17] Башегуров К.А., Залесова Е.С., Толстиков А.Ю., Усов М.В. Последствия группово-выборочных рубок в сосняках ленточных боров Алтая // Успехи современного естествознания, 2019. № 9. С. 13–18.
[18] Желдак В.И., Маленко А.А., Мартынюк А.А., Сидоренков В.М., Лямцев Н.И., Коршунов Н.А., Корякин В.А., Рябцев О.В., Малиновских А.А., Дорощенкова Э.В., Конюшенков М.Е., Курсикова Е.С., Сидоренкова Е.М., Трушина И.Г., Трушина Н.И. Ленточные боры и ведение хозяйства в них. Пушкино: Изд-во ВНИИЛМ, 2022. 216 с.
[19] Osipenko A.E., Zalesov S.V. Evaluation of artificial reforestation efforts in the ribbon forest zone of Altai Krai // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019, v. 316. № 1, p. 012047. DOI 10.1088/1755-1315/316/1/012047
[20] Парамонов Е.Г. Экологические мероприятия в целях лесовосстановления в ленточных борах Алтайского края // Мир науки, культуры, образования, 2014. № 2 (45). С. 396–399.
[21] Малиновских А.А., Маленко А.А. Процесс естественного возобновления сосны обыкновенной после выборочных рубок в спелых и перестойных насаждениях в ленточных борах Алтайского края // Вестник Алтайского государственного аграрного университета, 2018. № 1 (159). С. 67–72.
[22] Дебков Н.М., Кузменкин Д.В., Грибков А.В., Пожидаева Л.В. О предельном возрасте сосны обыкновенной и ее древостоев в ленточных борах Алтайского края // Устойчивое лесопользование, 2021. № 1 (65). С. 53–61. DOI 10.47364/2308-541X_2021_65_1_53
[23] Осипенко А.Е., Залесов С.В. Разновозрастность сосновых древостоев как фактор гармонизации системы лесохозяйственных мероприятий в ленточных борах Алтайского края // Лесотехнический журнал, 2023. Т. 13. № 1 (49). С. 129–145. DOI 10.34220/issn.2222-7962/2023.1/9
[24] Кулагина В.В. Современное состояние Барнаульского ленточного бора // География и природопользование Сибири, 2016. № 22. С. 76–81. DOI 10.18500/1819-7663-2020-20-1-4-9
[25] Осипенко А.Е., Залесов С.В., Белов Л.А., Шубин Д.А. Рост по высоте и диаметру сосновых древостоев в Западно-Сибирском подтаежно-лесостепном районе Алтайского края // Лесохозяйственная информация, 2019. № 1. С. 56–66. DOI 10.24419/LHI.2304-3083.2019.1.05
[26] Мартынюк А.А., Сидоренков В.М., Желдак В.И., Лямцев Н.И., Рябцев О.В., Жафяров А.В. Ленточные боры Алтайского края — состояние и совершенствование хозяйства в них // Лесохозяйственная информация, 2019. №. 1. С. 33–48. DOI 10.24419/LHI.2304-3083.2019.1.03
[27] Приказ Минприроды России от 29.12.2021 № 1024 «Об утверждении Правил лесовосстановления, формы, состава, порядка согласования проекта лесовосстановления, оснований для отказа в его согласовании, а также требований к формату в электронной форме проекта лесовосстановления» (Зарегистрировано в Минюсте России 11.02.2022 № 67240).
[28] Харламова Н.Ф. Оценка и прогноз современных изменений климата Алтайского региона. Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2013. 156 с.
[29] Маленко А.А. Рост и продуктивность искусственных насаждений в ленточных борах Западной Сибири: специальность 06.03.02 «Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация»: дис. ... д-ра с.-х. наук. Екатеринбург, 2012. 360 с.
[30] Lavnyy V., Spathelf P., Kravchuk R., Vytseha R., Yakhnytskyy V.: Silvicultural options to promote natural regeneration of Scots pine (Pinus sylvestris L.) in Western Ukrainian forests // J. of Forest Science, 2022, no. 68, pp. 298–310. DOI 10.17221/73/2022-JFS
[31] Evstigneev O.I. Ontogenetic scales of relation of trees to light (on the example of eastern European forests) // Russian J. of Ecosystem Ecology, 2018, v. 3. no. 3, pp. 1–18. DOI 10.21685/2500-0578-2018-3-3
[32] Zawadzka A, Slupska A. Under-Canopy regeneration of scots pine (Pinus sylvestris L.) as adaptive potential in building a diverse stand structure // Sustainability, 2022, no. 14 (2), p. 1044. DOI 10.3390/su14021044
[33] Сoban S., Сolak A. H., Rotherham, I. D., Ozalp, G., Сalıskan A. Effects of canopy gap size on the regeneration of Scots pine (Pinus sylvestris L.) in Eskisehir-Catacik region of Turkey // Austrian J. of Forest Science / Centralblatt für das gesamte Forstwesen, 2018, v. 135. no. 3, pp. 183–212.
[34] Topacoglu O., Genc E. Forest edge effects on seedlings in mixed Oriental beech (Fagus orientalis Lipsky)-Scots pine (Pinus sylvestris L.) stands // Applied Ecology & Environmental Research, 2019, v. 17 no. 2, pp. 2219–2231. DOI 10.15666/aeer/1702_22192231
[35] Салтыков А.Н. Системная целостность и сходство пространственно-возрастной структуры подроста сосны обыкновенной и сосны крымской // Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада, 2021. № 141. С. 44–54. DOI 10.36305/0513-1634-2021-141-44-54
[36] Малиновских А.А. Флористический состав живого напочвенного покрова на гарях в ленточных борах Западной Сибири // Лесохозяйственная информация, 2021. № 1. С. 5–17. DOI 10.24419/LHI.2304-3083.2021.1.01
Сведения об авторах
Осипенко Алексей Евгеньевич — канд. с.-х. наук, доцент кафедры лесоводства, ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет» (УГЛТУ), osipenkoae@m.usfeu.ru
Залесов Сергей Вениаминович — д-р с.-х. наук, профессор, зав. кафедрой лесоводства, ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет» (УГЛТУ), zalesovsv@m.usfeu.ru
YOUNG PINE PLANTATIONS AVAILABILITY IN ALTAI-NOVOSIBIRSK REGION OF FOREST-STEPPES AND RIBBON FORESTS
A.E. Osipenko, S.V. Zalesov
Ural State Forestry University, 37, Sibirskiy trakt st., 620110, Yekaterinburg, Russia
osipenkoae@m.usfeu.ru
Data on the number of young plantations in natural pine stands growing in the Altai-Novosibirsk region of forest-steppes and ribbon forests has been given. The research is based on the analysis of a database compiled from forest management materials of eleven forest districts, on the territory of which there are ribbon forests in the Altai Krai. Data analysis was performed by climatic subzones of the region, forest districts, forest types and relative density of forest stands. Data are presented on the proportion of stands of VI–XIII age classes provided with young plantations in an amount sufficient for natural reforestation. Trend lines were constructed to reflect the average amount of young pine plantations under the canopy of forest stands of varying relative density. It has been established that pine forests of the dry-forest-on-gentle-slopes and dry-forest-on-high-slopes types are best provided with young plantations. It has been found that pine forests of two forest types, namely dry-forest-on-gentle-slopes and dry-forest-on-high-slopes types, are best provided with young plantations. It has been established that the share of crops provided with young pine plantations in quantities sufficient for natural reforestation in these forest types ranges from 45 to 88 % (depending on the relative density of the forest stands). It has been revealed that in conditions of the maiden forest type, the proportion of pine forests provided with young pine plantations of preliminary generation varies from 18 (at a density of 1,0) to 60 % (at a density of 0,5). It has been stated that the lowest provision of young pine plantations was recorded in the grass forest, steppe pine forest, and sogra pine forest. It is indicated that in these forest types, successful natural reforestation is hampered by negative factors determined by the characteristics of these forest types. It has been established that the share of forest stands provided with young plantations in the pine grass forest, steppe pine forest, and sogra pine forest types does not exceed 25 %. It has been revealed that the optimal relative density of tree stands for the accumulation of young pine plantations in different forest types differs as follows: dry-forest-on-high-slopes type — 0,6, dry-forest-on-gentle-slopes type — 0,5, fresh forest type — 0,5, steppe pine forest type — 0,4...0,5, grass forest type — 0,7, and sogra pine forest type — 0,3. It has been established that depending on the forest type, an average of 0,8 to 3,1 thousand pcs/ha of young pine plantations of preliminary generation accumulates in ribbon forests.
Keywords: Scots pine, forest stand, young plantation, forest type, relative density, ribbon forest
Suggested citation: Osipenko A.E., Zalesov S.V. Obespechennost’ podrostom sosnovykh nasazhdeniy Altae-Novosibirskogo rayona lesostepey i lentochnykh borov [Young pine plantations availability in Altai-Novosibirsk region of forest-steppes and ribbon forests]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2024, vol. 28, no. 3, pp. 15–25. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-15-25
References
[1] Belov L.A. Klyam O.A., Suraev P.N. Vliyanie vyborochnykh rubok na podrost predvaritel’noy generatsii v sosnyakakh yagodnikovogo tipa lesa [The effect of selective logging on the undergrowth of preliminary genaration in berry-type pine forests]. Lesa Rossii i khozyaystvo v nikh [Forests of Russia and the economy in them], 2022, no. 1 (80), pp. 37–47. DOI 10.51318/FRET.2021.65.76.004
[2] Zalesov S.V., Osipenko A.E., Tolstikov A.Yu., Usov M.V., Gof A.A., Savin V.V. Vosproizvodstvo i omolozhenie lentochnykh borov Altayskogo kraya [Reproduction and rejuvenation of ribbon pine forests in the Altai Territory]. Ekaterinburg: UGLTU, 2023, 357 p.
[3] Usov M.V., Tolstikov A.Yu., Savin V.V., Osipenko A.E., Shubin D.A., Kryuk V.I. Obespechennost’ podrostom spelykh i perestoynykh nasazhdeniy Zapadno-Sibirskogo podtaezhnogo lesostepnogo lesnogo rayona [Mature and overmature stands provision with undergrowth in the west Siberian forest steppe forest region]. Agrarnoe obrazovanie i nauka [Agricultural education and science], 2016, no. 3, pp. 29.
[4] Ivanova N., Petrova I. Age structure of coniferous saplings in mountain old-growth forests of the Middle Urals. E3S Web of Conferences, Moscow, 22–24 April 2021, v. 265. Moscow: EDP Sciences, 2021, p. 01024. DOI 10.1051/e3sconf/202126501024
[5] Zalesova E.S., Zalesov S.V., Terekhov G.G., Tolkach O.V., Luganskiy N.A., Shubin D.A. Obespechennost’ spelykh i perestoynykh svetlokhvoynykh nasazhdeniy Zapadno-Ural’skogo taezhnogo lesnogo rayona podrostom predvaritel’noy generatsii [Self-sufficiency of mature and overmature softwood forests of West Ural taiga region in undergrowth of pre-generation]. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya [Advances in current natural sciences], 2019, no. 1, pp. 39–44.
[6] Malinovskikh A.A., Malenko A.A. Vliyanie zhivogo napochvennogo pokrova na protsess estestvennogo vozobnovleniya sosny obyknovennoy posle rubok v spelykh i perestoynykh nasazhdeniyakh v lentochnykh borakh Altayskogo kraya [Living soil cover influence on natural regeneration of Scots pine after felling in mature and over-mature stands in belt pine forests of the Altai Territory]. Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of Altai State Agricultural University], 2017, no. 12 (158), pp. 58–64.
[7] Luferov A.O., Labokha K.V. Sodeystvie estestvennomu vozobnovleniyu kak osnovnoy metod lesovosstanovleniya v usloviyakh usykhaniya sosny [Assistance to natural regeneration as the basic method of reforestation in conditions of dieback of pine forests]. Trudy BGTU. Seriya 1: Lesnoe khozyaystvo, prirodopol’zovanie i pererabotka vozobnovlyaemykh resursov [BSTU Publications. Series 1: Forestry, environmental management and processing of renewable resources], 2018, no. 2 (210), pp. 56–62.
[8] Bashegurov K.A., Malinovskikh A.A., Savin M.A., Godovalov G.A. Spetsifika nakopleniya podrosta na garyakh v razlichnykh lesorastitel’nykh podzonakh lentochnykh borov Altaya [Specificity of undergrowth with accumulation on learned areal in different forest growing subzones of Altai belt boron]. Lesa Rossii i khozyaystvo v nikh [Forests of Russia and the economy in them], 2020, no. 1 (72), pp. 4–14.
[9] Malinovskikh A.A. Stepen’ razvitiya rastitel’nogo pokrova v raznykh tipakh lesorastitel’nykh usloviy na garyakh v lentochnykh borakh Altayskogo kraya [Plant cover development degree under different types of forest growth conditions on burnt areas in the belt pine forests of the Altai Territory]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2020, vol. 24. no. 4, pp. 43–51. DOI 10.18698/2542-1468-2020-4-43-51
[10] Huth F, Wehnert A, Wagner S. Natural regeneration of scots pine requires the application of silvicultural treatments such as overstorey density regulation and soil preparation. Forests, 2022, no. 13 (6), p. 817. DOI 10.3390/f13060817
[11] Goncharova I.A., Barchenkov A.P., Skripal’shchikova L.N. Otsenka protsessa vozobnovleniya sosny obyknovennoy (Pinus sylvestris L.) v Krasnoyarskoy lesostepi [Restoration assessment of Scots pine (Pinus sylvestris L.) at the Krasnoyarsk forest-steppe]. Problemy botaniki Yuzhnoy Sibiri i Mongolii [Problems of Botany of Southern Siberia and Mongolia], 2023, no. 22–1, pp. 110–113. DOI 10.14258/pbssm.2023020
[12] Malinovskikh A.A. Vliyanie klena yasenelistnogo (Acer negundo L.) na estestvennoe vozobnovlenie sosny obyknovennoy v Barnaul’skom lentochnom boru [Influence of ash-leaved maple (Acer negundo L.) on Scots pine natural renewal in Barnaul ribbon pine forest]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2023, vol. 27. no. 3, pp. 48–56. DOI 10.18698/2542-1468-2023-3-48-56
[13] Paramonov E.G. Rybkina I.D. Lentochnye bory Altaya v period potepleniya klimata [Ribbon forests of Altai in the period of climate warming]. Ustoychivoe lesopol’zovanie [Sustainable forestry], 2017, no. 3 (51), pp. 33–39.
[14] Tolstikov A.Yu., Usov M.V., Zalesova E.S., Shubin D.A. Spetsifika nakopleniya podrosta soputstvuyushchey generatsii pri vyborochnykh rubkakh [The specificity of the accumulation of undergrowth concomitant generation in selective logging]. Aktual’nye problemy lesnogo kompleksa [Actual problems of the forest complex], 2019, no. 54, pp. 67–70.
[15] Usov M.V., Zalesov S.V., Shubin D.A., Tolstikov A.Yu., Belov L.A. Perspektivnost’ primeneniya cherespolosnykh postepennykh rubok v sosnyakakh Altaya [Perspective of alternate strip felling in pine stands of Altai]. Agrarnyy vestnik Urala [Agrarian Bulletin of the Urals], 2017, no. 1 (155), p. 10.
[16] Martynyuk A.A., Rodin S.A., Ryabtsev O.V. Innovatsionnomu razvitiyu net al’ternativy [There is no alternative to innovative development] Lesokhozyaystvennaya informatsiya [Forestry information], 2019, no. 3, pp. 7–20. DOI: 10.24419/LHI.2304-3083.2019.3.01
[17] Bashegurov K.A., Zalesova E.S., Tolstikov A.Yu., Usov M.V. Posledstviya gruppovo-vyborochnykh rubok v sosnyakakh lentochnykh borov Altaya [Consequence of group-slective felling in stripe pine forests of Altay]. Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya [Advances in current natural sciences], 2019, no. 9, pp. 13–18.
[18] Zheldak V.I., Malenko A.A., Martynyuk A.A., Sidorenkov V.M., Lyamtsev N.I., Korshunov N.A., Koryakin V.A., Ryabtsev O.V., Malinovskikh A.A., Doroshchenkova E.V., Konyushenkov M.E., Kursikova E.S., Sidorenkova E.M., Trushina I.G., Trushina N.I. Lentochnye bory i vedenie khozyaystva v nikh [Pine forests and its management]. Pushkino: VNIILM, 2022, 216 p.
[19] Osipenko A.E., Zalesov S.V. Evaluation of artificial reforestation efforts in the ribbon forest zone of Altai Krai. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019, v. 316, no. 1, p. 012047. DOI 10.1088/1755-1315/316/1/012047
[20] Paramonov E.G. Ekologicheskie meropriyatiya v tselyakh lesovosstanovleniya v lentochnykh borakh Altayskogo kraya [Environmental activities in the course of reforestation of belt-shaped pine forests in Altai Territory]. Mir nauki, kul’tury, obrazovaniya [The world of science, culture and education], 2014, no. 2 (45), pp. 396–399.
[21] Malinovskikh A.A., Malenko A.A. Protsess estestvennogo vozobnovleniya sosny obyknovennoy posle vyborochnykh rubok v spelykh i perestoynykh nasazhdeniyakh v lentochnykh borakh Altayskogo kraya [Natural regeneration of scots pine after selective felling in mature and over-mature stands in belt pine forests of the Altai Territory]. Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of Altai State Agricultural University], 2018, no. 1 (159), pp. 67–72.
[22] Debkov N.M., Kuzmenkin D.V., Gribkov A.V., Pozhidaeva L.V. O predel’nom vozraste sosny obyknovennoy i ee drevostoev v lentochnykh borakh Altayskogo kraya [On the maximum age of Scots pine and its stands in the Altai Territory ribbon forests]. Ustoychivoe lesopol’zovanie [Sustainable forestry], 2021, no. 1 (65), pp. 53–61. DOI 10.47364/2308-541X_2021_65_1_53
[23] Osipenko A.E., Zalesov S.V. Raznovozrastnost’ sosnovykh drevostoev kak faktor garmonizatsii sistemy lesokhozyaystvennykh meropriyatiy v lentochnykh borakh Altayskogo kraya [Age differences of pine stands as a factor of harmonization of the system of forest management activities in ribbon forests of the Altai Territory]. Lesotekhnicheskiy zhurnal [Forestry Engineering journal], 2023, v. 13, no. 1 (49), pp. 129–145. DOI 10.34220/issn.2222-7962/2023.1/9
[24] Kulagina V.V. Sovremennoe sostoyanie Barnaul’skogo lentochnogo [Current state of the Barnaul ribbon forest]. Geografiya i prirodopol’zovanie Sibiri [Geography and nature management of Siberia], 2016, no. 22, pp. 76–81. DOI 10.18500/1819-7663-2020-20-1-4-9
[25] Osipenko A.E., Zalesov S.V., Belov L.A., Shubin D.A. Rost po vysote i diametru sosnovykh drevostoev v Zapadno-Sibirskom podtaezhno-lesostepnom rayone Altayskogo kraya [Growth in height and diameter of pine stands in the West Siberian subtaiga-forest-steppe region of the Altai Territory]. Lesokhozyaystvennaya informatsiya [Forestry information], 2019, no. 1. pp. 56–66. DOI 10.24419/LHI.2304-3083.2019.1.05
[26] Martynyuk A.A., Sidorenkov V.M., Zheldak V.I., Lyamtsev N.I., Ryabtsev O.V., Zhafyarov A.V. Lentochnye bory Altayskogo kraya — sostoyanie i sovershenstvovanie khozyaystva v nikh [Ribbon relict pine forests in the Altai Territory — current forest management and its improvement] Lesokhozyaystvennaya informatsiya [Forestry information], 2019, no. 1, pp. 33–48. DOI 10.24419/LHI.2304-3083.2019.1.03
[27] Prikaz Minprirody Rossii ot 29.12.2021 № 1024 «Ob utverzhdenii Pravil lesovosstanovleniya, formy, sostava, poryadka soglasovaniya proekta lesovosstanovleniya, osnovaniy dlya otkaza v ego soglasovanii, a takzhe trebovaniy k formatu v elektronnoy forme proekta lesovosstanovleniya» (Zaregistrirovano v Minyuste Rossii 11.02.2022 № 67240) [Order of the Ministry of Natural Resources of Russia dated December 29, 2021, no. 1024 «On approval of the Rules for reforestation, the form, composition, procedure for approving a reforestation project, the grounds for refusing to approve it, as well as requirements for the format in the electronic form of a reforestation project» (Registered with the Ministry of Justice of Russia February 11, 2022, no. 67240)].
[28] Kharlamova N.F. Otsenka i prognoz sovremennykh izmeneniy klimata Altayskogo regiona [Assessment and forecast of current climate changes in Altai Territory]. Barnaul: AltGU, 2013, 156 p.
[29] Malenko A.A. Rost i produktivnost’ iskusstvennykh nasazhdeniy v lentochnykh borakh Zapadnoy Sibiri [The growth and productivity of artificial plantings in the tape forests of Western Siberia]. Dis. Dr. Sci. (Agric.). Ekaterinburg, 2012, 360 p.
[30] Lavnyy V., Spathelf P., Kravchuk R., Vytseha R., Yakhnytskyy V.: Silvicultural options to promote natural regeneration of Scots pine (Pinus sylvestris L.) in Western Ukrainian forests. J. of Forest Science, 2022, no. 68, pp. 298–310. DOI 10.17221/73/2022-JFS
[31] Evstigneev O.I. Ontogenetic scales of relation of trees to light (on the example of eastern European forests). Russian J. of Ecosystem Ecology, 2018, v. 3, no. 3, pp. 1–18. DOI 10.21685/2500-0578-2018-3-3
[32] Zawadzka A, Slupska A. Under-Canopy regeneration of Scots pine (Pinus sylvestris L.) as adaptive potential in building a diverse stand structure. Sustainability, 2022, no. 14 (2), p. 1044. DOI 10.3390/su14021044
[33] Сoban S., Сolak A. H., Rotherham, I. D., Ozalp, G., Сalıskan A. Effects of canopy gap size on the regeneration of Scots pine (Pinus sylvestris L.) in Eskisehir-Catacik region of Turkey. Austrian J. of Forest Science. Centralblatt für das gesamte Forstwesen, 2018, v. 135, no. 3, pp. 183–212.
[34] Topacoglu O., Genc E. Forest edge effects on seedlings in mixed Oriental beech (Fagus orientalis Lipsky) – Scots pine (Pinus sylvestris L.) stands. Applied Ecology & Environmental Research, 2019, v. 17, no. 2, pp. 2219–2231. DOI 10.15666/aeer/1702_22192231
[35] Saltykov A.N. Sistemnaya tselostnost’ i skhodstvo prostranstvenno-vozrastnoy struktury podrosta sosny obyknovennoy i sosny krymskoy [Systemic integrity and similarity of the spatial and age structure of the undergrowth of Scots pine and Crimean pine]. Byulleten’ Gosudarstvennogo Nikitskogo botanicheskogo sada [Bulletin of the State Nikitsky Botanical Gardens], 2021, no. 141, pp. 44–54. DOI 10.36305/0513-1634-2021-141-44-54
[36] Malinovskikh A.A. Floristicheskiy sostav zhivogo napochvennogo pokrova na garyakh v lentochnykh borakh Zapadnoy Sibiri [The floristic composition of the living soil cover on burnt areas in the belt pine forests of West Siberia]. Lesokhozyaystvennaya informatsiya [Forestry information], 2021, no. 1. pp. 5–17. DOI 10.24419/LHI.2304-3083.2021.1.01
Authors’ information
Osipenko Aleksey Evgen’evich — Cand. Sci. (Agriculture), Associate Professor of the Forestry Department of the Ural State Forestry University, osipenkoae@m.usfeu.ru
Zalesov Sergey Veniaminovich — Dr. Sci. (Agriculture), Professor, Head of the Forestry Department of the Ural State Forestry University, zalesovsv@m.usfeu.ru
|
3
|
СБАЛАНСИРОВАННОЕ РАЗВИТИЕ РЕГИОНА И ЛЕСНОЙ РЕСУРСНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ
|
26-36
|
|
УДК 630.90 (001.891.573)
DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-26-36
EDN: MCFQGE
Шифр ВАК 4.1.6
Р.Н. Ковалев1, 2, В.В. Побединский1, 2, Г.А. Иовлев2
1ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет», Россия, 620100, г. Екатеринбург, ул. Сибирский тракт, д. 37
2ФГБОУ ВО «Уральский государственный аграрный университет», Россия, 620075, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42
pobedinskyvv@mail.ru
Рассмотрена актуальная проблема сбалансированного устойчивого развития регионов, в первую очередь, располагающих большими лесными ресурсами. На основе сравнительного анализа эффективности использования российских и зарубежных лесных ресурсов показаны значительная недооценка продуктивности лесных земель на территории того иного региона РФ и эффективности использования их ресурсного потенциала по всему спектру его полезностей, следовательно, его вклада в ВВП страны. В качестве одной из главных причин такого положения определена методологическая, поэтому в статье изложены концептуальные основы интеграции лесного ресурсного потенциала в сбалансированное социо-эколого-экономическое развитие региона. В научном плане, на основе обобщений результатов предыдущих исследований и новейших научных достижений, изложена новая методология, основанная на современных подходах к исследованиям больших систем и информационных технологиях. Представление результатов практической реализации предложенной методологии в виде прикладного программного обеспечения рекомендуется использовать на всех требуемых уровнях государственного стратегического планирования.
Ключевые слова: сбалансированное развитие; лесные регионы; лесные земли; лесной ресурсный потенциал; интеграция; индекс продуктивности территории
Ссылка для цитирования: Ковалев Р.Н., Побединский В.В., Иовлев Г.А. Сбалансированное развитие региона и лесной ресурсный потенциал // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2024. Т. 28. № 3. С. 26–36. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-26-36
Список литературы
[1] Стратегии развития лесного комплекса РФ до 2030 года. Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 11.02. 2021 г. № 312-р. URL: http://static.government.ru›media/files/….pdf (дата обращения 06.12.2023).
[2] Ускова Т.В. Управление устойчивым развитием региона. Вологда: Изд-во ИСЭРТ РАН, 2009. 355 с.
[3] Мехренцев А.В., Бондаренко С.А., Атепалихина Е.А., Долженко Л.М., Прядилина Н.К., Стариков Е.Н., Шпак Н.А. Стратегическое управление социально-экономическим развитием территорий: методологические основы и прикладной инструментарий / под ред. А.В. Мехренцева. Екатеринбург: Изд-во УГЛТУ, 2015. 253 с.
[4] Пахомова О.А., Дубровина О.А. Социальный потенциал региона как фактор развития территории // Социально-экономическое развитие России: материалы Всерос. науч. конф., г. Чебоксары, 14 мая 2019 г. Чебоксары: Среда, 2019. С. 25–30.
[5] Мирошников С.Н. Государственное управление социально-экономическим развитием субъектов Российской Федерации на основе системы стратегического планирования: автореф. дис. ... д-ра экон. наук. 08.00.05. М., 2020. 45 с.
[6] Николаева Е.Е., Бабаев Б.Д. Хозяйственный механизм региональной социально-экономической системы: теоретический аспект // Теоретическая экономика, 2020. № 11. С. 11–22.
[7] Токарева П.В., Доменко Ю.Ю. Стратегическое планирование социально-экономического развития региона: проблемы и перспективы развития // Московский экономический журнал, 2020. № 12. С. 129–138.
[8] Кислая Т.Н. Теоретико-методологические подходы к управлению экономической безопасностью региона. Чебоксары: Среда, 2021. 152 с.
[9] Федеральный закон от 28.06.2014 № 172-ФЗ (последняя редакция) «О стратегическом планировании в Российской Федерации». URL: http://duma.gov.ru (дата обращения 06.12.2023).
[10] Семячков А.И., Логинов В.Г., Игнатьева М.Н., Душин А.В., Полянская И.Г. Институциональные аспекты сбалансированного природопользования / под ред. А.И. Семячкова. Екатеринбург: Изд-во Института экономики УрО РАН, 2017. 134 с.
[11] Моисеев Н.А. Организация устойчивого пользования и управления лесами в рыночных условиях: первоочередные проблемы экономики лесного хозяйства // Лесное хозяйство, 2002. № 4. С. 2–4.
[12] Бобылев С.Н. Вишнякова В.С., Комарова И.И., Шевчук А.В. «Зеленая» экономика. Новая парадигма развития страны / под ред. А.В. Шевчука. М.: Совет по изучению производительных сил, 2014. 248 с.
[13] Прешкин Г.А. Нормативы оценки лесных благ. Екатеринбург: Изд-во УГЛТУ, 2011. 319 с.
[14] Лебедев Ю.В. Оценка лесных экосистем в экономике природопользования. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2011. 583 с.
[15] Лебедев Ю.В. Теоретические основы экологического устойчивого развития территорий. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2015. 189 с.
[16] Стратегия научно-технологического развития Российской Федерации. Утверждена Указом Президента Российской Федерации от 01.12. 2016 г. № 642. URL: http://government.ru (дата обращения 06.12.2023).
[17] Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990. 637 с.
[18] Ковалев Р.Н., Побединский В.В., Кручинин И.Н. Междисциплинарный подход к вопросу о «живой» экономике и устойчивом развитии // Фундаментальные исследования, 2020. № 3. С. 136–141.
[19] Постановление Правительства РФ от 8 апреля 2000 г. № 316 «Об утверждении Правил проведения государственной кадастровой оценки земель» (ред. 30.06.2010г.). URL: http://pravo.gov.ru (дата обращения 06.12.2023).
[20] Критерии и индикаторы устойчивого управления лесами Российской Федерации. Утверждены приказом Федеральной службы лесного хозяйства России от 05.02.1996 г. № 21.
[21] Indicators of Sustainable Development: Guidelines and Methodologies. Third Edition // Economic & Social Affairs. New York: United Nations, 2007, 93 р.
[22] Жарников В.Б., Гагарин А.И., Лебедева Т.А. О приоритете индикаторов устойчивого развития территорий // Вестник СГГА, 2014. Вып. 4 (28). С. 57–65.
[23] Di Tella R., MacCulloch R.J., Oswald A.J. The Macroeconomics of Happiness // The Review of Economics and Statistics, 2003, v. 85, no. 4, pp. 809–827.
[24] Кислицына О.А. Национальный индекс качества жизни (благополучия) как инструмент мониторинга эффективности социально-экономической политики в России // Журнал исследований социальной политики, 2017. Т. 15. № 4 С. 547–556.
[25] Медведева О.Е. Оценка земли и природная рента // Имущественные отношения в Российской Федерации. М.: Изд-во Международной академии оценки и консалтинга, 2004. № 5 (32). С. 67–77.
[26] Ковалев Р.Н., Еналеева-Бандура И.М. Метод эффективного планирования суммарных затрат на создание и развитие лесотранспортных систем с учетом принципов устойчивого развития территорий // Хвойные бореальной зоны, 2019. Т. XXXVII. № 6. С. 455–459.
[27] Шувалова В.А., Бровкин С.А., Еналеева-Бандура И.М. Анализ методов повышения эффективности использования подвижного состава на вывозке древесного сырья // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: материалы XIX Междунар. науч.-техн. конф. / под ред. С.М. Хамитовой. Вологда: Изд-во Вологодского государственного университета, 2021. С. 371–374.
[28] Ковалев Р.Н., Еналеева-Бандура И.М., Баранов А.Н. Математическая модель оценки эффективности лесопользования с учетом уровня развития транспортной сети на основе комплексного подхода // Системы. Методы. Технологии, 2020. № 4(48). С. 151–155.
[29] Skrypnikov A.V., Kozlov V.G., Samtsov V.V., Nikitin V.V., Denisenko V.V., Boltnev D.E. Theoretical background of road landscape zoning // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. International Conference on Engineering Studies and Cooperation in Global Agricultural Production, 2021, t. 659, p. 012011.
[30] Ковалев Р.Н., Еналеева-Бандура И.М., Баранов А.Н., Григорьева О.И., Григорьев И.В. Математическая модель определения оптимального месторасположения лесных пожарно-химических станций с учетом уровня развития транспортных сетей на территории лесного фонда // Resources and Technology, 2021. Т. 18. № 4. С. 77–92.
[31] Лыщик П.А., Бавбель Е.И., Науменко А.И. Основные принципы развития сети лесных автомобильных дорог // Труды БГТУ. Серия 1: Лесное хозяйство, природопользование и переработка возобновляемых ресурсов, 2020. № 1 (228). С. 125–130.
[32] Васильева Е.Ф., Токмашев А.А., Давыдова А.Л. Интегральный подход к определению показателя общей экономической стоимости лесных ресурсов с учетом уровня развития транспортной сети // Эффективный ответ на современные вызовы с учетом взаимодействия человека и природы, человека и технологий: социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса: материалы XIII Междунар. науч.-техн. конф., Екатеринбург, 2–4 февраля 2021 г. Екатеринбург: Изд-во УГЛТУ, 2021. С. 598–599.
[33] Никитин В.В., Скрыпников А.В., Денисенко В.В., Володина Ю.Ю., Бойков П.А., Картавцев О.Л. Математическая модель сети лесовозных автомобильных дорог на основе оптимальных параметров // Теория и практика инновационных технологий в АПК: материалы национальной науч.-практ. конф., Воронеж, 19–21 апреля 2022 года. Воронеж: Изд-во Воронежского государственного аграрного университета имени Императора Петра I, 2022. С. 120–134.
[34] Safonova Yu.A., Skrypnikov A.V., Kovaleva E.N., Lemeshkin A.V., Machtakov S.G. Evaluation of the effect of fermentation conditions on the functional and technological characteristics of the semifinished meat product // Int. conf. on production and processing of agricultural raw materials (P2ARM 2021), Voronezh, 21–24 September, 2021. IOP Publishing Ltd, 2022, t. 1052, p. 012049.
[35] Цифровое производство. Методы, экосистемы, технологии. URL: http://assets.fea.ru/uploads/fea/news/2017/11_november/17/tsifrovoe_proizvodstvo_112017.pdf (дата обращения 06.12.2023).
[36] Цифровое производство. Методы, экосистемы, технологии. Гл. 2. Новая парадигма цифрового проектирования и моделирования глобально конкурентоспособной продукции нового поколения (дополненная версия). URL: http://fea.ru/news/6721 (дата обращения 06.12.2023).
Сведения об авторах
Ковалев Рудольф Николаевич — д-р техн. наук, профессор кафедры интеллектуальных систем, ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет», kovalevrn@m.usfeu.ru
Побединский Владимир Викторович — д-р техн. наук, профессор кафедры технологии и оборудования лесопромышленных производств, ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет», pobedinskyvv@mail.ru
Иовлев Григорий Александрович — канд. эконом. наук, доцент, заведующий кафедрой сервиса транспортных и технологических машин и оборудования АПК, ФГБОУ ВО «Уральский государственный аграрный университет», gri-iovlev@yandex.ru
BALANCED DEVELOPMENT OF REGION AND FOREST RESOURCE POTENTIAL
R.N. Kovalev1, 2, V.V. Pobedinsky1, 2, G.A. Iovlev2
1Ural State Forestry University, 37, Siberian tract, 620100, Yekaterinburg, Sverdlovsk reg., Russia
2Ural State Agrarian University, 42, Karl Liebknecht st., 620075, Yekaterinburg, Sverdlovsk reg., Russia
pobedinskyvv@mail.ru
The topical issue of balanced sustainable development of regions, primarily those with large forest resources, is considered. Based on the comparative analysis of the efficiency of Russian and foreign forest resources use, the significant underestimation of forest land productivity on the territory of a particular region of the Russian Federation and the efficiency of their resource potential use across the entire spectrum of its utility, hence, its contribution to the country's GDP is shown. As one of the main reasons for this situation is identified as methodological, so the article outlines the conceptual framework for the integration of forest resource potential in the balanced socio-ecological-economic development of the region. In scientific terms, based on generalizations of previous research results and the latest scientific achievements, a new methodology based on modern approaches to large systems research and information technology is outlined. Presentation of the results of practical implementation of the proposed methodology in the form of application software is recommended to be used at all required levels of state strategic planning.
Keywords: balanced development, forest regions, forest lands, forest resource potential, integration, Territory productivity index
Suggested citation: Kovalev R.N., Pobedinskiy V.V., Iovlev G.A. Sbalansirovannoe razvitie regiona i lesnoy resursnyy potentsial [Balanced development of region and forest resource potential]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2024, vol. 28, no. 3, pp. 26–36. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-26-36
References
[1] Strategii razvitiya lesnogo kompleksa RF do 2030 goda. Utverzhdena rasporyazheniem Pravitel’stva Rossiyskoy Federatsii ot 11.02. 2021 g. № 312-r [Strategies for the development of the forestry complex of the Russian Federation until 2030. Approved by order of the Government of the Russian Federation dated 11.02.2021, no. 312-r]. Available at: http://static.government.ru›media/files/….pdf (accessed 06.12.2023).
[2] Uskova T.V. Upravlenie ustoychivym razvitiem regiona [Management of sustainable development of the region]. Vologda: ISEDT RAS, 2009, 355 p.
[3] Mekhrentsev A.V., Bondarenko S.A., Atepalikhina E.A., Dolzhenko L.M., Pryadilina N.K., Starikov E.N., Shpak N.A. Strategicheskoe upravlenie sotsial’no-ekonomicheskim razvitiem territoriy: metodologicheskie osnovy i prikladnoy instrumentariy [Strategic management of socio-economic development of territories: methodological foundations and applied tools]. Ed. A.V. Mehrentsev. Ekaterinburg: UGFLTU, 2015, 253 p.
[4] Pakhomova O.A., Dubrovina O.A. Sotsial’nyy potentsial regiona kak faktor razvitiya territorii [Social potential of the region as a factor in the development of the territory]. Sotsial’no-ekonomicheskoe razvitie Rossii: materialy Vseros. nauch. konf. [Socio-economic development of Russia: materials of the All-Russian Federation. scientific Conf.], Cheboksary, May 14, 2019. Cheboksary: Sreda Publishing House, 2019, pp. 25-30.
[5] Miroshnikov S.N. Gosudarstvennoe upravlenie sotsial’no-ekonomicheskim razvitiem sub’ektov Rossiyskoy Federatsii na osnove sistemy strategicheskogo planirovaniya [State management of socio-economic development of the constituent entities of the Russian Federation based on the strategic planning system: abstract of thesis]. Dis. Dr. Sci. (Economics), 08.00.05. Moscow, 2020, 45 p.
[6] Nikolaeva E.E., Babaev B.D. Khozyaystvennyy mekhanizm regional’noy sotsial’no-ekonomicheskoy sistemy: teoreticheskiy aspekt [Economic mechanism of the regional socio-economic system: theoretical aspect]. Teoreticheskaya ekonomika [Theoretical Economics], 2020, no. 11, pp. 11-22.
[7] Tokareva P.V., Domenko Yu.Yu. Strategicheskoe planirovanie sotsial’no-ekonomicheskogo razvitiya regiona: problemy i perspektivy razvitiya [Strategic planning of the socio-economic development of the region: problems and development prospects]. Moskovskiy ekonomicheskiy zhurnal [Moscow Economic Journal], 2020, no. 12, pp. 129–138.
[8] Kislaya T.N. Teoretiko-metodologicheskie podkhody k upravleniyu ekonomicheskoy bezopasnost’yu regiona [Theoretical and methodological approaches to managing the economic security of the region]. Cheboksary: Publishing House «Sreda», 2021, 152 p.
[9] Federal’nyy zakon ot 28.06.2014 N 172-FZ (poslednyaya redaktsiya) «O strategicheskom planirovanii v Rossiyskoy Federatsii» [Federal Law of June 28, 2014 N 172-FZ (latest edition) «On strategic planning in the Russian Federation»]. Available at: http://duma.gov.ru (accessed 06.12.2023).
[10] Semyachkov A.I., Loginov V.G., Ignat’eva M.N., Dushin A.V., Polyanskaya I.G. Institutsional’nye aspekty sbalansirovannogo prirodopol’zovaniya [Institutional aspects of balanced environmental management]. Ed. A.I. Semyachkova. Ekaterinburg: Institut ekonomiki UrO RAN [Institute of Economics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences], 2017, 134 p.
[11] Moiseev N.A. Organizatsiya ustoychivogo pol’zovaniya i upravleniya lesami v rynochnykh usloviyakh: pervoocherednye problemy ekonomiki lesnogo khozyaystva [Organization of sustainable use and management of forests in market conditions: priority problems of forestry economics]. Lesnoe khozyaystvo [Forestry], 2002, no. 4, pp. 2–4.
[12] Bobylev S.N. Vishnyakova V.S., Komarova I.I., Shevchuk A.V. «Zelenaya» ekonomika. Novaya paradigma razvitiya strany [«Green» economy. New paradigm for the country’s development]. Ed. A.V. Shevchuk. Moscow: Sovet po izucheniyu proizvoditel’nykh sil (SOPS) [Council for the Study of Productive Forces (SOPS)], 2014, 248 p.
[13] Preshkin G.A. Normativy otsenki lesnykh blag [Standards for assessing forest benefits]. Ekaterinburg: UGFLTU, 2011, 319 p.
[14] Lebedev Yu.V. Otsenka lesnykh ekosistem v ekonomike prirodopol’zovaniya [Assessment of forest ecosystems in environmental economics]. Ekaterinburg: Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2011, 583 p.
[15] Lebedev Yu.V. Teoreticheskie osnovy ekologicheskogo ustoychivogo razvitiya territoriy [Theoretical foundations of environmental sustainable development of territories]. Ekaterinburg: USGU, 2015, 189 p.
[16] Strategiya nauchno-tekhnologicheskogo razvitiya Rossiyskoy Federatsii. Utverzhdena Ukazom Prezidenta Rossiyskoy Federatsii ot 01.12. 2016 g. № 642 [Strategy for scientific and technological development of the Russian Federation. Approved by Decree of the President of the Russian Federation dated 01.12. 2016 no. 642]. Available at: http://government.ru (accessed 06.12.2023).
[17] Reymers N.F. Prirodopol’zovanie: Slovar’-spravochnik [Nature management: Dictionary-reference book]. Moscow: Mysl’, 1990, 637 p.
[18] Kovalev R.N., Pobedinskiy V.V., Kruchinin I.N. Mezhdistsiplinarnyy podkhod k voprosu o «zhivoy» ekonomike i ustoychivom razvitii [Interdisciplinary approach to the issue of «living» economy and sustainable development]. Fundamental’nye issledovaniya [Fundamental Research], 2020, no. 3, pp. 136-141.
[19] Postanovlenie Pravitel’stva RF ot 8 aprelya 2000 g. № 316 «Ob utverzhdenii Pravil provedeniya gosudarstvennoy kadastrovoy otsenki zemel’» (red. 30.06.2010g.) [Decree of the Government of the Russian Federation of April 8, 2000 no. 316 «On approval of the Rules for the state cadastral valuation of land» (as amended on June 30, 2010)]. Available at: http://pravo.gov.ru (accessed 06.12.2023).
[20] Kriterii i indikatory ustoychivogo upravleniya lesami Rossiyskoy Federatsii. Utverzhdeny prikazom Federal’noy sluzhby lesnogo khozyaystva Rossii ot 05.02. 1996 g. № 21 [Criteria and indicators for sustainable forest management in the Russian Federation. Approved by order of the Federal Forestry Service of Russia dated 05.02. 1996 no. 21].
[21] Indicators of Sustainable Development: Guidelines and Methodologies. Third Edition. Economic & Social Affairs. New York: United Nations, 2007, 93 p.
[22] Zharnikov V.B., Gagarin A.I., Lebedeva T.A. O prioritete indikatorov ustoychivogo razvitiya territoriy [On the priority of indicators for sustainable development of territories]. Vestnik SGGA [Bulletin of the SSGA], 2014, v. 4 (28), pp. 57-65.
[23] Di Tella R., MacCulloch R.J., Oswald A.J. The Macroeconomics of Happiness. The Review of Economics and Statistics, 2003, v. 85, no. 4, pp. 809-827.
[24] Kislitsyna O.A. Natsional’nyy indeks kachestva zhizni (blagopoluchiya) kak instrument monitoringa effektivnosti sotsial’no-ekonomicheskoy politiki v Rossii [National index of quality of life (well-being) as a tool for monitoring the effectiveness of socio-economic policy in Russia]. Zhurnal issledovaniy sotsial’noy politiki [J. of Social Policy Research], 2017, v. 15, no. 4, pp. 547-556.
[25] Medvedeva O.E. Otsenka zemli i prirodnaya renta [Land valuation and natural rent]. Imushchestvennye otnosheniya v Rossiyskoy Federatsii [Property relations in the Russian Federation]. Moscow: International Academy of Assessment and Consulting, 2004, no. 5 (32), pp. 67-77.
[26] Kovalev R.N., Enaleeva-Bandura I.M. Metod effektivnogo planirovaniya summarnykh zatrat na sozdanie i razvitie lesotransportnykh sistem s uchetom printsipov ustoychivogo razvitiya territoriy [Method for effective planning of total costs for the creation and development of forest transport systems, taking into account the principles of sustainable development of territories]. Khvoynye boreal’noy zony [Conifers of the boreal zone], 2019, t. XXXVII, no. 6, pp. 455-459.
[27] Shuvalova V.A., Brovkin S.A., Enaleeva-Bandura I.M. Analiz metodov povysheniya effektivnosti ispol’zovaniya podvizhnogo sostava na vyvozke drevesnogo syr’ya [Analysis of methods for increasing the efficiency of using rolling stock for the removal of wood raw materials]. Aktual’nye problemy razvitiya lesnogo kompleksa: mater. XIX Mezhdunar. nauch.-tekhn. konferentsii [Actual problems of development of the forestry complex: material. XIX International scientific-technical conference]. Ed. S.M. Khamitova. Vologda: Vologda State University, 2021, pp. 371-374.
[28] Kovalev R.N., Enaleeva-Bandura I.M., Baranov A.N. Matematicheskaya model’ otsenki effektivnosti lesopol’zovaniya s uchetom urovnya razvitiya transportnoy seti na osnove kompleksnogo podkhoda [Mathematical model for assessing the efficiency of forest management taking into account the level of development of the transport network based on an integrated approach]. Sistemy. Metody. Tekhnologii [Systems. Methods. Technologies], 2020, no. 4(48), pp. 151-155.
[29] Skrypnikov A.V., Kozlov V.G., Samtsov V.V., Nikitin V.V., Denisenko V.V., Boltnev D.E. Theoretical background of road landscape zoning. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. International Conference on Engineering Studies and Cooperation in Global Agricultural Production, 2021, t. 659, p. 012011.
[30] Kovalev R.N., Enaleeva-Bandura I.M., Baranov A.N., Grigor’eva O.I., Grigor’ev I.V. Matematicheskaya model’ opredeleniya optimal’nogo mestoraspolozheniya lesnykh pozharno-khimicheskikh stantsiy s uchetom urovnya razvitiya transportnykh setey na territorii lesnogo fonda [Mathematical model for determining the optimal location of forest fire-chemical stations taking into account the level of development of transport networks in the forest fund]. Resources and Technology [Resources and Technology], 2021, v. 18, no. 4, pp. 77-92.
[31] Lyshchik P.A., Bavbel’ E.I., Naumenko A.I. Osnovnye printsipy razvitiya seti lesnykh avtomobil’nykh dorog [Basic principles for the development of a network of forest roads]. Trudy BGTU. Seriya 1: Lesnoe khozyaystvo, prirodopol’zovanie i pererabotka vozobnovlyaemykh resursov [Proceedings of BSTU, Series 1: Forestry, environmental management and processing of renewable resources], 2020, no. 1 (228), pp. 125-130.
[32] Vasil’eva E.F., Tokmashev A.A., Davydova A.L. Integral’nyy podkhod k opredeleniyu pokazatelya obshchey ekonomicheskoy stoimosti lesnykh resursov s uchetom urovnya razvitiya transportnoy seti [An integrated approach to determining the indicator of the total economic value of forest resources, taking into account the level of development of the transport network]. Effektivnyy otvet na sovremennye vyzovy s uchetom vzaimodeystviya cheloveka i prirody, cheloveka i tekhnologiy: sotsial’no-ekonomicheskie i ekologicheskie problemy lesnogo kompleksa: mater. XIII Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii [Effective response to modern challenges, taking into account the interaction of man and nature, man and technology: socio-economic and environmental problems of the forestry complex: material. XIII International Scientific and Technical Conference], Ekaterinburg, February 2–4, 2021. Ekaterinburg: UGFLTU, 2021, pp. 598–599.
[33] Nikitin V.V., Skrypnikov A.V., Denisenko V.V., Volodina Yu.Yu., Boykov P.A., Kartavtsev O.L. Matematicheskaya model’ seti lesovoznykh avtomobil’nykh dorog na osnove optimal’nykh parametrov [Mathematical model of a network of logging roads based on optimal parameters]. Teoriya i praktika innovatsionnykh tekhnologiy v APK: mater. natsional’noy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Theory and practice of innovative technologies in the agro-industrial complex: material. national scientific and practical conference], Voronezh, April 19–21, 2022. Voronezh: Voronezh State Agrarian University named after. Emperor Peter I, 2022, pp. 120-134.
[34] Safonova Yu.A., Skrypnikov A.V., Kovaleva E.N., Lemeshkin A.V., Machtakov S.G. Evaluation of the effect of fermentation conditions on the functional and technological characteristics of the semifinished meat product. International conference on production and processing of agricultural raw materials (P2ARM 2021), Voronezh, 21-24 September 2021. IOP Publishing Ltd, 2022, t. 1052, p. 012049.
[35] Tsifrovoe proizvodstvo. Metody, ekosistemy, tekhnologii [Digital production. Methods, ecosystems, technologies]. Available at: http://assets.fea.ru/uploads/fea/news/2017/11_november/17/tsifrovoe_proizvodstvo_112017.pdf (accessed 06.12.2023).
[36] Tsifrovoe proizvodstvo. Metody, ekosistemy, tekhnologii. Gl. 2. Novaya paradigma tsifrovogo proektirovaniya i modelirovaniya global’no konkurentosposobnoy produktsii novogo pokoleniya (dopolnennaya versiya) [Digital production. Methods, ecosystems, technologies. Ch. 2. A new paradigm for digital design and modeling of globally competitive products of a new generation (added version)]. Available at: http://fea.ru/news/6721 (accessed 06.12.2023).
Сведения об авторах
Kovalev Rudolf Nikolaevich — Dr. Sci. (Tech.), Professor of the Department of Intelligent systems, Ural State Forest Engineering University, kovalevrn@m.usfeu.ru
Pobedinskiy Vladimir Viktorovich — Dr. Sci. (Tech.), Professor of the Department of Technology and Equipment for Timber Industry, Ural State Forest Engineering University, pobedinskyvv@mail.ru
Iovlev Grigory Aleksandrovich — Cand. Sci. (Economics), Associate Professor, Head of the Department of Service of transport and technological machines and equipment of the Agro-industrial complex, Ural State Agrarian University, gri-iovlev@yandex.ru
|
4
|
СОПРЯЖЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПРИЗНАКОВ ЖЕНСКОЙ ГЕНЕРАТИВНОЙ СИСТЕМЫ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ (PINUS SYLVESTRIS L.) В УСЛОВИЯХ МАГНЕЗИТОВОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
|
37-47
|
|
УДК 504.054*574.24*631.53.011
DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-37-47
EDN: MSRILG
Шифр ВАК 4.1.2; 4.1.6; 1.5.15
П.Е. Мохначев, С.Г. Махнева, С.Л. Менщиков, Н.А. Поспелова
ФГБУН «Ботанический сад Уральского отделения Российской академии наук», Россия, 620144, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта, д. 202а
mohnachev74@mail.ru
Проведено исследование сопряженной изменчивости признаков женской генеративной системы сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в условиях аэротехногенного загрязнения. Выявлены признаки с устойчивой связью и изменяющихся под воздействием аэротехногенного загрязнения. Установлено что, взаимосвязь признаков, характеризующих размеры и массу шишек, жестко генетически детерминирована и не нарушается в условиях сильного уровня загрязнения. Семенная продуктивность древостоев сосны вне зависимости от условий произрастания более тесно связанна с показателями выживаемости семяпочек в гаметофитный период, чем в период эмбрионального развития. Показано, что в условиях сильного загрязнения связь выживаемости семяпочек в 1-й вегетационный и эмбриональный периоды отрицательная, что может свидетельствовать об эффективной элиминации аномальных гаметофитов и освобождение древостоя от них в условиях загрязнения. Кроме того, условия сильного загрязнения «способствовали» выработки стратегии деревьев по формированию мелких семян с высокими посевными показателями и качества, развиваемых из них проростков — только в данных условиях произрастания при снижении массы семян достоверно увеличиваются показатели энергии прорастания и всхожести и морфометрические показатели проростков.
Ключевые слова: сопряженная изменчивость, генеративная система, качество семян, сосна обыкновенная, аэротехногенное загрязнение
Ссылка для цитирования: Мохначев П.Е., Махнева С.Г., Менщиков С.Л., Поспелова Н.А. Сопряженная изменчивость признаков женской генеративной системы сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в условиях магнезитового загрязнения // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2024. Т. 28. № 3. С. 37–47. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-37-47
Список литературы
[1] Четвериков С.С. О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики // Журнал экспериментальной биологии, 1926. Сер. А. Т. 2. № 4. С. 3–54.
[2] Безель В.С., Позолотина В.Н., Бельский Е.А., Жуйкова Т.В. Изменчивость популяционных параметров: адаптация к токсическим факторам среды // Экология, 2001. № 6. С. 447–453.
[3] Жуйкова Т.В., Безель В.С. Адаптация растительных систем к химическому стрессу: популяционный аспект // Вестник Удмуртского университета, 2009. Вып. 1. С. 31–41.
[4] Мамаев С.А. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений. М.: Наука, 1973. 284 с.
[5] Берг Р.Л. Экологическая интерпретация корреляционных плеяд // Вестник Ленинградского ун-та. Сер. Биология, 1959. Вып. 2. № 9. С. 142–152.
[6] Яблоков А.В. Популяционная биология. М.: Высшая школа, 1978. 303 с.
[7] Животовский Л.А. Интеграция полигенных систем в популяциях. Проблемы анализа комплекса признаков. М.: Наука, 1984. 183 с.
[8] Батыгин Н.Ф. Онтогенез высших растений. М.: Агропромиздат, 1986. 100 с.
[9] Аникеев Д.Р. Сопряженная изменчивость и наследуемость признаков женской генеративной сферы сосны обыкновенной в условиях промышленного загрязнения // Лесоведение, 2000. № 4. С. 56–62.
[10] Аникеев Д.Р., Бабушкина Л.Г., Зуева Г.В. Состояние репродуктивной системы сосны обыкновенной при аэротехногенном загрязнении. Екатеринбург: Изд-во УГЛТА, 2000. 81 с.
[11] Махнева С.Г., Бабушкина Л.Г., Зуева Г.В. Состояние мужской генеративной сферы сосны обыкновенной при техногенном загрязнении среды. Екатеринбург: Изд-во УГЛТА, 2003. 154 с.
[12] Тихонова И.В. Морфологические признаки пыльцы в связи с состоянием деревьев сосны в сухой степи // Лесоведение, 2005. № 1. С. 63–69.
[13] Тихонова И.В. Сопряженная изменчивость признаков генеративных органов сосны двух островных боров на юге средней Сибири // Хвойные бореальной зоны, 2007. № 4–5. С. 414–418.
[14] Кузнецова Н.Ф., Машкина О.С. Реакция на стресс и ее последействие у сосны обыкновенной в онтогенезе и при смене поколений // Хвойные бореальной зоны, 2011. Т. 28. № 1–2. С. 83–90.
[15] Ибрагимова Э.Э. Практические и методические подходы к использованию высших растений для оценки состояния окружающей среды // Человек — Природа — Общество: Теория и практика безопасности жизнедеятельности, экологии и валеологии, 2017. № 3 (10). С. 44–52.
[16] Романова Л.И. Влияние техногенного загрязнения г. Красноярска на вегетативные органы естественных древостоев сосны обыкновенной // Хвойные бореальной зоны, 2018. Т. 36. № 5. С. 417–421.
[17] Солдатова В.Ю., Самсонова А.П. Влияние урбосреды на изменчивость пыльцевых зерен березы повислой (Betula pendula Roth) (на примере г. Якутска) // Самарский научный вестник, 2019. Т. 8. № 3 (28). С. 80–84.
[18] Менщиков С.Л. Исследование экологических особенностей роста и обоснование агротехники создания культур хвойных пород в условиях магнезитовых запылений: дис. канд. с.-х. наук: 06.03.01. Свердловск, 1985. 210 с.
[19] Сродных Т.Б. Обоснование агротехники создания культур березы бородавчатой в условиях магнезитовых запылений на Южном Урале: автореф. дис. … канд. биол. наук: 06.03.02. Свердловск, 1986. 20 с.
[20] Мохначев П.Е., Махнева С.Г., Потапенко А.М., Бартыш А.А., Клеткин А.А. Основные показатели качества семян сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), сформированных в условиях аэропромвыбросов разного химического состава // Леса России и хозяйство в них, 2023. № 3 (86). С. 65–73.
[21] Завьялов К.Е., Менщиков С.Л., Мохначев П.Е., Кузьмина Н.А. Влияние аэротехногенных выбросов магнезитового производства на надземную фитомассу Betula pendula Roth в зависимости от плодородия почвы // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2023. Т. 27. № 2. С. 104–111. DOI: 10.18698/2542-1468-2023-2-104-111
[22] Makhniova S., Mokhnachev P.E., Ayan S. Seed germination and seedling growth of scots pine in technogenically polluted soils as container media // Environmental Monitoring and Assessment, 2019, t. 191, no. 2, p. 113.
[23] Mohnachev P.E., Makhniova S.G., Menshchikov S.L., Zavyalov K.E. Quality of scots pine seeds formed under the conditions of aerotechnogenic emissions of large industrial centers of the Urals // AIP Conference Proceedings. 4th International Conference on Modern Synthetic Methodologies for Creating Drugs and Functional Materials, MOSM 2020. American Institute of Physics Inc., 2021, p. 030026.
[24] Zavyalov K.E., Menschikov S.L., Mokhnachev P.E. Application of ameliorants for recultivation of technogenic-disturbed lands by aerotechnogenic emissions of magnesite production // AIP Conference Proceedings. 4th International Conference on Modern Synthetic Methodologies for Creating Drugs and Functional Materials, MOSM 2020. American Institute of Physics Inc., 2021, p. 040024.
[25] Менщиков С.Л., Кузьмина Н.А., Мохначев П.Е. Воздействие атмосферных выбросов магнезитового производства на почвы и снеговой покров // Известия Оренбургского государственного аграрного университета, 2012. № 5(37). С. 221–223.
[26] Кузьмина Н.А., Менщиков С.Л. Влияние аэротехногенных выбросов магнезитового производства на химический состав снеговой воды и почвы в динамике // Известия Оренбургского государственного аграрного университета, 2015. № 6 (56). С. 192–196.
[27] Кузьмина Н.А., Менщиков С.Л., Махнева С.Г., Завьялов К.Е., Мохначев П.Е. Уровень загрязнения снега и почвы в зонах поражения лесной растительности под воздействием выбросов магнезитового производства // Леса России и хозяйство в них, 2016. № 4(59). С. 49–55.
[28] Kuzmina N., Menshchikov S.L., Mohnachev P., Zavyalov K.E., Petrova I.V., Ozel H.B., Aricak B. Change of aluminum concentrations in specific plants by species, organ, washing, and traffic density // BioResources, 2023, t. 18, no. 1, pp. 803–792.
[29] Романовский М.Г., Хромова Л.В. Образование семян при самоопылении сосны обыкновенной // Лесоведение, 1992. № 5. С. 3–9.
[30] Абатурова М.П., Духарев В.А., Рябоконь С.М. Значение состояния семяпочки для опыления сосны обыкновенной // Лесоведение, 1997. № 1. С. 64–69.
[31] Романовский М.Г. Формирование урожая семян сосны в норме и при мутагенном загрязнении. М.: Наука, 1997. 112 с.
[32] ГОСТ-13056.6–97. Семена деревьев и кустарников. Методы определения всхожести. Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1998. 27 с.
[33] Халафян А.А. Statistica 6. Статистический анализ данных. М.: Бином-Пресс, 2007. 512 с.
[34] Завьялов К.Е., Менщиков С.Л., Мохначев П.Е., Кузьмина Н.А. Оценка повреждения опытных культур (Pinus sylvestris L., Betula pendula Roth, Larix Sukaczewii D.) в условиях загрязнения комбинатом «Магнезит» на Южном Урале // Леса России и хозяйство в них, 2016. № 4 (59). С. 35–41.
[35] Zavyalov K., Menshikov S., Mohnachev P., Kuzmina N., Potapenko A., Ayan S. Response of Scots pine (Pinus sylvestris L.), Sukachyov’s larch (Larix Sukaczewii Dylis), and silver birch (Betula pendula Roth.) to magnesite dust in Satkinsky industrial hub // Forestry Ideas, 2018, t. 24, no. 1, р. 23–36.
Сведения об авторах
Мохначев Павел Евгеньевич — канд. биол. наук, ст. науч. сотр., заведующий лабораторией экологии техногенных растительных сообществ, ФГБУН «Ботанический сад Уральского отделения Российской академии наук», mohnachev74@mail.ru
Махнева Светлана Георгиевна — канд. биол. наук, ст. науч. сотр. лаборатории экологии техногенных растительных сообществ, ФГБУН «Ботанический сад Уральского отделения Российской академии наук», makhniovasg@mail.ru
Менщиков Сергей Леонидович — д-р с.-х. наук, вед. науч. сотр. лаборатории экологии техногенных растительных сообществ, ФГБУН «Ботанический сад Уральского отделения Российской академии наук», m.sergei1951@yandex.ru
Поспелова Надежда Александровна — науч. сотр. лаборатории экологии техногенных растительных сообществ, ФГБУН «Ботанический сад Уральского отделения РАН», yarkaya05@mail.ru
COVARIATION OF SCOTS PINE (PINUS SYLVESTRIS L.) FEMALE GENERATIVE SYSTEM SIGNS UNDER MAGNESITE POLLUTION
P.E. Mokhnachev, S.G. Makhneva, S.L. Menshchikov, N.A. Pospelova
Botanical Garden of the Ural Branch of the RAS, 202a, 8 Marta st., 620144, Yekaterinburg, Russia
mohnachev74@mail.ru
The study of the covariation of the Scots pine (Pinus sylvestris L.) female generative system signs in conditions of aerotechnogenic pollution was carried out. Traits with a stable relationship and changing under the influence of aerotechnogenic pollution have been identified. It was found that the relationship of traits characterizing the size and cones weight is strictly genetically determined and is not violated under conditions of high pollution level. Seed productivity of pine stands, regardless of growing conditions, is more closely related to seedpod survival rates in the gametophytic period than in the period of embryonic development. It has been shown that in conditions of severe pollution, the association of ovule survival in the 1st vegetative and embryonic periods is negative, which may indicate the effective elimination of abnormal gametophytes and the liberation of the stand from them in conditions of pollution. In addition, conditions of heavy pollution «contributed» the development of tree strategy for the formation of small seeds with high sowing rates and the quality of seedlings developed from them — only in these growing conditions, with a decrease in seed weight, germination energy and germination and morphometric parameters of seedlings are significantly increased.
Keywords: conjugate variability, generative system, seed quality, Scots pine, aerotechnogenic pollution
Suggested citation: Mokhnachev P.E., Makhneva S.G., Menshchikov S.L., Pospelova N.A. Sopryazhennaya izmenchivost’ priznakov zhenskoy generativnoy sistemy sosny obyknovennoy (Pinus sylvestris L.) v usloviyakh magnezitovogo zagryazneniya [Covariation of Scots pine (Pinus sylvestris L.) female generative system signs under magnesite pollution]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2024, vol. 28, no. 3, pp. 37–47. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-37-47
References
[1] Chetverikov S.S. O nekotorykh momentakh evolyutsionnogo protsessa s tochki zreniya sovremennoy genetiki [On some aspects of the evolutionary process from the point of view of modern genetics]. Zhurnal eksperimental’noy biologii [Journal of Experimental Biology], 1926, ser. A., v. 2, no. 4, pp. 3–54.
[2] Bezel’ V.S., Pozolotina V.N., Bel’skiy E.A., Zhuykova T.V. Izmenchivost’ populyatsionnykh parametrov: adaptatsiya k toksicheskim faktoram sredy [Variation in Population Parameters: Adaptation to Toxic Environmental Factors]. Ekologiya [Russian Journal of Ecology], 2001, v. 32, no. 6, pp. 413–419.
[3] Zhuykova T.V., Bezel’ V.S. Adaptatsiya rastitel’nykh sistem k khimicheskomu stressu: populyatsionnyy aspekt [Adaptation of plant systems to chemical stress: population aspect]. Vestnik Udmurtskogo universiteta [Bulletin of the Udmurt University], 2009, v. 1, pp. 31–41.
[4] Mamaev S.A. Formy vnutrividovoy izmenchivosti drevesnykh rasteniy [Forms of intraspecific variability of woody plants]. Moscow: Nauka, 1973, 284 p.
[5] Berg R.L. Ekologicheskaya interpretatsiya korrelyatsionnykh pleyad [Ecological interpretation of correlation pleiades]. Vestnik Leningradskogo Universiteta. Ser. Biologiya [Bulletin of Leningrad University. Ser. Biology], 1959, v. 2, no. 9, pp. 142–152.
[6] Yablokov A.V. Populyatsionnaya biologiya [Population biology]. Moscow: Higher School [Graduate School], 1978, 303 p.
[7] Zhivotovskiy L.A. Integratsiya poligennykh sistem v populyatsiyakh. Problemy analiza kompleksa priznakov [Integration of polygenic systems in populations]. Problemy analiza kompleksa priznakov [Problems of the analysis of a complex of signs]. Moscow: Nauka, 1984, 183 p.
[8] Batygin N.F. Ontogenez vysshikh rasteniy [Ontogeny of higher plants]. Moscow: Agropromizdat, 1986, 100 p.
[9] Anikeev D.R. Sopryazhennaya izmenchivost’ i nasleduemost’ priznakov zhenskoy generativnoy sfery sosny obyknovennoy v usloviyakh promyshlennogo zagryazneniya [Conjugate variability and heritability of signs of the female generative sphere of Scots pine in conditions of industrial pollution]. Lesovedenie [Forestry], 2000, no. 4, pp. 56–62.
[10] Anikeev D.R., Babushkina L.G., Zueva G.V. Sostoyanie reproduktivnoy sistemy sosny obyknovennoy pri aerotekhnogennom zagryaznenii [The state of the reproductive system of Scotch pine under aerotechnogenic pollution]. Ekaterinburg: Ural Stat Forest Engeneering University, 2000, 81 p.
[11] Маkhneva S.G., Babushkina L.G., Zueva G.V. Sostoyanie muzhskoy generativnoy sfery sosny obyknovennoy pri tekhnogennom zagryaznenii sredy [The state of the male generative sphere of Scotch pine under technogenic pollution of the environment]. Ekaterinburg: Ural State Forest Engeneering University, 2003, 154 p.
[12] Tikhonova I.V. Morfologicheskie priznaki pyl’tsy v svyazi s sostoyaniem derev’ev sosny v sukhoy stepi [Morphological features of pollen in connection with the state of pine trees in the dry steppe]. Lesovedenie [Forestry], 2005, no. 1, pp. 63–69.
[13] Tikhonova I.V. Sopryazhennaya izmenchivost’ priznakov generativnykh organov sosny dvukh ostrovnykh borov na yuge sredney Sibiri [Conjugate variability of signs of generative organs of pine of two island forests in the south of Central Siberia]. Khvoynye boreal’noy zony [Coniferous boreal zones], 2007, no. 4–5, pp. 414–418.
[14] Kuznetsova N.F., Mashkina O.S. Reaktsiya na stress i ee posledeystvie u sosny obyknovennoy v ontogeneze i pri smene pokoleniy [Stress response and its aftereffect in Scots pine in ontogenesis and during generational change]. Khvoynye boreal’noy zony [Coniferous boreal zones], 2011, v. 28, no. 1–2, pp. 83–90.
[15] Ibragimova E.E. Prakticheskie i metodicheskie podkhody k ispol’zovaniyu vysshikh rasteniy dlya otsenki sostoyaniya okruzhayushchey sredy [Practical and methodological approaches to the use of higher plants to assess the state of the environment]. Chelovek — Priroda — Obshchestvo: Teoriya i praktika bezopasnosti zhiznedeyatel’nosti, ekologii i valeologii [Man — Nature — Society: Theory and practice of life safety, ecology and valeology], 2017, no. 3 (10), pp. 44–52.
[16] Romanova L.I. Vliyanie tekhnogennogo zagryazneniya g. Krasnoyarska na vegetativnye organy estestvennykh drevostoev sosny obyknovennoy [The influence of technogenic pollution of Krasnoyarsk on the vegetative organs of natural stands of Scots pine]. Khvoynye boreal’noy zony [Conifers of the boreal zone], 2018, t. 36, no. 5, pp. 417–421.
[17] Soldatova V.Yu., Samsonova A.P. Vliyanie urbosredy na izmenchivost’ pyl’tsevykh zeren berezy povisloy (Betula pendula Roth) (na primere g. Yakutska) [The influence of the urban environment on the variability of pollen grains of the hanging birch (Betula pendula Roth) (on the example of Yakutsk)]. Samarskiy nauchnyy vestnik [Samara Scientific Bulletin], 2019, v. 8, no. 3 (28), pp. 80–84.
[18] Menshchikov S.L. Issledovanie ekologicheskikh osobennostey rosta i obosnovanie agrotekhniki sozdaniya kul’tur khvoynykh porod v usloviyakh magnezitovykh zapyleniy [Research of ecological features of growth and substantiation of agrotechnics of creation of cultures of coniferous breeds in the conditions of magnesite dusting]. Dis. Cand. Sci (Agric.), 06.03.01. Sverdlovsk, 1985, 210 p.
[19] Srodnykh T.B. Obosnovanie agrotekhniki sozdaniya kul’tur berezy borodavchatoy v usloviyakh magnezitovykh zapyleniy na Yuzhnom Urale [Substantiation of agricultural technology for the creation of cultures of warty birch in conditions of magnesite dusting in the Southern Urals]. Dis. Cand. Sci. (Biol.), 06.03.02. Sverdlovsk, 1986, 20 p.
[20] Mokhnachev P.E., Makhneva S.G., Potapenko A.M., Bartysh A.A., Kletkin A.A. Osnovnye pokazateli kachestva semyan sosny obyknovennoy (Pinus sylvestris L.), sformirovannykh v usloviyakh aeropromvybrosov raznogo khimicheskogo sostava [The main quality indicators of Scots pine seeds (Pinus sylvestris L.) formed under conditions of aeroprom emissions of different chemical composition]. Lesa Rossii i khozyaystvo v nikh [Forests of Russia and their economy], 2023, no. 3 (86), pp. 65–73.
[21] Zav’yalov K.E., Menshchikov S.L., Mokhnachev P.E., Kuz’mina N.A. Vliyanie aerotekhnogennykh vybrosov magnezitovogo proizvodstva na nadzemnuyu fitomassu Betula pendula Roth v zavisimosti ot plodorodiya pochvy [Magnesite production aerotechnogenic emissions impact on the elevated phytomass Betula pendula Roth depending on soil fertility]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2023, vol. 27, no. 2, pp. 104–111. DOI: 10.18698/2542-1468-2023-2-104-111
[22] Makhneva S., Mokhnachev P.E., Ayan S. Seed germination and growth of scots pine seedlings in technogenically polluted soils as container media. Environmental monitoring and assessment, 2019, v. 191, no. 2, p. 113.
[23] Mokhnachev P.E., Makhneva S.G., Menshchikov S.L., Zavyalov K.E. The quality of scots pine seeds formed under conditions of aerotechnogenic emissions from large industrial centers of the Urals // Materials of the AIP conference. The 4th International Conference on Modern Synthetic Methodologies for the Creation of Medicines and Functional Materials, MOSM 2020. American Institute of Physics, Inc., 2021, no. 030026.
[24] Zavyalov K.E., Menshchikov S.L., Mokhnachev P.E. The use of meliorants for the reclamation of technogenically disturbed lands by aerotechnogenic emissions of magnesite production. Proceedings of the AIP conference. The 4th International Conference on Modern Synthetic Methodologies for the creation of drugs and functional materials, MOSM 2020, American Institute of Physics, 2021, no. 040024.
[25] Menshchikov S.L., Kuz’mina N.A., Mokhnachev P.E. Vozdeystvie atmosfernykh vybrosov magnezitovogo proizvodstva na pochvy i snegovoy pokrov [Impact of atmospheric emissions from magnesite production on soils and snow cover]. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [News of the Orenburg State Agrarian University], 2012, no. 5(37), pp. 221–223.
[26] Kuz’mina N.A., Menshchikov S.L. Vliyanie aerotekhnogennykh vybrosov magnezitovogo proizvodstva na khimicheskiy sostav snegovoy vody i pochvy v dinamike [Influence of aerotechnogenic emissions of magnesite production on the chemical composition of snow water and soil in dynamics]. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [News of the Orenburg State Agrarian University], 2015, no. 6 (56), pp. 192–196.
[27] Kuz’mina N.A., Menshchikov S.L., Makhneva S.G., Zav’yalov K.E., Mokhnachev P.E. Uroven’ zagryazneniya snega i pochvy v zonakh porazheniya lesnoy rastitel’nosti pod vozdeystviem vybrosov magnezitovogo proizvodstva [The level of pollution of snow and soil in the areas affected by forest vegetation under the influence of emissions from magnesite production]. Lesa Rossii i khozyaystvo v nikh [Forests of the Urals and agriculture in them], 2016, no. 4(59), pp. 49–55.
[28] Kuzmina N., Menshchikov S.L., Mohnachev P., Zavyalov K.E., Petrova I.V., Ozel H.B., Aricak B. Change of aluminum concentrations in specific plants by species, organ, washing, and traffic density. BioResources, 2023, t. 18, no. 1, pp. 803–792.
[29] Romanovskiy M.G., Khromova L.V. Obrazovanie semyan pri samoopylenii sosny obyknovennoy [Seed formation during self-pollination of Scotch pine]. Lesovedenie, 1992, no. 5, pp. 3–9.
[30] Abaturova M.P., Dukharev V.A., Ryabokon’ S.M. Znachenie sostoyaniya semyapochki dlya opyleniya sosny obyknovennoy [The value of the state of the ovule for pollination of Scotch pine]. Lesovedenie, 1997, no. 1, pp. 64–69.
[31] Romanovskiy M.G. Formirovanie urozhaya semyan sosny v norme i pri mutagennom zagryaznenii [Formation of pine seed yield in normal conditions and with mutagenic contamination]. Moscow: Nauka, 1997, 112 p.
[32] GOST-13056.6–97. Semena derev’ev i kustarnikov. Metody opredeleniya vskhozhesti [Seeds of trees and shrubs. Germination methods]. Minsk: Mezhgosudarstvennyy sovet po standartizatsii, metrologii i sertifikatsii, 1998, 27 p.
[33] Khalafyan A.A. Statistica 6. Statisticheskiy analiz dannykh [Statistical data analysis]. Moscow, 2007, 512 p.
[34] Zav’yalov K.E., Menshchikov S.L., Mokhnachev P.E., Kuz’mina N.A. Otsenka povrezhdeniya opytnykh kul’tur (Pinus sylvestris L., Betula pendula Roth, Larix Sukaczewii D.) v usloviyakh zagryazneniya kombinatom «Magnezit» na Yuzhnom Urale [Assessment of damage to experimental crops (Pinus sylvestris L., Betula pendula Roth, Larix Sukaczewii D.) under conditions of pollution by the Magnezit plant in the South Urals]. Lesa Rossii i khozyaystvo v nikh [Forests of the Urals and agriculture in them], 2016, no. 4 (59), pp. 35–41.
[35] Zavyalov K., Menshikov S., Mohnachev P., Kuzmina N., Potapenko A., Ayan S. Response of Scots pine (Pinus sylvestris L.), Sukachyov’s larch (Larix Sukaczewii Dylis), and silver birch (Betula pendula Roth.) to magnesite dust in Satkinsky industrial hub. Forestry Ideas, 2018, t. 24, no. 1, р. 23–36.
Сведения об авторах
Mokhnachev Pavel Evgen’evich — Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher, Head of Laboratory Ecology Laboratory of technogenic plant communities, Russian Academy of Sciences, Ural Branch: Institute Botanic Garden, mohnachev74@mail.ru
Makhneva Svetlana Georgievna — Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Ecology technogenic plant communities, Russian Academy of Sciences, Ural Branch: Institute Botanic Garden, makhniovasg@mail.ru
Menshchikov Sergey Leonidovich — Dr. Sci. (Agriculture), Leading Researcher, Laboratory of Ecology technogenic plant communities, Russian Academy of Sciences, Ural Branch: Institute Botanic Garden, m.sergei1951@yandex.ru
Pospelova Nadezhda Aleksandrovna — Researcher, Laboratory of Ecology technogenic plant communities, Russian Academy of Sciences, Ural Branch: Institute Botanic Garden, yarkaya05@ mail.ru
|
5
|
УСЛОВИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПОСЛЕПОЖАРНОГО ЗЕЛЕНОМОШНОГО КЕДРОВНИКА НА СТАДИИ МОЛОДНЯКА
|
48-56
|
|
УДК 630*434 : 630*174.755(234.851)
DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-48-56
EDN: NFKIOE
Шифр ВАК 4.1.3; 4.1.6; 1.5.15
Н.В. Танцырев
ФГБУН «Ботанический сад Уральского отделения Российской академии наук», Россия, 620144, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта, д. 202а
89502076608@mail.ru
Приведен сравнительный количественный анализ естественного возобновления сосны (кедра) сибирской (Pinus sibirica Du Tour.) и условий формирования кедровников на двух пробных площадях на гарях в зеленомошном типе леса в северной предгорно-низкогорной части Среднего Урала. Установлено, что на обеих пробных площадях количество подроста кедра колеблется в пределах 0,3…2,9 тыс. экз./га и в отличие от анемохорных древесных растений не зависит от расстояния до 375 м от периферийного древостоя-обсеменителя (стены леса). При этом оно положительно коррелирует с изменением степени проективного покрытия мохового покрова и отрицательно — с проективным покрытием высокостебельной травянистой растительности и захламленностью послепожарным древесным валежом. На пробной площади № 1 (ПП1) обильный подрост березы (12,2…17,5 тыс. экз./га) порослевого происхождения высотой 3 м относительно равномерно размещен по всей территории гари. Под его пологом на расстоянии до 200 м от стены леса количество подроста ели (4,2 тыс. экз./га) в 4 раза больше, чем кедра (1,0 тыс. экз./га). На расстоянии от 200 до 375 м от стены леса его количество (0,7 тыс. экз./га) в 1,5–2 раза меньше, чем кедра (1,2 тыс. экз./га). На пробной площади № 2 (ПП2) подрост березы (2,1 тыс. экз./га) семенного происхождения распространен не далее 100 м от стены леса. Здесь под ним количество подроста ели (1,5 тыс. экз./га) в 3 раза больше, чем кедра (0,5 тыс. экз./га). На расстоянии свыше 100 м от стены леса его количество (0,6 тыс. экз./га), наоборот, в 3 раза меньше, чем кедра (1,7 тыс. экз./га). Роль мелколиственного полога здесь выполняют кусты рябины и ивы козьей (1,8 тыс. экз./га) высотой 3–4 м. Тем самым, с увеличением расстояния от периферии к центральной части гари количественное соотношение подроста изменяется в пользу кедра. Предполагается развитие ельников с участием кедра под пологом формирующихся березняков на расстоянии до 200 м на ПП1 и до 100 м на ПП2 от периферийных древостоев-обсеменителей. На ПП1 развитие кедровника будет проходить классически под пологом березняка через длитильно-производную мягколиственную формацию на расстоянии свыше 200 м от периферии. На ПП2 на расстоянии свыше 100 м от периферии кедровник формируется без участия мелколиственных уже на стадии молодняка через краткосрочную кустарниковую стадию.
Ключевые слова: Pinus sibirica, гарь, кедровник зеленомошник, восстановительная динамика, проективное покрытие
Ссылка для цитирования: Танцырев Н.В. Условия и перспективы формирования послепожарного зеленомошного кедровника на стадии молодняка // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2024. Т. 28. № 3. С. 48–56. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-48-56
Список литературы
[1] Усольцев В.А. Биоразнообразие и биопродуктивность лесов в контексте климатогенной биогеографии // Эко-потенциал, 2019. № 1 (25). С. 48–115
[2] Du E., Tang Y. Distinct climate effects on Dahurian larch growth at an Asian temperate-boreal forest ecotone and nearby boreal sites // Forests, 2022, v. 13, no. 1, p. 27. https://doi.org/10.3390/f13010027
[3] Ivanova N., Fomin V, Kusbach A. Experience of Forest Ecological Classification in Assessment of Vegetation Dynamics // Sustainability, 2022, v. 14, no. 6, p. 3384. https://doi.org/10.3390/su14063384
[4] Zuo Y., Li Y., He K., Wen Y. Temporal and spatial variation characteristics of vegetation coverage and quantitative analysis of its potential driving forces in the Qilian Mountains, China, 2000–2020 // Ecol. Indic., 2022, v. 143, p. 109429. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2022.109429
[5] Yonghong S., Fandi L., Gaofeng Z., Zhang K., Qi Z. The biophysical climate mitigation potential of riparian forest ecosystems in arid Northwest China // Science of the Total Environment, 2023, no. 862. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.160856
[6] Смолоногов Е.П., Кирсанов В.А., Трусов П.Ф. Особенности возрастной динамики темнохвойно-кедровых лесов Северного Урала // Использование и воспроизводство кедровых лесов. Новосибирск: Наука, 1971. С. 72–81.
[7] Кирсанов В.А. Формирование и развитие кедровника зеленомошно-ягодникового на Северном Урале // Восстановительная и возрастная динамика лесов на Урале и в Зауралье. Труды института экологии растений и животных. Свердловск: Изд-во УНЦ АН СССР, 1976. Вып. 101. С. 104–112.
[8] Смолоногов Е.П. Эколого-географическая дифференциация и динамика кедровых лесов Урала и Западно-Сибирской равнины (эколого-лесоводственные основы оптимизации хозяйства). Свердловск: РИСО УрО АН СССР, 1990. 288 с.
[9] Николаева С.А., Бех И.А., Савчук Д.А. Оценка этапов восстановительно-возрастной динамики темнохвойно-кедровых лесов по дендрохронологическим данным (на примере Кеть-Чулымского Междуречья) // Вестник Томского государственного университета. Биология, 2008. № 3(4). С. 180–185.
[10] Седых В.Н. Формирование кедровых лесов Приобья. Новосибирск: Наука, 1979. 108 с.
[11] Крылов Г.В., Таланцев Н.К., Козакова Н.Ф. Кедр. М.: Лесная пром-сть, 1983. 216 с.
[12] Бех И.А., Воробьев В.Н. Потенциальные кедровники. Проблемы кедра. Томск: Институт экологии природных комплексов — Филиал института леса им. В.Н. Сукачева, СО РАН. Вып. 6. 1998. 123 с.
[13] Ковалев А.П., Шешуков М.А., Позднякова В.В. Метод восстановления кедровых лесов на Дальнем Востоке // ИзВУЗ Лесной журнал, 2018. № 3 (363). С. 77–83.
[14] Танцырев Н.В. Начальная фаза формирования послепожарных горных кедровников на Северном Урале // Хвойные бореальной зоны, 2022. Т. XL. № 5. С. 395–403. DOI: 10.53374/1993-0135-2022-6-395-403
[15] Колесников Б.П., Смолоногов Е.П. Некоторые закономерности возрастной и восстановительной динамики кедровых лесов Зауральского Приобья // Проблемы кедра. Труды по лесному хозяйству Сибири. Новосибирск: СО АН СССР, 1960. Вып. 6. С. 21–31.
[16] Воробьев В.Н. Кедровка и ее взаимосвязи с кедром сибирским. (Опыт количественного анализа). Новосибирск: Наука, 1982. 113 c.
[17] Lanner R.M. Made for each other. A symbiosis of birds and pines. New York, Oxford: Oxford University Press, 1996, 160 p.
[18] McLane A.J., Semeniuk C., McDermid G.J., Tomback D.F., Lorenz T., Marceau D. Energetic behavioral-strategy prioritization of Clark’s nutcrackers in whitebark pine communities: An agent-based modeling approach // Ecological Modeling, 2017, 354, pp. 123–139
[19] Schaming T.D., Sutherland C.S. Landscape- and local-scale habitat influences on occurrence and detection probability of Clark’s nutcrackers: Implications for conservation // PLoS ONE, 2020, v. 15(5), p. e0233726.
[20] Санников С.Н., Танцырев Н.В., Петрова И.В. Инвазия популяций сосны сибирской в горную тундру Северного Урала // Сибирский экологический журнал, 2018. № 4. C. 449–461. https://doi.org/10.15372/SEJ20180406
[21] Ivanova N., Tantsyrev N., Li G. Regeneration of Pinus sibirica Du Tour in the Mountain Tundra of the Northern Urals against the Background of Climate Warming // Atmosphere, 2022, v. 13, pp. 1196. https://doi.org/10.3390/atmos13081196
[22] Bednekof P.A., Balda R.P. Clark’s nutcracker spatial memory: The importance of large, structural cues. // Behavioural Processes, 2014, v. 102, pp. 12–17.
[23] Омелько А.М., Омелько М.М. Особенности создания кедровкой (Nucifraga caryocatactes L.) запасов кедровых орешков и питание ими в зимний период во вторичных широколиственных лесах с посадками сосны корейской (Pinus koraiensis Sieb. Et Zucc.) // Амурский зоологический журнал, 2017. Т. IX. № 2. С. 102–111.
[24] Колесников Б.П., Зубарева Р.С., Смолоногов Е.П. Лесорастительные условия и типы лесов Свердловской области. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1973. 176 с.
[25] Санников С.Н. Экология и география естественного возобновления сосны обыкновенной. М.: Наука, 1992. 257 с.
[26] Танцырев Н.В. Лесоводственно-экологический анализ естественного возобновления кедра сибирского на сплошных гарях и вырубках в горных лесах Северного Урала: автореф. дис. … канд. биол. наук. Екатеринбург, 2012. 23 с.
[27] Шиманюк А.П. Естественное возобновление на концентрированных вырубках. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 355 с.
[28] Декатов Н.Е. Мероприятия по возобновлению леса при механизированных лесозаготовках. М.; Л.: Гослесбумиздат, 1961. 278 с.
[29] Санников С.Н., Санникова Н.С., Петрова И.В. Очерки по теории лесной популяционной биологии. Екатеринбург: РИО Ботанический сад УрО РАН, 2012. 272 с.
[30] Фуряев В.В., Киреев Д.М. Изучение послепожарной динамики лесов на ландшафтной основе. Новосибирск: Наука, 1979. 160 с.
[31] Танцырев Н.В. Анализ размещения кедровкой кладовок семян кедра сибирского по следам их зимнего использования // Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии имени В.Р. Филиппова, 2020. № 3(60). С. 117–125.
DOI: 10.34655/bgsha.2020.60.3.018
[32] Владышевский Д.В. Экология лесных птиц и зверей. (Кормодобывание и его биоценотическое значение). Новосибирск: Наука, 1980. 261 с.
[33] Правила ухода за лесами. Приказ Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации № 534 от 30.07.2020. URL: https://base.garant.ru›75083479/ (дата обращения 12.04.2023).
Сведения об авторе
Танцырев Николай Владимирович — канд. биол. ст. наук, науч. сотр. ФГБУН «Ботанический сад Уральского отделения Российской академии наук», 89502076608@mail.ru
CONDITIONS AND PROSPECTS FOR POST-FIRE GREEN-MOSS SIBERIAN STONE PINE FOREST FORMATION AT YOUNG STAGE
N.V. Tantsyrev
Botanical Garden of the Ural Branch of the RAS, 202a, 8 Marta st., 620144, Yekaterinburg, Russia
89502076608@mail.ru
A comparative quantitative analysis of the natural regeneration of Siberian stone pine (Pinus sibirica Du Tour.) and the conditions for the formation of forests with its predominance on two test plots in burned areas of the green-moss forest type in the northern foothill-low mountain part of the Middle Urals is presented. It was found that in both test plots the amount of Siberian stone pine undergrowth ranges from 0,3 to 2,9 thousand ind./ha and, unlike anemochorous woody plants, does not depend on the distance up to 375 m from the peripheral tree stand (forest wall). Moreover, it positively correlated with changes in moss cover and negatively correlated with tall herbaceous cover and post-fire woody debris. On the test plot No. 1 (TP1), the abundant birch undergrowth (12,2...17,5 thousand ind./ha) of vegetative origin, 3 m high, is relatively evenly distributed throughout the burned area. Under its canopy, at a distance of up to 200 m from the forest wall, the number of spruce undergrowth (4,2 thousand ind./ha) is 4 times higher than that of Siberian stone pine (1,0 thousand ind./ha). At a distance of 200 m to 375 m from the forest wall, its quantity (0,7 thousand ind./ha) is 1,5–2 times lower than that of Siberian stone pine (1,2 thousand ind./ha). In test plot No. 2 (TP2), birch undergrowth (2,1 thousand ind./ha) of seed origin is distributed not further than 100 m from the forest wall. In this area, the number of spruce undergrowth (1,5 thousand ind./ha) is 3 times higher than that of Siberian stone pine (0,5 thousand ind./ha). On the other hand, at a distance of more than 100 m from the forest wall, its number (0,6 thousand ind//ha) is 3 times less than that of Siberian stone pine (1,7 thousand ind./ha). Rowan and willow bushes (1,8 thousand ind./ha) with a height of 3–4 m play the role of small-leaved canopy. Thus, with increasing distance from the periphery to the central part of the burned area, the quantitative ratio of undergrowth changes in favor of Siberian stone pine. It is planned to develop spruce forests with Siberian stone pine under the canopy of emerging birch forests at a distance of up to 200 m in TP1 and up to 100 m in TP2 from the peripheral seeding stands. In TP1, the development of the Siberian stone pine forest will take place classically under the canopy of a birch forest through a long-derived soft-leaved formation at a distance of over 200 m from the periphery. In TP2, at a distance of more than 100 m from the periphery, the pine forest is formed by a short-term shrub stage without the participation of small-leaved trees already in the young growth stage.
Keywords: Pinus sibirica, burned forest areas, green moss Siberian stone pine forest, recovery dynamics, projective covering
Suggested citation: Tantsyrev N.V. Usloviya i perspektivy formirovaniya poslepozharnogo zelenomoshnogo kedrovnika na stadii molodnyaka [Conditions and prospects for post-fire green-moss Siberian stone pine forest formation at young stage]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2024, vol. 28, no. 3, pp. 48–56. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-48-56
References
[1] Usoltsev V.A. Bioraznoobrazie i bioproduktivnost’ lesov v kontekste klimatogennoj biogeografii [Biodiversity and forest bioproductivity in the context of climatogenic biogeography]. Eko-potencial, 2019, no. 1 (25), pp. 48–115.
[2] Du E., Tang Y. Distinct climate effects on Dahurian larch growth at an Asian temperate-boreal forest ecotone and nearby boreal sites. Forests, 2022, v. 13, no. 1, p. 27. https://doi.org/10.3390/f13010027
[3] Ivanova N., Fomin V, Kusbach A. Experience of Forest Ecological Classification in Assessment of Vegetation Dynamics. Sustainability, 2022, v. 14, no. 6, p. 3384. https://doi.org/10.3390/su14063384
[4] Zuo Y., Li Y., He K., Wen Y. Temporal and spatial variation characteristics of vegetation coverage and quantitative analysis of its potential driving forces in the Qilian Mountains, China, 2000–2020. Ecol. Indic., 2022, v. 143, p. 109429. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2022.109429
[5] Yonghong S., Fandi L., Gaofeng Z., Zhang K., Qi Z. The biophysical climate mitigation potential of riparian forest ecosystems in arid Northwest China. Science of the Total Environment, 2023, no. 862. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.160856
[6] Smolonogov E.P., Kirsanov V.A., Trusov P.F. Osobennosti vozrastnoy dinamiki temnokhvoyno-kedrovykh lesov Severnogo Urala [Features of age dynamics of dark coniferous Siberian stone pine forests of the Northern Urals]. Ispol’zovanie i vosproizvodstvo kedrovykh lesov [Use and reproduction of Siberian stone pine forests]. Novosibirsk, Nauka, 1971, pp. 72–81.
[7] Kirsanov V.A. Formirovanie i razvitie kedrovnika zelenomoshno-yagodnikovogo na Severnom Urale [Formation and development of the green moss-berry Siberian stone pine forest in the Northern Urals]. Vosstanovitel’naya i vozrastnaya dinamika lesov na Urale i v Zaural’e. Trudy instituta ekologii rasteniy i zhivotnykh [Recovery and age dynamics of forests in the Urals and Trans-Urals. Proceedings of the Institute of Plant and Animal Ecology]. Sverdlovsk: UNTs AN SSSR, 1976, issue 101, pp. 104–112.
[8] Smolonogov E.P. Ekologo-geograficheskaya differentsiatsiya i dinamika kedrovykh lesov Urala i Zapadno-Sibirskoy ravniny (ekologo-lesovodstvennye osnovy optimizatsii khozyaistva) [Ecological and geographical differentiation and dynamics Siberian stone pine forests of the Urals and West Siberian Plain (ecological and silvicultural bases of optimization of the economy)]. Sverdlovsk: RISO UrO AN SSSR, 1990, 288 р.
[9] Nikolaeva S.A., Bekh I.A., Savchuk D.A. Otsenka etapov vosstanovitel’no-vozrastnoy dinamiki temnokhvoyno-keedrovykh lesov po dendrokhronologicheskim dannym (na primere Ket’-Chulymskogo Mezhdurech’ya) [Ontogeny of Siberian stone pine in the Ket-Chulym Divide]. Tomsk State University Bulletin. Biology, 2008, no. 3(4), pp. 180–185.
[10] Sedykh V.N. Formirovanie kedrovykh lesov Priob’ya [The formation of Siberian pine forests of Ob region]. Novosibirsk: Nauka, 1979, 110 p.
[11] Krylov GV, Talantsev NK, Kozakova NF. Kedr [Siberian stone pine]. Moscow: Lesnaya promyshlennost’, 1983, 216 p.
[12] Bekh I.A., Vorob’yev V.N. Potentsial’nye kedrovniki. Problemy kedra [Potential Siberian stone pine forests. Siberian stone pine problems]. Tomsk: SO RAN, Institut ekologii prirodnykh kompleksov — Filial instituta lesa im. V.N. Sukachyova [Institute of Ecology of Natural Complexes — Branch of the Institute of Forest named after V.N. Sukachev], 1998, rel. 6, 123 p.
[13] Kovalev A.P., Sheshukov M.A., Pozdnyakova V.V. Metod vosstanovleniya kedrovykh lesov na Dal’nem Vostoke [Method of restoration of cedar forests in the Far East]. Lesnoy Zhurnal (Russian Forestry Journal), 2018, no. 3 (363), pp. 77–83.
[14] Tantsyrev N.V. Nachalnaya faza formirovaniya poslepozharnykh gornykh kedrovnikov na Severnom Urale [The initial phase of the formation of post-fire Siberian stone pine mountain forests in the Northern Urals]. Khvoynye borealnoy zony [Conifers of the boreal area], 2022, v. XL, no. 5, pp. 395–403.
[15] Kolesnikov B.P., Smolonogov E.P. Nekotorye zakonomernosti vozrastnoy i vosstanovitel’noy dinamiki kedrovykh lesov Zaural’skogo Priob’ya. [Some patterns of age and recovery dynamics of Siberian stone pine forests of the Trans-Ural Ob region]. Problemy kedra. Trudy po lesnomy khozyaystvu Sibiri [Siberian stone pine problems. Proceedings on forestry of Siberia]. Novosibirsk: SO AN SSSR, 1960, issue 6, pp. 21–31.
[16] Vorob’ov V.N. Kedrovka i eyo vzaimosvyazi s kedrom sibirskim. (Opyt kolichestvennogo analiza) [Nutcracker and its relationship with Siberian stone pine (Experience in quantitative analysis)]. Novosibirsk: Nauka, 1982, 113 p.
[17] Lanner R.M. Made for each other. A symbiosis of birds and pines. New York, Oxford: Oxford University Press, 1996, 160 p.
[18] McLane A.J., Semeniuk C., McDermid G.J., Tomback D.F., Lorenz T., Marceau D. Energetic behavioral-strategy prioritization of Clark’s nutcrackers in whitebark pine communities: An agent-based modeling approach. Ecological Modeling, 2017, 354, pp. 123–139
[19] Schaming T.D., Sutherland C.S. Landscape- and local-scale habitat influences on occurrence and detection probability of Clark’s nutcrackers: Implications for conservation. PLoS ONE, 2020, v. 15(5), p. e0233726.
[20] Sannikov S.N., Tantsyrev N.V., Petrova I.V. Invaziya populyatsiy sosny sibirskoy v gornuyu tundru Severnogo Urala [Invasion of Siberian pine populations into the mountain tundra of the Northern Urals]. Siberian Ecological J., 2018, no. 4, pp. 449–461. https://doi.org/10.1134/S1995425518040078
[21] Ivanova N., Tantsyrev N., Li G. Regeneration of Pinus sibirica Du Tour in the Mountain Tundra of the Northern Urals against the Background of Climate Warming. Atmosphere, 2022, v. 13, pp. 1196. https://doi.org/10.3390/atmos13081196
[22] Bednekof P.A., Balda R.P. Clark’s nutcracker spatial memory: The importance of large, structural cues. Behavioural Processes, 2014, v. 102, pp. 12–17.
[23] Omel’ko A.M, Omel’ko M.M. Osobennosti sozdaniya kedrovkoy (Nucifraga caryocatactes L.) zapasov kedrovykh oreshkov I pitanie imi v zimnij period vo vtorichnykh shirokolistvennykh lesakh s posadkami sosny koreyskoy (Pinus koraiensis Sieb. Et Zucc.) [Creating caches of nuts by nutcracker (Nucifraga caryocatactes L.) and using them in winter time in secondary broadleaved forests with plantations of Korean pine (Pinus koraiensis Sieb. Et Zucc.)]. Amurian Zoological J., 2017, no. 9(2), pp. 102–111.
[24] Kolesnikov B.P., Zubareva R.S., Smolonogov E.P. Lesorastitel’nyye usloviya i tipy lesov Sverdlovskoy oblasti [Forest Site Conditions and Forest Types in Sverdlovsk Region]. Sverdlovsk: AN SSSR UNTs, 1973, 176 p.
[25] Sannikov S.N. Ekologiya I geographiya estestvennogo vozobnovleniya sosny obyknovennoy [Ecology and geography of natural renewal of Scotch pine]. Moscow: Nauka, 1992, 257 p.
[26] Tantsyrev N.V. Lesovodstvenno-ekologicheskii analiz estestvennogo vozobnovleniya kedra sibirskogo na sploshnykh garyakh i vyrubkakh v gornykh lesakh Severnogo Urala [Forestry and ecological analysis of natural regeneration of Siberian stone pine on fire scars and clearings in mountain forests of the Northern Urals]. Dis. Cand. Sci. (Biol.). Ekaterinburg, 2012, 215 p.
[27] Shimanuk A.P. Estestvennoe vozobnovlenie na kontsentrirovannykh vyrubkakh [Natural regeneration in concentrated cutting areas]. Moscow: AN SSSR, 1955, 355 p.
[28] Dekatov N.E. Meropriyatiya po vozobnovleniyu lesa pri mkhanizirovannykh lesozagotovkakh [Measures for reforestation during mechanized logging]. Moscow-Leningrad: Goslesbumizdat, 1961, 278 p.
[29] Sannikov S.N, Sannikova N.S., Petrova I.V. Ocherki po teorii lesnoy populyatsionnoy biologii [Outlines of theory of forest populational biology] Ekaterinburg: Botanical Garden UrB RAS, 2012, 272 p.
[30] Furyaev V.V., Kireev D.M. Izuchenie poslepozharnoy dinamiki lesov na landshaftnoy osnove [Study of post-fire dynamics of forests on a landscape basis]. Novosibirsk: Nauka, SO AN SSSR, 1979, 160 p.
[31] Tantsyrev N.V. Analiz razmeshcheniya kedrovkoy kladovok semyan kedra sibirskogo po sledam ikh zimnego ispol’zovaniya [Analysis of placement of Siberian stone pine seeds storage by nutcracker in traces of their winter use]. Vestnik Buryatskoy gosudarstvennoy sel’skokhozyaystvennoy akademii im. V.R. Filippova [Vestnik of Buryat State Academy of Agriculture named after V. Philippov], 2020, no. 3(60), pp. 117–125. DOI: 10.34655/bgsha.2020.60.3.018
[32] Vladyshevsky D.V. Ekologiya lesnykh ptits i zverey. (Kormodobyvanie i ego biotsenoticheskoe znachenie) [Ecology of forest animals and birds. (Forage extraction and its biogeocenotic significance)]. Novosibirsk: Nauka, 1980, 261 p.
[33] Pravila ukhoda za lesami [Rules of forest care]. Order of the Ministry of Natural Resources and Ecology of the Russian Federation № 534 от 30.07.2020. Effective from January 1, 2021. Available at: https:// base.garant.ru›75083479/ (accessed 12.04.2023).
Author’s information
Tantsyrev Nikolay Vladimirovich — Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher, Institute Botanic Garden Ural Branch of Russian Academy of Sciences, 89502076608@mail.ru
|
6
|
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
|
57-66
|
|
УДК 504.054*574.24*631.53.011
DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-57-66
EDN: NAIHXC
Шифр ВАК 4.1.6
А.В. Кабонен1, А.В. Грязькин2, О.И. Гаврилова1
1ФГБОУ ВО «Петрозаводский государственный университет», Россия, 185910, Республика Карелия, г. Петрозаводск, ул. Ленина, д. 33
2ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет», Россия, 1194018, г. Санкт-Петербург, пер. Институтский 5, корпус «У»
alexkabonen@mail.ru
Представлены данные о росте и развитии 23-летних лесных культур, созданных посевом и посадкой саженцев с закрытой корневой системой на территории Республики Карелия. Посредством фотограмметрической обработки данных с беспилотного летательного аппарата (DJI Mavic Mini 2) построен ортофотоплан лесных культур и определено количественное распределение древесных пород. Установлено, что на всех опытных участках сформировались молодняки с преобладанием сосны обыкновенной. Показано, что использование алгоритмов автоматизированного поиска деревьев по плотным облакам точек позволяет детектировать 91 % деревьев из общей массы облака точек и определять их высоты. Основные выявленные характеристики древостоев, определяемые с помощью БПЛА и наземным методом, различались в пределах точности измерений.
Ключевые слова: лесные культуры, рост и развитие, беспилотный летательный аппарат
Ссылка для цитирования: Кабонен А.В., Грязькин А.В., Гаврилова О.И. Оценка состояния лесных культур с использованием беспилотного летательного аппарата // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2024. Т. 28. № 3. С. 57–66. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-57-66
Список литературы
[1] Соколов А.И. Лесовосстановление на вырубках Северо-Запада России. Петрозаводск: Изд-во Карельского научного центра РАН, 2006. 215 с.
[2] Соколов А.И. Повышение ресурсного потенциала таежных лесов лесокультурными методами. Петрозаводск: Изд-во Карельского научного центра РАН, 2016. 178 с.
[3] Гаврилова О.И., Пак К.А., Морозова И.В., Юрьева А.Л. Формирование искусственных сосновых древостоев в условиях карельской таежной зоны // ИзВуз Лесной журнал, 2017. № 4. С. 23–33.
[4] Морозова И.В., Гаврилова О.И. Закономерности роста лесных культур сосны на начальных стадиях роста (1–5 год) на вырубках южной Карелии // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки, 2011. № 2 (115). С. 75–78.
[5] Фетисова А.А., Грязькин А.В., Ковалев Н.В., Гуталь М. Оценка естественного возобновления хвойных пород на сплошных вырубках в условиях Рощинского лесничества // ИзВуз Лесной журнал, 2013. № 6 (336). С. 9–18.
[6] Белова Е.И., Ершов Д.В. Опыт оценки естественного лесовосстановления на сплошных вырубках по временным рядам Landsat // Лесоведение, 2015. № 5. С. 339–345.
[7] Аковецкий В.Г., Афанасьев А.В. Методы и технологии интерпретации аэрокосмических мониторинговых наблюдений лесной растительности // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2020. Т. 24. № 2. С. 29–36.
[8] Денисов С.А., Домрачев А.А., Елсуков А.С. Опыт применения квадрокоптера для мониторинга возобновления леса // Вестник ПГТУ. Серия Лес. Экология. Природопользование, 2016. № 4 (32). C. 34–46.
[9] Вогель Д.К., Юферев В.Г. Оценка лесных насаждений Волго-Ахтубинской поймы на основе фотограмметрической обработки данных цифровой аэросъемки // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса, 2018. № 3 (51). С. 203–209.
[10] Галецкая Г.А., Вьюнов М.В., Железова С.В., Завалишин С.И. Возможности обработки и анализа данных сверхлегкого БПЛА SenseFly eBee в лесном хозяйстве // Интерэкспо ГЕО-Сибирь, 2015. № 4. C. 11–18.
[11] Низаметдинов Н.Ф., Моисеев П.А., Воробьев И.Б. Лазерное сканирование и аэрофотосъемка с БПЛА в исследовании структуры лесотундровых древостоев Хибин // ИзВуз Лесной журнал, 2021. № 4. С. 9–22. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-4-9-22.
[12] Alonzo M., Andersen H.E., Morton D.C., Cook B.D. Quantifying Boreal Forest Structure and Composition Using UAV Structure from Motion // Forests, 2018, v. 9(3), art. 119. DOI: 10.3390/f9030119
[13] Алексеев А.С., Данилов Ю.И., Никифоров А.А., Гузюк М.Е., Киреев Д.М. Опыт применения беспилотного летательного аппарата для инвентаризации и оценки опытных лесных культур Лисинской части учебно-опытного лесничества Ленинградской области // Труды Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства, 2020. № 2. С. 46–48.
[14] Алешко Р.А., Алексеева А.А., Шошина К.В., Богданов А.П., Гурьев А.Т. Разработка методики актуализации информации о лесном участке с использованием снимков со спутников и малых БПЛА // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 2017. Т. 14(5). С. 87–99.
[15] Lisein J., Pierrot-Deseilligny M., Bonnet S., Lejeune P. A photogrammetric workflow for the creation of a forest canopy height model from small Unmanned Aerial System imagery // Forests, 2013, v. 4, pp. 922–944. DOI: 10.3390/f4040922
[16] Jackson M., Portillo-Quintero C., Cox R., Ritchie G., Johnson M., Humagain K., Subedi M. Season, classifier, and spatial resolution impact honey mesquite and yellow bluestem detection using an Unmanned Aerial System // Rangeland Ecology and Management, 2020, v. 73(5), pp. 658–672. DOI: 10.1016/j.rama.2020.06.010
[17] Nuijten R.J.G., Coops N.C., Goodbod T.R.H., Pelletier G. Examining the Multi-Seasonal Consistency of Individual Tree Segmentation on Deciduous Stands Using Digital Aerial Photogrammetry (DAP) and Unmanned Aerial Systems (UAS) // Remote Sensing, 2019, v. 11(7), art. 739. DOI: 10.3390/rs11070739
[18] Watts A.C., Ambrosia V.G., Hinkley E.A. Unmanned aircraft systems in remote sensing and scientific research: classification and considerations of use // Remote Sensing, 2012, v. 4, pp. 1671–1692. DOI: 10.3390/rs4061671
[19] Zahawi R.A., Dandois J.P., Holl K.D., Nadwodny D., Reid J.L., Ellis E.C. Using lightweight unmanned aerial vehicles to monitor tropical forest recovery // Biological Conservation, 2015, v. 186, pp. 287–295.
[20] Медведев А.А., Тельнова Н.О., Кудиков А.В. Картографирование процесса зарастания залежных земель по разновременным высокодетальным данным с космических и беспилотных летательных аппаратов // Земля из космоса: наиболее эффективные решения, 2019. № 10 (26). С. 50–55.
[21] Беляева Н.В., Грязькин А.В., Калинский П.М. Точность учетных работ при оценке естественного лесовозобновления // Вестник Саратовского госагроуниверситета имени Н.И. Вавилова, 2012. № 8. С. 7–12.
[22] Кабонен А.В., Иванова Н.В. Оценка биометрических характеристик деревьев по данным наземного LiDAR и разносезонной аэрофотосъемки в искусственных насаждениях // Nature Conservation Research. Заповедная наука, 2023. Т. 8(1). С. 64–83.
[23] Goutte C., Gaussier E. A probabilistic interpretation of precision, recall and F-score, with implication for evaluation // Proceedings of the European Conference on Information Retrieval. Berlin. Heidelberg: Springer, 2005, pp. 345–359.
[24] Sokolova M., Japkowicz N., Szpakowicz S. Beyond accuracy, F-score and ROC: A family of discriminant measures for performance evaluation // Proceedings of the Australasian Joint Conference on Artificial Intelligence. Berlin. Heidelberg: Springer, 2008, pp. 1015–1021.
[25] Li W., Guo Q., Jakubowski M.K., Kelly M. A new method for segmenting individual trees from the LiDAR point cloud // Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 2012, v. 78(1), pp. 75–84.
[26] Safonova A., Hamad Y., Dmitriev E., Georgiev G., Trenkin V., Georgieva M., Dimitrov S., Iliev M. Individual tree crown delineation for the species classification and assessment of vital status of forest stands from UAV images // Drones, 2021, v. 5(3), art. 77.
[27] Zhang J., Hud J., Liane J., Fan Z., Ouyang X., Ye W. Seeing the forest from drones: testing the potential of lightweight drones as a tool for long-term forest monitoring // Biological Conservation, 2016, v. 198, pp. 60–69.
[28] Roussel J.R., Auty D., De Boissieu F., Meador A.S., JeanFrançois B. Airborne LiDAR data manipulation and visualization for forestry applications. package «lidR». Version 2.2.2. 2020. URL: https://www.scinapse.io/papers/3122270431 (дата обращения 12.06.2023).
[29] Picos J, Bastos G, Míguez D, Alonso L, Armesto J. Individual Tree Detection in a Eucalyptus Plantation Using Unmanned Aerial Vehicle (UAV)-LiDAR // Remote Sensing, 2020, v. 12 (5). DOI: 10.3390/rs12050885.
[30] Bennett G., Hardy A., Bunting P., Morgan P., Fricker A. A Transferable and Effective Method for Monitoring Continuous Cover Forestry at the Individual Tree Level Using UAVs // Remote Sensing, 2020, v. 12(13).
DOI: 10.3390/rs12132115.
[31] Zhou, J., Proisy, C.; Descombes, X.; Le Maire, G.; Nouvellon, Y.; Stape, J.-L.; Viennois, G.; Zerubia, J.; Couteron, P. Mapping local density of young Eucalyptus plantations by individual tree detection in high spatial resolution satellite images // For. Ecol. Manag, 2013, v. 301, p. 129–141.
[32] Mohan, M., Silva, A.C.; Klauberg, C.; Jat, P.; Catts, G., Cardil, A., Hudak, T.A.; Dia, M. Individual tree detection from Unmanned Aerial Vehicle (UAV) derived Canopy Height Model in an open canopy mixed conifer forest // Forests, 2017, v. 8, p. 340.
[33] Wallace, L., Lucieer, A.; Malenovský, Z., Turner, D.; Vopěnka, P. Assessment of Forest Structure Using Two UAV Techniques: A Comparison of Airborne Laser Scanning and Structure from Motion (SfM) Point Clouds // Forests 2016, v. 7, p. 62.
[34] Cosenza, D.N., Soares, V.P., Leite, H.G., Gleriani, J.M. Airborne laser scanning applied to eucalyptus stand inventory at individual tree level // Pesqui. Agropecu. Bras, 2018, v. 53, p. 1373–1382.
[35] Shinzato, E.T., Shimabukuro, Y.E., Coops, N.C., Tompalski, P., Gasparoto, E.A. Integrating area-based and individual tree detection approaches for estimating tree volume in plantation inventory using aerial image and airborne laser scanning data // iFor. Biogeosci. For., 2017, v. 10, p. 296–302.
Сведения об авторах
Кабонен Алексей Валерьевич — директор Центра цифрового мониторинга северных и арктических экосистем, ФГБОУ ВО «Петрозаводский государственный университет», alexkabonen@mail.ru
Грязькин Анатолий Васильевич — д-р биол. наук, профессор кафедры лесоводства, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет»
Гаврилова Ольга Ивановна — д-р с.-х. наук, профессор кафедры технологии и организации лесного комплекса, ФГБОУ ВО «Петрозаводский государственный университет»
FORESTRY CROPS ASSESSMENT BY USING UNMANNED AERIAL VEHICLE
A.V. Kabonen1, A.V. Gryazkin2, O.I. Gavrilova1
1Petrozavodsk State University, 33, Lenin av., 185640, Petrozavodsk, Karelia, Russia
2St. Petersburg State Forest Engineering University, 1194018, St. Petersburg, Russia
alexkabonen@mail.ru
Data on the growth and development of 23-year-old forest crops created by sowing and planting seedlings with a root-balled tree system on the territory of the Karelia Republic are presented. Using photogrammetric processing of data from an unmanned aerial vehicle (DJI Mavic Mini 2), an image plan of forestry crops was constructed and the quantitative distribution of tree species was determined. It was established that in all experimental areas, young stands with a predominance of Scots pine had been formed. It is shown that the use of algorithms for automated search for trees in dense point clouds makes it possible to detect 91 % of trees from the total mass of the point cloud and determine their height. The main identified characteristics of forest stands, determined using UAVs and the ground technique, differed within the limits of measurement accuracy.
Keywords: forestry crops, growth and development, unmanned aerial vehicle
Suggested citation: Kabonen A.V., Gryazkin A.V., Gavrilova O.I. Otsenka sostoyaniya lesnykh kul’tur s ispol’zovaniem bespilotnogo letatel’nogo apparata [Forestry crops assessment by using unmanned aerial vehicle]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2024, vol. 28, no. 3, pp. 57–66. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-57-66
References
[1] Sokolov A.I. Lesovosstanovlenie na vyrubkah Severo-Zapada Rossii [Reforestation in the clearings of the North-West of Russia]. Petrozavodsk: KarNTs RAN, 2006, 215 p.
[2] Sokolov A.I. Povyshenie resursnogo potenciala taezhnyh lesov lesokul’turnymi metodami [Increasing the resource potential of taiga forests by silvicultural methods]. Petrozavodsk: Karelian Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 2016, 178 p.
[3] Gavrilova O.I., Pak K.A., Morozova I.V., Yurieva A.L. Formirovanie iskusstvennyh sosnovyh drevostoev v usloviyah karel’skoy taezhnoy zony [Formation of artificial pine stands in the conditions of the Karelian taiga zone]. Lesnoy Zhurnal (Russian Forestry Journal), 2017, no. 4, pp. 23–33.
[4] Morozova I.V., Gavrilova O.I. Zakonomernosti rosta lesnyh kul’tur sosny na nachal’nyh stadiyah rosta (1–5 god) na vyrubkah yuzhnoy Karelii [Patterns of growth of pine forest plantations at the initial stages of growth (1–5 years) in the clearings of southern Karelia]. Uchenye zapiski Petrozavodskogo gosudarstvennogo universiteta. Series: Natural and technical sciences, 2011, no. 2 (115), pp. 75–78.
[5] Fetisova A.A., Gryaz’kin A.V., Kovalev N.V., Gutal’ M. Otsenka estestvennogo vozobnovleniya khvoynykh porod na sploshnykh vyrubkakh v usloviyakh Roshchinskogo lesnichestva [Evaluation of natural regeneration of conifers in clear cuts in the conditions of Roshchinsky forestry]. Lesnoy Zhurnal (Russian Forestry Journal), 2013, no. 6 (336), pp. 9–18.
[6] Belova E.I., Ershov D.V. Opyt otsenki estestvennogo lesovosstanovleniya na sploshnykh vyrubkakh po vremennym ryadam Landsat [Experience in assessing natural reforestation in clear cuts according to Landsat time series]. Lesovedenie, 2015, no. 5, pp. 339–345.
[7] Akovetsky V.G., Afanasyev A.V. Metody i tekhnologii interpretatsii aerokosmicheskikh monitoringovykh nablyudeniy lesnoy rastitel’nosti [Methods and technologies for forest vegetation aerospace monitoring interpretation]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2020, vol. 24, no. 2, pp. 29–36. DOI: 10.18698/2542-1468-2020-2-29-36
[8] Denisov S.A., Domrachev A.A., Elsukov A.S. Opyt primeneniya kvadrokoptera dlya monitoringa vozobnovleniya lesa [Experience of using a quadrocopter to monitor forest renewal]. Vestnik PGTU. Ser. Les. Ekologiya. Prirodopol’zovanie [Vestnik of Perm State Technical University. Ser. Forest. Ecology. Nature Management], 2016, no. 4 (32), pp. 34–46
[9] Vogel’ D.K., Yuferev V.G. Otsenka lesnykh nasazhdeniy Volgo-Akhtubinskoy poymy na osnove fotogrammetricheskoy obrabotki dannykh tsifrovoy aeros’emki [Evaluation of forest plantations of the Volga-Akhtuba floodplain based on photogrammetric processing of digital aerial survey data]. Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrarnogo univ. kompleksa [News of the Nizhnevolzhsky Agrarian University Complex], 2018, no. 3 (51), pp. 203–209.
[10] Galetskaya G.A., V’yunov M.V., Zhelezova S.V., Zavalishin S.I. Vozmozhnosti obrabotki i analiza dannykh sverkhlegkogo BPLA SenseFly eBee v lesnom khozyaystve [Possibilities of data processing and analysis of ultralight UAV SenseFly eBee in forestry]. Interexpo Geo-Siberia, 2015, no. 4, pp. 11–18.
[11] Nizametdinov N.F., Moiseev P.A., Vorob’ev I.B. Lazernoe skanirovanie i aerofotos’emka s BPLA v issledovanii struktury lesotundrovykh drevostoev Khibin [Laser scanning and aerial photography from UAVs in the study of the structure of forest-tundra stands of the Khibiny]. Lesnoy Zhurnal (Russian Forestry Journal), 2021, no. 4, pp. 9–22. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-4-9-22
[12] Alonzo M., Andersen H.E., Morton D.C., Cook B.D. Quantifying Boreal Forest Structure and Composition Using UAV Structure from Motion. Forests, 2018, v. 9(3), art. 119. DOI: 10.3390/f9030119
[13] Alekseev A.S., Danilov Yu.I., Nikiforov A.A., Guzyuk M.E., Kireev D.M. Opyt primeneniya bespilotnogo letatel’nogo apparata dlya inventarizatsii i otsenki opytnykh lesnykh kul’tur Lisinskoy chasti uchebno-opytnogo lesnichestva Leningradskoy oblasti [Experience in using an unmanned aerial vehicle for inventory and assessment of experimental forest crops of the Lisinsky part of the educational and experimental forestry of the Leningrad region]. Trudy Sankt-Peterburgskogo nauchno-issledovatel’skogo instituta lesnogo khozyaystva [Proceedings of the St. Petersburg Scientific Research Institute of Forestry], 2020, no. 2, pp. 46–48.
[14] Aleshko R.A., Alekseeva A.A., Shoshina K.V., Bogdanov A.P., Gur’ev A.T. Razrabotka metodiki aktualizatsii informatsii o lesnom uchastke s ispol’zovaniem snimkov so sputnikov i malykh BPLA [Development of a methodology for updating information about a forest area using satellite images and small UAVs]. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Modern problems of remote sensing of the Earth from space], 2017, t. 14(5), pp. 87–99.
[15] Lisein J., Pierrot-Deseilligny M., Bonnet S., Lejeune P. A photogrammetric workflow for the creation of a forest canopy height model from small Unmanned Aerial System imagery. Forests, 2013, v. 4, pp. 922–944. DOI: 10.3390/f4040922
[16] Jackson M., Portillo-Quintero C., Cox R., Ritchie G., Johnson M., Humagain K., Subedi M. Season, classifier, and spatial resolution impact honey mesquite and yellow bluestem detection using an Unmanned Aerial System. Rangeland Ecology and Management, 2020, v. 73(5), pp. 658–672. DOI: 10.1016/j.rama.2020.06.010
[17] Nuijten R.J.G., Coops N.C., Goodbod T.R.H., Pelletier G. Examining the Multi-Seasonal Consistency of Individual Tree Segmentation on Deciduous Stands Using Digital Aerial Photogrammetry (DAP) and Unmanned Aerial Systems (UAS). Remote Sensing, 2019, v. 11(7), art. 739. DOI: 10.3390/rs11070739
[18] Watts A.C., Ambrosia V.G., Hinkley E.A. Unmanned aircraft systems in remote sensing and scientific research: classification and considerations of use. Remote Sensing, 2012, v. 4, pp. 1671–1692. DOI: 10.3390/rs4061671
[19] Zahawi R.A., Dandois J.P., Holl K.D., Nadwodny D., Reid J.L., Ellis E.C. Using lightweight unmanned aerial vehicles to monitor tropical forest recovery. Biological Conservation, 2015, v. 186, pp. 287–295.
[20] Medvedev A.A., Tel’nova N.O., Kudikov A.V. Kartografirovanie protsessa zarastaniya zalezhnykh zemel’ po raznovremennym vysokodetal’nym dannym s kosmicheskikh i bespilotnykh letatel’nykh apparatov [Mapping the process of overgrowing of fallow lands using multi-time, highly detailed data from space and unmanned aerial vehicles]. Zemlya iz kosmosa: naibolee effektivnye resheniya [Earth from Space: the most effective solutions], 2019, no. 10 (26), pp. 50–55.
[21] Belyaeva N.V., Gryaz’kin A.V., Kalinskiy P.M. Tochnost’ uchetnykh rabot pri otsenke estestvennogo lesovozobnovleniya [Accuracy of accounting work in assessing natural reforestation]. Vestnik Saratovskogo gos. agr. un-ta im. N.I. Vavilova [Bulletin of the Saratov State Agr. University named after N.I. Vavilova], 2012, no. 8, pp. 7–12.
[22] Kabonen A.V., Ivanova N.V. Otsenka biometricheskikh kharakteristik derev’ev po dannym nazemnogo LiDAR i raznosezonnoy aerofotos’emki v iskusstvennykh nasazhdeniyakh [Assessing the biometric characteristics of trees based on ground-based LiDAR data and multi-seasonal aerial photography in artificial plantings]. Nature Conservation Research. Zapovednaya nauka [Nature Conservation Research. Reserve Science], 2023, t. 8(1), pp. 64–83.
[23] Goutte C., Gaussier E. A probabilistic interpretation of precision, recall and F-score, with implication for evaluation. Proceedings of the European Conference on Information Retrieval. Berlin. Heidelberg: Springer, 2005, pp. 345–359.
[24] Sokolova M., Japkowicz N., Szpakowicz S. Beyond accuracy, F-score and ROC: A family of discriminant measures for performance evaluation. Proceedings of the Australasian Joint Conference on Artificial Intelligence. Berlin. Heidelberg: Springer2008, pp. 1015–1021.
[25] Li W., Guo Q., Jakubowski M.K., Kelly M. A new method for segmenting individual trees from the LiDAR point cloud. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 2012, v. 78(1), pp. 75–84.
[26] Safonova A., Hamad Y., Dmitriev E., Georgiev G., Trenkin V., Georgieva M., Dimitrov S., Iliev M. Individual tree crown delineation for the species classification and assessment of vital status of forest stands from UAV images. Drones, 2021, v. 5(3), art. 77.
[27] Zhang J., Hud J., Liane J., Fan Z., Ouyang X., Ye W. Seeing the forest from drones: testing the potential of lightweight drones as a tool for long-term forest monitoring. Biological Conservation, 2016, v. 198, pp. 60–69.
[28] Roussel J.R., Auty D., De Boissieu F., Meador A.S., JeanFrançois B. Airborne LiDAR data manipulation and visualization for forestry applications. package «lidR». Version 2.2.2. 2020. Available at: https://www.scinapse.io/papers/3122270431 (accessed 12.06.2023).
[29] Picos J, Bastos G, Míguez D, Alonso L, Armesto J. Individual Tree Detection in a Eucalyptus Plantation Using Unmanned Aerial Vehicle (UAV)-LiDAR. Remote Sensing, 2020, v. 12 (5). DOI: 10.3390/rs12050885
[30] Bennett G., Hardy A., Bunting P., Morgan P., Fricker A. A Transferable and Effective Method for Monitoring Continuous Cover Forestry at the Individual Tree Level Using UAVs. Remote Sensing, 2020, v. 12(13), art. 2115. DOI: 10.3390/rs12132115
[31] Zhou, J., Proisy, C.; Descombes, X.; Le Maire, G.; Nouvellon, Y.; Stape, J.-L.; Viennois, G.; Zerubia, J.; Couteron, P. Mapping local density of young Eucalyptus plantations by individual tree detection in high spatial resolution satellite images // For. Ecol. Manag, 2013, v. 301, p. 129–141.
[32] Mohan, M., Silva, A.C.; Klauberg, C.; Jat, P.; Catts, G., Cardil, A., Hudak, T.A.; Dia, M. Individual tree detection from Unmanned Aerial Vehicle (UAV) derived Canopy Height Model in an open canopy mixed conifer forest // Forests, 2017, v. 8, p. 340.
[33] Wallace, L., Lucieer, A.; Malenovský, Z., Turner, D.; Vopěnka, P. Assessment of Forest Structure Using Two UAV Techniques: A Comparison of Airborne Laser Scanning and Structure from Motion (SfM) Point Clouds // Forests 2016, v. 7, p. 62.
[34] Cosenza, D.N., Soares, V.P., Leite, H.G., Gleriani, J.M. Airborne laser scanning applied to eucalyptus stand inventory at individual tree level // Pesqui. Agropecu. Bras, 2018, v. 53, p. 1373–1382.
[35] Shinzato, E.T., Shimabukuro, Y.E., Coops, N.C., Tompalski, P., Gasparoto, E.A. Integrating area-based and individual tree detection approaches for estimating tree volume in plantation inventory using aerial image and airborne laser scanning data // iFor. Biogeosci. For., 2017, v. 10, p. 296–302.
Сведения об авторах
Kabonen Aleksey Valer’evich — Director of the Center for Digital Monitoring of Northern and Arctic Ecosystems of Petrozavodsk State University, alexkabonen@mail.ru
Gryaz’kin Anatoliy Vasil’evich — Dr. Sci. (Biology), Professor of the Department of Forestry, St. Petersburg Forestry University
Gavrilova Ol’ga Ivanovna — Dr. Sci. (Agriculture), Professor of the Department of Technology and Organization of the Forestry Complex, Petrozavodsk State University
|
7
|
СУБСТРАТЫ НА ОСНОВЕ ТОРФА И КОМПОСТИРОВАННОГО АКТИВНОГО ИЛА АРХАНГЕЛЬСКОГО ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОГО КОМБИНАТА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ ПОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА ХВОЙНЫХ ПОРОД
|
67-77
|
|
УДК 631.41
DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-67-77
EDN: QVVDZM
Шифр ВАК 4.1.3; 4.1.6; 1.5.19
Е.Н. Наквасина, С.В. Коптев, М.В. Никитина
ФГАОУ ВО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» (САФУ), 163002, Россия, г. Архангельск, ул. Набережная Северной Двины, д. 17
e.nakvasina@narfu.ru
Рассмотрены возможности использования компостированного отработанного активного ила для изготовления торфяного субстрата, предназначенного для использования при выращивании сеянцев основных лесообразующих пород в тепличном комплексе. Охарактеризовано влияние отходов активного ила трехлетней выдержки (биогумус «Архангельский») на водно-физические свойства субстратов (плотность, истинную плотность, пористость, водопоглощение и полную влагоемкость), и их агрохимические показатели (содержание нитратного и аммиачного азота, фосфора и калия, зольность, реакция почвенного раствора), а также влияние разного количества добавленного компостированного активного ила (добавка ила от 10 до 70 % по объему) в верховой торф (степень разложения 15 %) на свойства указанных субстратов. Выявлено, что все свойства субстратов на основе торфа и компостированного активного ила по значимости подразделяются на группы по влагосодержанию, агрофизическим и агрохимическим показателям, из которых наиболее приоритетными можно считать водные свойства, определяющие периодичность полива. Установлено, что при увеличении доли ила в композиции торфяного субстрата закономерно повышаются плотность сложения и истинная плотность субстрата, содержание подвижного фосфора и зольность, но в то же время ил снижает пористость субстрата и водонакопление, уменьшает содержание нитратного азота. Определена наиболее оптимальная добавка к торфу — 20 % компостированных отходов активного ила — при условии дополнительного внесения удобрений и проведения токсикологических экспертиз.
Ключевые слова: субстраты, торф, активный ил, водно-физические свойства, агрохимические свойства, требования, сеянцы
Ссылка для цитирования: Наквасина Е.Н., Коптев С.В., Никитина М.В. Субстраты на основе торфа и компостированного активного ила Архангельского целлюлозно-бумажного комбината для выращивания посадочного материала хвойных пород // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2024. Т. 28. № 3. С. 67–77. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-67-77
Список литературы
[1] Стратегия развития лесного комплекса Российской Федерации до 2030 года. Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 20 сентября 2018 г. № 1989-р. URL: https://cA4eYSe0MObgNpm5hSavTdIxID77KCTL.pdf (government.ru) (дата обращения 20.09.2023).
[2] Gabira M.M., Silva R.B.G., Bortolheiro F.P.A.P., Mateus C.M.D.A., Boas R.L.V., Rossi S., Girona M.M., Silva M.R. Composted sewage sludge as an alternative substrate for forest seedlings production // iForest — Biogeosciences and Forestry, 2021, v. 14, iss. 6, pp. 569–575. DOI: https://doi.org/10.3832/ifor3929-014
[3] Alonso J.M., Pereira R.N., Abel E.L.D. Sewage sludge as substrate in Schinus terebinthifolia raddi seedlings commercial production // Sci. Rep., 2022, v. 12, p. 17245. https://doi.org/10.1038/s41598-022-21314-0
[4] Usman Kh., Marwat S., Ghulam S., Khan M.U., Khan N.; Khan M.A., Khalil S. Sewage Sludge: An Important Biological Resource for Sustainable Agriculture and Its Environmental Implications // American J. of Plant Sciences, 2012, v. 03(12), рр. 1708–1721. DOI:10.4236/ajps.2012.312209
[5] Горелова О.М., Титова К.Ю. Исследования об утилизации активного ила // Ползуновский вестник, 2015. № 4. Т. 1. С. 114–118.
[6] Панов В.П., Зыкова И.В. Утилизация избыточных активных илов // Экология и промышленность России, 2001. № 12. С. 29–30.
[7] Панов В.П., Зыкова И.В. Извлечение тяжелых металлов из избыточного активного ила при аэрировании // Журнал прикладной химии, 2005. Вып. 4. С. 608–612.
[8] Панов В.П., Лысенко И.В., Зыкова И.В. К распределению тяжелых металлов по составляющим активного ила при биологической очистке сточных вод // Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности: сборник науч. трудов Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна, 2004. № 6. С. 150–153.
[9] Горелова О.М., Титова К.Ю. Исследования по утилизации избыточного активного ила // Ползуновский вестник, 2015. № 4. Т. 1. С. 114–118.
[10] Ляшенко Э.С., Васильева Ж.В. Перспективные методы утилизации биомассы активного ила // Охрана окружающей среды и здоровья человека в Российской Федерации и странах Евросоюза: сборник материалов межд. науч.-практ. конф., Мурманск, 31 октября 2014 г. Мурманск: Изд-во Мурманского государственного технического университета, 2014. С. 57–61.
[11] Haile A., Gelebo G.G., Tesfaye T. Pulp and paper mill wastes: utilizations and prospects for high value-added biomaterials // Bioresour. Bioprocess, 2021, v. 8, p. 35. https://doi.org/10.1186/s40643-021-00385-3
[12] Бондарчук Е.В., Толмачев А.Б., Шептунов А.В. Переработка осадков сточных вод в почвогрунт // Яковлевские чтения: сб. докладов XVI Междунар. науч.-техн. конф., посвященной памяти академика РАН С.В. Яковлева, Москва, 15 марта 2021 года. М.: Изд-во Национального исследовательского Московского государственный строительного университета, 2021. С. 31–33.
[13] Ручай Н.С., Маркевич Р.М. Экологическая биотехнология. Минск: Изд-во БГТУ, 2006. 312 с.
[14] Национальный стандарт РФ «Технические принципы обработки осадков сточных вод. Общие требования». М.: Российский институт стандартизации, 2021. 30 c.
[15] Куликова А.Х., Захаров Н.Г., Вандышев И.А., Шайкин С.В., Карпов А.В. Проблема утилизации осадков сточных вод (ОСВ) в качестве удобрения сельскохозяйственных культур // Вестник Ульяновской сельскохозяйственной академии, 2007. № 1. С. 8–18.
[16] Чеботарев Н.Т., Найденов Н.Д., Юдин А.А. Агроэкологическая оценка применения осадков сточных вод в качестве удобрений сельскохозяйственных культур // Наука. Мысль, 2016. № 1–2. С. 33–42.
[17] Робонен Е.В., Зайцева М.И., Чернобровкина Н.П., Чернышенко О.В., Васильев С.Б. Опыт разработки и использования контейнерных субстратов для лесных питомников. Альтернативы торфу // Resources and Technology, 2015. v. 12 (1). C. 47–76. DOI: 10.15393/j2.art.2015. 3081
[18] Оценка пригодности субстрата для выращивания посадочного материала с закрытыми корнями / Сост. Белостоцкий Н.Н., Бирцева А.А., Жигунов А.В. Ленинград: Изд-во ЛенНИИЛХ, 1984. 29 с.
[19] Якушева Т.В., Савицкая Н.В., Выродова С.А. Современные подходы к выращиванию посадочного материала хвойных пород с зкс // Актуальные вопросы таежного и притундрового лесоводства на Европейском Севере России. М.: Издательские Технологии, 2023. С. 413–418.
[20] Крамаренко В.В. Влияние ботанического состава на физические свойства торфа // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки, 2009. Вып. 2. С. 272–280.
[21] Носников В.В., Соколовский И.В., Домасевич А.А., Юреня А.В., Граник А.М., Селищева О.А., Романчук А.В. Использование метода кондуктометрии для оценки качества субстратов на основе верхового торфа // Труды БГТУ, 2018. Сер. 1. № 2. С. 91–97.
[22] Мисников О.С., Пухова О.В., Черткова Е.Ю. Физико-химические основы торфяного производства. Тверь: Изд-во Тверского государственного технического университета, 2015. 168 с.
[23] Наквасина Е.Н., Любова С.В. Почвоведение. Архангельск: Изд-во САФУ, 2016. 146 с.
[24] Гитис Л.Х. Статистическая классификация и кластерный анализ. М.: Изд-во Московского государственного горного университета, 2003. 157 с.
[25] Дубовская Л.И., Князев Г.Б. Компьютерная обработка данных методами многомерной прикладной статистики. Томск: ТМЛ-Пресс, 2011. 120 с.
[26] Субстраты торфяно-перлитные: технические условия ТУ BY 100061961.002–2015. URL: https://mlh.by/lioh/2015-5/3.pdf (дата обращения 12.01.2023).
[27] Dumroese R.K., Pinto J., Heiskanen J., Tervahauta A., McBurney K., Page-Dumroese D., Englund K. Biochar Can Be a Suitable Replacement for Sphagnum Peat in Nursery Production of Pinus ponderosa Seedlings // Forests, 2018, v. 9, р. 232.
[28] Романов Е.М. Выращивание сеянцев древесных растений: биоэкологические и агротехнические аспекты. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2000. 500 с.
[29] Жигунов А.В. Теория и практика выращивания посадочного материала с закрытой корневой системой для лесовосстановления: автореф. дис. … д-ра с.-х. наук, 06.03.01, Москва, 1998. 40 с.
[30] Жигунов А.В., Соколов А.И., Харитонов В.А. Выращивание посадочного материала с закрытой корневой системой в Устьянском комплексе. Петрозаводск: Изд-во Карельского научного центра РАН, 2016. 43 с.
[31] Yeager T.H., Fare D.C., J. Lea-Cox J. Best management practices: Guide for producing container-grown plants // Southern Nurserymen’s Assoc., 2007, no. 3, pp. 200–203.
[32] López-López N., Segarra G., Vergara Diaz O., López-Fabal A., Trillas M.I. Compost from forest cleaning green waste and Trichoderma asperellum strain T34 reduced incidence of Fusarium circinatum in Pinus radiata seedlings // Biological Control, 2015, v. 95. DOI 10.1016/j.biocontrol.2015.12.014
[33] Abaurre G.W., Alonso J.M., Saggin Júnior O.J., de Faria S.M. Sewage Sludge Compared with Other Substrates in the Inoculation, Growth, and Tolerance to Water Stress of Samanea saman // Water, 2021, v. 13, p. 1306. https://doi.org/10.3390/w13091306
[34] Справочник по лесным питомникам. М.: Лесная пром-сть, 1983. 280 с.
[35] Мухортов Д.И. Антропова А.В. Рост и развитие сеянцев сосны обыкновенной в контейнерах при использовании субстратов различной плотности сложения // Лесные экосистемы в условиях изменения климата: биологическая продуктивность и дистанционный мониторинг: междунар. сб. науч. статей / под ред. Э.А. Курбанова. Йошкар-Ола: Изд-во Поволжского технологического университета, 2019. С. 42–53.
[36] Wall A., Heiskanen J. Effect of air-filled porosity and organic matter concentration of soil on growth of Picea abies seedlings after transplanting // Scandinavian J. of Forest Research, 2003, v. 18, iss. 4, pp. 344–350.
DOI: 10.1080/02827580310001742
[37] Тебенькова Д.Н., Лукина Н.В., Воробьев Р.А., Орлова М.А. Всхожесть семян и биометрические параметры сеянцев на субстратах из твердых отходов целлюлозно-бумажной промышленности // Лесоведение, 2014. № 6. С. 31–40.
[38] Наквасина Е.Н. Ритмика роста сеянцев сосны и ели. Биоэкологическое обоснование агротехники выращивания. Архангельск: Изд-во САФУ, 2016. 158 с.
[39] Исаева А.М. Обработка и утилизация осадков сточных вод. Пенза: Изд-во ПГУАС, 2013. 128 с.
[40] Дьяков М.С., Вайсман Я.И., Глушанкова И.С. Экологически безопасный способ утилизации твердых отходов биохимических очистных сооружений с получением продуктов, обладающих товарными свойствами // Экология и промышленность России, 2013. № 11. C. 53–61.
Сведения об авторах
Наквасина Елена Николаевна — д-р с.-х. наук, профессор кафедры лесоводства и лесоустройства, ФГАОУ ВО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» (САФУ), nakvasina@yandex.ru
Коптев Сергей Викторович — д-р с.-х. наук, доцент, зав. кафедрой лесоводства и лесоустройства, ФГАОУ ВО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» (САФУ), s.koptev@narfu.ru
Никитина Мария Викторовна — канд. хим. наук, доцент кафедры теоретической и прикладной химии, ФГАОУ ВО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» (САФУ), m.nikinina@narfu.ru
ARKHANGELSK PULP AND PAPER MILL’ PEAT-BASED SUBSTRATES AND COMPOSTED ACTIVATED SLUDGE FOR GROWING CONIFEROUS PLANTING STOCK
E.N. Nakvasina, S.V. Koptev, M.V. Nikitina
Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, 17, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 163002, Arkhangelsk, Russia
nakvasina@yandex.ru
The article discusses the possibilities of using composted activated sludge wasted by Archangelsk pulp mill in order to grow seedlings of the main forest-forming species in a greenhouse complex. The effect of 3 year-aged activated sludge (biohumus «Arkhangelsk») on water-physical properties (density, true density, porosity, water absorption and total moisture capacity), as well as agrochemical parameters (content of nitrate and ammonia nitrogen, phosphorus and potassium, ash content, reaction of soil solution) is shown. The effect on the substrate properties of added composted activated sludge (the addition of sludge from 10 to 70 % by volume) in bog peat (the decomposition degree of 15 %) has been established. It is shown that all the properties of peat-based substrates and composted sludge are divided into three groups according to their significance: moisture content, agrophysical and agrochemical, of which the most priority water properties can be considered, on which the frequency of irrigation depends. It was found that with an increase in the proportion of silt in the composition of the substrate, the addition density and the true density of the substrate, the content of labile phosphorus and ash content naturally increase, but at the same time, silt reduces the porosity of the substrate and water accumulation, reduces the content of nitrate-nitrogen. According to the set of indicators, in comparison with the previously established optimal indicators and standards for growing pine and spruce seedlings, as well as with reference industrial production substrates, the most optimal is the addition to peat of 20 % of the composted waste of activated sludge wasted by Archangelsk pulp mill, subject to additional fertilization and toxicological examinations.
Keywords: substrates, peat, activated sludge, water-physical properties, agrochemical properties, requirements, seedlings
Suggested citation: Nakvasina E.N., Koptev S.V., Nikitina M.V. Substraty na osnove torfa i kompostirovannogo aktivnogo ila Arkhangel’skogo tsellyulozno-bumazhnogo kombinata dlya vyrashchivaniya posadochnogo materiala khvoynykh porod [Arkhangelsk Pulp and Paper Mill’ peat-based substrates and composted activated sludge for growing coniferous planting stock]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2024, vol. 28, no. 3, pp. 67–77. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-67-77
References
[1] Strategiya razvitiya lesnogo kompleksa Rossiyskoy Federatsii do 2030 goda [Strategy for the development of the forest complex of the Russian Federation until 2030]. Utverzhdena rasporyazheniem Pravitel’stva Rossiyskoy Federatsii ot 20 sentyabrya 2018 g. № 1989-r. [Approved by the order of the Government of the Russian Federation of September 20, 2018, no. 1989-p.]. Available at: https://cA4eYSe0MObgNpm5hSavTdIxID77KCTL.pdf (government.ru) (accessed 20.09.2023).
[2] Gabira M.M., Silva R.B.G., Bortolheiro F.P.A.P., Mateus C.M.D.A., Boas R.L.V., Rossi S., Girona M.M., Silva M.R. Composted sewage sludge as an alternative substrate for forest seedlings production. iForest — Biogeosciences and Forestry, 2021, v. 14, iss. 6, pp. 569–575. DOI: https://doi.org/10.3832/ifor3929-014
[3] Alonso J.M., Pereira R.N., Abel E.L.D. Sewage sludge as substrate in Schinus terebinthifolia raddi seedlings commercial production. Sci. Rep., 2022, v. 12, p. 17245. https://doi.org/10.1038/s41598-022-21314-0
[4] Usman Kh., Marwat S., Ghulam S., Khan M.U., Khan N.; Khan M.A., Khalil S. Sewage Sludge: An Important Biological Resource for Sustainable Agriculture and Its Environmental Implications. American J. of Plant Sciences, 2012, v. 03(12), рр. 1708–1721. DOI:10.4236/ajps.2012.312209
[5] Gorelova O.M., Titova K.Yu. Issledovaniya ob utilizatsii aktivnogo ila [Research on the activated sludge utilization]. Polzunovskiy vestnik [Polzunov Bulletin], 2015, no. 4, v. 1, pp. 114–118.
[6] Panov V.P., Zykova I.V. Utilizatsiya izbytochnykh aktivnykh ilov [Utilization of excess activated sludge]. Ekologiya i promyshlennost’ Rossii [Ecology and Industry of Russia], 2001, no. 12, pp. 29–30.
[7] Panov V.P., Zykova I.V. Izvlechenie tyazhelykh metallov iz izbytochnogo aktivnogo ila pri aerirovanii [Extraction of heavy metals from excess activated sludge during aeration]. Zhurnal prikladnoy khimii [J. of Applied Chemistry], 2005, iss. 4, pp. 608–612.
[8] Panov V.P., Lysenko I.V., Zykova I.V. K raspredeleniyu tyazhelykh metallov po sostavlyayushchim aktivnogo ila pri biologicheskoy ochistke stochnykh vod [On the distribution of heavy metals according to the components of activated sludge in biological wastewater treatment]. Problemy ekonomiki i progressivnye tekhnologii v tekstil’noy, legkoy i poligraficheskoy otraslyakh promyshlennosti: sbornik nauchnykh trudov SPGUTD [Problems of Economics and Progressive Technologies in the Textile, Light and Printing Industries: Collection of Scientific Works of SPGUTD], 2004, no. 6, pp. 150–153.
[9] Gorelova O.M., Titova R.Yu. Issledovaniya po utilizatsii izbytochnogo artivnogo ila [Research on the disposal of excess activated sludge]. Polzunovsky Bulletin, 2015, no. 4, v. 1, pp. 114–118.
[10] Lyashenko E.S., Vasil’eva Zh.V. Perspektivnye metody utilizatsii biomassy aktivnogo ila [Promising methods of utilization of activated sludge biomass]. Okhrana okruzhayushchey sredy i zdorov’ya cheloveka v Rossiyskoy Federatsii i stranakh Evrosoyuza: sbornik materialov mezhd. nauchno-praktich. konferentsii [Environmental protection and human health in the Russian Federation and the EU countries: A collection of materials of the international scientific and practical conference], Murmansk, October 31, 2014. Murmansk: Murmanskiy gosudarstvennyy tekhnicheskiy universitet, 2014, pp. 57–61.
[11] Haile A., Gelebo G.G., Tesfaye T. Pulp and paper mill wastes: utilizations and prospects for high value-added biomaterials. Bioresour. Bioprocess, 2021, v. 8, p. 35. https://doi.org/10.1186/s40643-021-00385-3
[12] Bondarchuk E.V., Tolmachev A.B., Sheptunov A.V. Pererabotka osadkov stochnykh vod v pochvogrunt [Processing of sewage sludge into soil]. Yakovlevskie chteniya: sbornik dokladov XVI Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii, posvyashchennoy pamyati akademika RAN S.V. Yakovleva [Yakovlev Readings: collection of reports of the XVI International Scientific and Technical Conference dedicated to the memory of Academician of the Russian Academy of Sciences S.V. Yakovleva], Moscow, March 15, 2021. Moscow: National Research Moscow State University of Civil Engineering, 2021, pp. 31–33.
[13] Ruchay N.S., Markevich R.M. Ekologicheskaya biotekhnologiya [Ecological biotechnology]. Minsk: BSTU, 2006, 312 p.
[14] Natsional’nyy standart RF «Tekhnicheskie printsipy obrabotki osadkov stochnykh vod. Obshchie trebovaniya» [National standard of the Russian Federation «Technical principles for the treatment of sewage sludge. General requirements»] Moscow: Rossiyskiy institut standartizatsii [Russian Institute for Standardization], 2021, 30 p.
[15] Kulikova A.Kh., Zakharov N.G., Vandyshev I.A., Shaykin S.V., Karpov A.V. Problema utilizatsii osadkov stochnykh vod (OSV) v kachestve udobreniya sel’skokhozyaystvennykh kul’tur [The problem of disposal of sewage sludge (SSW) as a fertilizer for agricultural crops]. Vestnik Ul’yanovskoy sel’skokhozyaystvennoy akademii [Bulletin of the Ulyanovsk Agricultural Academy], 2007, no. 1, pp. 8–18.
[16] Chebotarev N.T., Naydenov N.D., Yudin A.A. Agroekologicheskaya otsenka primeneniya osadkov stochnykh vod v kachestve udobreniy sel’skokhozyaystvennykh kul’tur [Agroecological assessment of the use of sewage sludge as fertilizers for agricultural crops]. Nauka. Mysl’ [Nauka. Thought], 2016, no. 1–2, pp. 33–42.
[17] Robonen E.V., Zaytseva M.I., Chernobrovkina N.P., Chernyshenko O.V., Vasil’ev S.B. Opyt razrabotki i ispol’zovaniya konteynernykh substratov dlya lesnykh pitomnikov. Al’ternativy torfu [Experience in the development and use of container substrates for forest nurseries. Peat alternatives]. Resources and Technology, 2015, 12 (1), pp. 47–76.
DOI: 10.15393/j2.art.2015. 3081
[18] Otsenka prigodnosti substrata dlya vyrashchivaniya posadochnogo materiala s zakrytymi kornyami [Assessment of the suitability of the substrate for growing planting material with closed roots: Guidelines]. Comp. Belostotsky N.N., Birtseva A.A., Zhigunov A.V. Leningrad: LenNIILKh, 1984, 29 p.
[19] Yakusheva T.V., Savitskaya N.V., Vyrodova S.A. Sovremennye podkhody k vyrashchivaniyu posadochnogo materiala khvoynykh porod s zks [Modern approaches to the cultivation of planting material of coniferous trees with green plants]. Aktual'nye voprosy taezhnogo i pritundrovogo lesovodstva na Evropeyskom Severe Rossii [Current issues of taiga and tundra forestry in the European North of Russia]. Moscow: Publishing Technologies, 2023, pp. 413–418.
[20] Kramarenko V.V. Vliyanie botanicheskogo sostava na fizicheskie svoystva torfa [Influence of the botanical composition on the physical properties of peat]. Izvestiya Tul’skogo gosudarstvennogo universiteta. Estestvennye nauki [Izvestiya of the Tula State University. Natural Sciences], 2009, iss. 2, pp. 272–280.
[21] Nosnikov V.V., Sokolovskiy I.V., Domasevich A.A., Yurenya A.V., Granik A.M., Selishcheva O.A., Romanchuk A.V. Ispol’zovanie metoda konduktometrii dlya otsenki kachestva substratov na osnove verkhovogo torfa [Using the conductometry method to assess the quality of substrates based on high-moor peat]. Trudy BGTU [Proceedings of BSTU], 2018, ser. 1, no. 2, pp. 91–97.
[22] Misnikov O.S., Pukhova O.V., Chertkova E.Yu. Fiziko-khimicheskie osnovy torfyanogo proizvodstva [Physical and chemical bases of peat production]. Tver: Tver State Technical University, 2015, 168 p.
[23] Nakvasina E.N., Lyubova S.V. Pochvovedenie [Soil science], Arkhangelsk: NArFU, 2016, 146 p.
[24] Gitis L.Kh. Statisticheskaya klassifikatsiya i klasternyy analiz [Statistical classification and cluster analysis]. Moscow: Moscow State Mining University], 2003, 157 p.
[25] Dubovskaya L.I., Knyazev G.B. Komp’yuternaya obrabotka dannykh metodami mnogomernoy prikladnoy statistiki [Computer data processing by methods of multivariate applied statistics]. Tomsk: TML-Press, 2011, 120 p.
[26] Substraty torfyano-perlitnye: tekhnicheskie usloviya TU BY 100061961.002–2015 [Substrates peat-pearlite specifications TU BY 100061961.002–2015]. Available at: https://mlh.by/lioh/2015-5/3.pdf (accessed 12.01.2023).
[27] Dumroese R.K., Pinto J., Heiskanen J., Tervahauta A., McBurney K., Page-Dumroese D., Englund K. Biochar Can Be a Suitable Replacement for Sphagnum Peat in Nursery Production of Pinus ponderosa Seedlings. Forests, 2018, v. 9, р. 232.
[28] Romanov E.M. Vyrashchivanie seyantsev drevesnykh rasteniy: bioekologicheskie i agrotekhnicheskie aspekty [Growing seedlings of woody plants: bioecological and agrotechnical aspects]. Yoshkar-Ola: MarGTU, 2000, 500 p.
[29] Zhigunov A.V. Teoriya i praktika vyrashchivaniya posadochnogo materiala s zakrytoy kornevoy sistemoy dlya lesovosstanovleniya [Theory and practice of growing planting material with a closed root system for reforestation]. Dis. Dr. Sci. (Agric.) 06.03.01], 1998, 40 p.
[30] Zhigunov A.V., Sokolov A.I., Kharitonov V.A. Vyrashchivanie posadochnogo materiala s zakrytoy kornevoy sistemoy v Ust’yanskom komplekse [Growing planting material with a closed root system in the Ustyansky complex. Practical recommendations]. Petrozavodsk: Karel’skiy nauchnyy tsentr RAN [Karelian Scientific Center of the Russian Academy of Sciences], 2016, 43 p.
[31] Yeager T.H., Fare D.C., J. Lea-Cox J. Best management practices: Guide for producing container-grown plants, Southern Nurserymen’s Assoc., 2007, no. 3, pp. 200–203.
[32] López-López N., Segarra G., Vergara Diaz O., López-Fabal A., Trillas M.I. Compost from forest cleaning green waste and Trichoderma asperellum strain T34 reduced incidence of Fusarium circinatum in Pinus radiata seedlings. Biological Control, 2015, v. 95. DOI 10.1016/j.biocontrol.2015.12.014
[33] Abaurre G.W., Alonso J.M., Saggin Júnior O.J., de Faria S.M. Sewage Sludge Compared with Other Substrates in the Inoculation, Growth, and Tolerance to Water Stress of Samanea saman. Water, 2021, v. 13, p. 1306.
https://doi.org/10.3390/w13091306
[34] Spravochnik po lesnym pitomnikam [Directory of forest nurseries]. Moscow: Lesnaya promyshlennost’ [Forestry industry], 1983, 280 p.
[35] Mukhortov D.I. Antropova A.V. Rost i razvitie seyantsev sosny obyknovennoy v konteynerakh pri ispol’zovanii substratov razlichnoy plotnosti slozheniya [Growth and development of seedlings of Scotch pine in containers using substrates of different density of addition]. Lesnye ekosistemy v usloviyakh izmeneniya klimata: biologicheskaya produktivnost’ i distantsionnyy monitoring: mezhdunarodnyy sbornik nauchnykh statey [Forest ecosystems under climate change: biological productivity and remote monitoring: international collection of scientific articles]. Ed. E.A. Kurbanov. Yoshkar-Ola: Volga State Technological University, 2019, pp. 42–53.
[36] Wall A., Heiskanen J. Effect of air-filled porosity and organic matter concentration of soil on growth of Picea abies seedlings after transplanting // Scandinavian J. of Forest Research, 2003, v. 18, iss. 4, pp. 344–350. DOI: 10.1080/02827580310001742
[37] Teben’kova D.N., Lukina N.V., Vorob’ev R.A., Orlova M.A. Vskhozhest’ semyan i biometricheskie parametry seyantsev na substratakh iz tverdykh otkhodov tsellyulozno-bumazhnoy promyshlennosti [Seed germination and biometric parameters of seedlings on substrates from solid waste of the pulp and paper industry]. Lesovedenie [Forest science], 2014, no. 6, pp. 30–41.
[38] Nakvasina E.N. Ritmika rosta seyantsev sosny i eli. Bioekologicheskoe obosnovanie agrotekhniki vyrashchivaniya [Growth rhythm of pine and spruce seedlings. Bioecological substantiation of agrotechnics of cultivation]. Arkhangelsk: NArFU, 2016, 158 p.
[39] Isaeva A.M. Obrabotka i utilizatsiya osadkov stochnykh vod [Treatment and disposal of sewage sludge]. Penza: PGUAS, 2013, 128 p.
[40] D’yakov M.S., Vaysman Ya.I., Glushankova I.S. Ekologicheski bezopasnyy sposob utilizatsii tverdykh otkhodov biokhimicheskikh ochistnykh sooruzheniy s polucheniem produktov, obladayushchikh tovarnymi svoystvami [Ecologically safe method of utilization of solid wastes of biochemical treatment facilities with obtaining products with commercial properties]. Ekologia i promyshlennost v Rossii [Ecology and Industry of Russia], 2013, no. 11, pp. 53–61.
Сведения об авторах
Nakvasina Elena Nikolaevna — Dr. Sci. (Agriculture), Professor of the Department of Forestry and Forest Management of Northen Arctic Federal University named after M.V. Lomonosov, nakvasina@yandex.ru
Koptev Sergey Viktorovich — Dr. Sci. (Agriculture), Associate Professor, Head of the Department of Forestry and Forest Management of Northen Arctic Federal University named after M.V. Lomonosov, s.koptev@narfu.ru,
Nikitina Maria Viktorovna — Cand. Sci. (Chem.), Associate Professor of the Northen Arctic Federal University named after M.V. Lomonosov, m.nikinina@narfu.ru
|
8
|
УТОЧНЕНИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О МЕХАНИЗМЕ ВОДОУСТОЙЧИВОСТИ ПОЧВ
|
78-86
|
|
УДК 631.43
DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-78-86
EDN: QZGCWK
Шифр ВАК 4.1.3; 4.1.6; 1.5.19
Д.А. Ушкова1, И.В. Горепекин1, Г.Н. Федотов1, Ю.П. Батырев2
1ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова», Россия, 119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, Факультет почвоведения МГУ
2ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (Мытищинский филиал), Россия, 141005, Московская обл., г. Мытищи, ул. 1-я Институтская, д. 1
gennadiy.fedotov@gmail.com
Агрегатный состав почв и водоустойчивость агрегатов связаны с органическим веществом почв, его количеством и качеством, но до сих пор не существует удовлетворительной гипотезы, объясняющей механизмы этой взаимосвязи. Цель работы — проверка значимости влияния расклинивающего давления воды на водоустойчивость почв и уточнение представлений о механизме данного свойства. Оценку водоустойчивости почв проводили авторским методом лезвий. Проведенная проверка показала, что его корреляция с методом мокрого просеивания по Саввинову, проведенная на 17 образцах почв, превышает 85 %. В ходе экспериментов установлено, что при контакте агрегатов с водой их водоустойчивость экспоненциально снижается. Снижение водоустойчивости при контакте с водой принято объяснять расклинивающим давлением воды. Проведенные эксперименты по замене воды на растворы соли при капиллярном увлажнении агрегатов не подтвердили эту теорию. Поэтому при помощи растрового электронного микроскопа был проверен раствор, полученный после капиллярного контакта агрегатов с водой. Установлено, что при капиллярном контакте агрегатов с водой туда выделяется лабильная части гуминовых веществ. Таким образом, водоустойчивость почвенных образцов при контакте с водой снижается за счет выхода гуминовых веществ и уменьшения количества структурообразующих связей в агрегате.
Ключевые слова: водоустойчивость и органическое вещество почв, расклинивающее давление воды, влияние температуры на водоустойчивость, дифильность органического вещества почв
Ссылка для цитирования: Ушкова Д.А., Горепекин И.В., Федотов Г.Н., Батырев Ю.П. Уточнение представлений о механизме водоустойчивости почв // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2024. Т. 28. № 3. С. 78–86. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-78-86
Список литературы
[1] Lamichhane J.R., Debaeke P., Steinberg C., You M.P., Barbetti M.J., Aubertot J.N. Abiotic and biotic factors affecting crop seed germination and seedling emergence: a conceptual framework // Plant and soil, 2018, v. 432, pp. 1–28.
[2] Haydu-Houdeshella C-A., Grahamb R.C., Hendrixc P.F.,Petersonc A.C. Soil aggregate stability under chaparral species in southern California // Geoderma, 2018, v. 320, pp. 201–208.
[3] Mao J., Nierop K.G.J., Dekker S.C., Dekker L.W., Chen B. Understanding the mechanisms of soil water repellency from nanoscale to ecosystem scale: a review // J. of Soils and Sediments, 2019, v. 19, pp. 171–185.
[4] Иванова О.И., Бураков Д.А. Эрозия почв. Красноярск: Изд-во Красноярского государственного аграрного университета, 2020. 103 с.
[5] Рычкова М.И. Водопрочность почвы и урожайность озимой пшеницы в зависимости от способа основной обработки и предшественника на эрозионно-опасном склоне // Живые и биокосные системы, 2020. № 31. URL: https://jbks.ru/archive/issue-31/article-4 (дата обращения 15.02.2023).
[6] Вершинин П.В. Почвенная структура и условия ее формирования М.: Издательство Академии наук СССР, 1958. 188 с.
[7] Николаева Е.И. Устойчивость почвенных агрегатов к водным и механическим воздействиям: дис. ... канд. биол. наук МГУ. М., 2016. 104 с.
[8] Ghezelbash E., Hossein Mohammadi M., Shorafa M. Investigation of Soil Mechanical Resistance Threshold Values for Two Wheat Cultivars in a Loamy Sand Soil // J. of Soil Science and Plant Nutrition, 2022, v. 22, pp. 1–12.
[9] Schjønninga P., Lamandéa M., Munkholma L.J., Lyngvigb H.S., Nielsenb J.Aa. Soil precompression stress, penetration resistance and crop yields in relation to differently-trafficked, temperate-region sandy loam soils // Soil and Tillage Research, 2016, v. 163, pp. 298–308.
[10] Totsche K.U., Amelung W., Gerzabek M.H., Guggenberger G., Klumpp E., Knief C., Lehndorff E., Mikutta R. Peth S., Prechtel A., Ray N., Kögel-Knabner I. Microaggregates in soils // J. of Plant Nutrition and Soil Science, 2018, v. 181, no. 1, pp. 104–136.
[11] Verchot L.V., Dutaur L., Shepherd K.D., Albrecht A. Organic matter stabilization in soil aggregates: Understanding the biogeochemical mechanisms that determine the fate of carbon inputs in soils // Geoderma, 2011, v. 161(3–4), pp. 182–193.
[12] García-González I., Quemada M., Gabriel J.L., Alonso-Ayuso M., Hontoria C. Legacy of eight year cover cropping on mycorrhizae, soil, and plants // J. of Plant Nutrition and Soil Science, 2018, v. 181, no. 6, pp. 818–826.
[13] Lucas M., Schlüter S., Vogel H.J., Vetterlein D. Soil structure formation along an agricultural chronosequence // Geoderma, 2019, v. 350, pp. 61–72.
[14] Rowley M.C., Grand S., Verrecchia É.P. Calcium-mediated stabilisation of soil organic carbon // Biogeochemistry, 2018, v. 137, no. 1–2, pp. 27–49.
[15] Song R., Liu L., ChunSheng W., LiYan M. Effect of soybean root exudates on soil aggregate size and stability // J. of Northeast Forestry University, 2009, v. 37, no. 7, pp. 84–86.
[16] Naveed M., Brown L.K., Raffan A.C., George T.S., Bengough A.G., Roose T., Sinclair I., Koebernick N., Cooper L., Hackett C.A., Hallett P.D. Plant exudates may stabilize or weaken soil depending on species, origin and time // European J. of Soil Science, 2017, v. 68, no. 6, pp. 806–816.
[17] Vogelmann E.S., Reichert J.M., Prevedello J., Awe G.O., Mataix-Solera J. Can occurrence of soil hydrophobicity promote the increase of aggregates stability? // Catena, 2013, v. 110, pp. 24–31.
[18] Милановский Е.Ю. Гумусовые вещества почв как природные гидрофобно-гидрофильные соединения. М.: ГЕОС, 2009. 186 с.
[19] Шеин Е.В., Милановский Е.Ю. Роль и значение органического вещества в образовании и устойчивости почвенных агрегатов // Почвоведение, 2003. № 1. С. 3–61.
[20] Федотов Г.Н., Добровольский Г.В. Возможные пути формирования наноструктуры в почвенных гелях // Почвоведение, 2012. № 8. С. 908–920.
[21] Шинкарев А.А., Мельников Л.В., Зайнуллин Т.Е. Природа водопрочности агрегатов гумусовых горизонтов темно-серой лесной почвы // Почвоведение, 1999. № 3. С. 348–353.
[22] Шинкарев А.А., Перепелкина Е.Б. Содержание и состав гумусовых веществ в водопрочных агрегатах темно-серой лесной почвы // Почвоведение, 1997. № 2. С. 165–172.
[23] Когут Б.М. Трансформация гумусового состояния черноземов при их сельскохозяйственном использовании // Почвоведение, 1998. № 7. С. 794–802.
[24] Когут Б.М. Принципы и методы оценки содержания трансформируемого органического вещества в пахотных почвах // Почвоведение, 2003. № 3. С. 308–316.
[25] Осипов В.И. Физико-химическая теория эффективных напряжений в грунтах // Грунтоведение, 2013. № 2. C. 3–34.
[26] Ушкова Д.А, Конкина У.А., Горепекин И.В., Потапов Д.И., Шеин Е.В., Федотов Г.Н. Устойчивость агрегатов пахотных почв: экспериментальное определение и нормативная характеристик // Почвоведение, 2023. № 2. C. 203–210.
[27] Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.
[28] Dexter A.R., Horn R., Kemper W. Two mechanisms of age hardening // J. Soil Sci., 1988, v. 39, pp. 163–175.
[29] Виноградова О.И. Особенности гидродинамического и равновесного взаимодействия гидрофобных поверхностей: дис. ... д-ра физ.-мат. наук. М., 2000. 175 с.
[30] Дерягин Б.В., Чураев Н.В. Смачивающие пленки. М.: Наука, 1984. 159 с.
Сведения об авторах
Ушкова Дарья Александровна — студентка факультета почвоведения, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»
Горепекин Иван Владимирович — аспирант факультета почвоведения, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова», decembrist96@yandex.ru
Федотов Геннадий Николаевич — д-р биол. наук, вед. науч. сотр. факультета почвоведения МГУ, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова», gennadiy.fedotov@gmail.com
Батырев Юрий Павлович — канд. техн. наук, доцент ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (Мытищинский филиал), batyrev@mgul.ac.ru
CLARIFICATION OF CONSEPTS ABOUT SOIL WATER STABILITY MECHANISM
D.A. Ushkova1, I.V. Gorepekin1, G.N. Fedotov1, Yu.P. Batyrev2
1M.V. Lomonosov Moscow State University, Faculty of Soil Science, GSP-1, 1, p. 12, Leninskie Gory, 119991, Moscow, Russia
2BMSTU (Mytishchi branch), 1, 1st Institutskaya st., 141005, Mytishchi, Moscow reg., Russia
gennadiy.fedotov@gmail.com
The aggregate composition of soils and the water stability of aggregates are related to soil organic matter, its quantity and quality, but so far there is no satisfactory hypothesis explaining the mechanisms of this relationship. The purpose of the work is to verify the significance of the wedging water pressure influence on soil water stability and clarify ideas about the mechanism of this phenomenon. The assessment of soil water stability was carried out by the author's method of blades. The conducted verification showed that its correlation with the Savvinov wet sieving method carried out on 17 soil samples exceeds 85 %. During the experiments, it was found that when the units come into contact with water, their water stability decreases exponentially. The decrease in water stability in contact with water is usually explained by the wedging water pressure. Our experiments on replacing water with salt solutions during capillary humidification of aggregates did not confirm this theory. Therefore, using a scanning electron microscope, we tested the solution obtained after capillary contact of the aggregates with water. It was found that during capillary contact of aggregates with water, a labile part of humic substances is released there. Thus, the water stability of soil samples in contact with water is reduced due to the release of HS and a decrease in the number of structure-forming bonds in the aggregate.
Keywords: water stability and organic matter of the soil, wedging water pressure, temperature effect on water stability, diphilicity of soil organic matter
Suggested citation: Ushkova D.A., Gorepekin I.V., Fedotov G.N., Batyrev Yu.P. Utochnenie predstavleniy o mekhanizme vodoustoychivosti pochv [Clarification of consepts about soil water stability mechanism]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2024, vol. 28, no. 3, pp. 78–86. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-78-86
References
[1] Lamichhane J.R., Debaeke P., Steinberg C., You M.P., Barbetti M.J., Aubertot J.N. Abiotic and biotic factors affecting crop seed germination and seedling emergence: a conceptual framework. Plant and soil, 2018, v. 432, pp. 1–28.
[2] Haydu-Houdeshella C-A., Grahamb R.C., Hendrixc P.F.,Petersonc A.C. Soil aggregate stability under chaparral species in southern California. Geoderma, 2018, v. 320, pp. 201–208.
[3] Mao J., Nierop K.G.J., Dekker S.C., Dekker L.W., Chen B. Understanding the mechanisms of soil water repellency from nanoscale to ecosystem scale: a review. J. of Soils and Sediments, 2019, v. 19, pp. 171–185.
[4] Ivanova O.I., Burakov D.A. Eroziya pochv [Soil erosion]. Krasnoyarsk: Krasnoyarskiy gosudarstvenniy agrarniy universitet, 2020, 103 p.
[5] Rychkova M. I. Vodoprochnost’ pochvy i urozhajnost’ ozimoy pshenicy v zavisimosti ot sposoba osnovnoy obrabotki i predshestvennika na erozionno-opasnom sklone [Soil water stability and yield of winter wheat depending on the method of main processing and the predecessor on the erosion-hazardous slope]. Zhivye i biokosnye sistemy, 2020, no. 31. Available at: https://jbks.ru/archive/issue-31/article-4 (accessed 15.02.2023).
[6] Vershinin P.V. Pochvennaya struktura i usloviya ee formirovaniya [Soil structure and conditions of its formation]. Moscow: Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR, 1958, 188 p.
[7] Nikolayeva E.I. Ustoychivost’ pochvennykh agregatov k vodnym i mekhanicheskim vozdeystviyam [Resistance of soil aggregates to water and mechanical influences]. Diss. Cand. Sci. (Biol.), MSU. Moscow, 2016, 104 p.
[8] Ghezelbash E., Hossein Mohammadi M., Shorafa M. Investigation of Soil Mechanical Resistance Threshold Values for Two Wheat Cultivars in a Loamy Sand Soil. J. of Soil Science and Plant Nutrition, 2022, pp. 1–12.
[9] Schjønninga P., Lamandéa M., Munkholma L.J., Lyngvigb H.S., Nielsenb J.Aa. Soil precompression stress, penetration resistance and crop yields in relation to differently-trafficked, temperate-region sandy loam soils. Soil and Tillage Research, 2016, v. 163, pp. 298–308.
[10] Totsche K.U., Amelung W., Gerzabek M.H., Guggenberger G., Klumpp E., Knief C., Lehndorff E., Mikutta R. Peth S., Prechtel A., Ray N., Kögel-Knabner I. Microaggregates in soils. J. of Plant Nutrition and Soil Science, 2018, v. 181, no. 1, pp. 104–136.
[11] Verchot L.V., Dutaur L., Shepherd K.D., Albrecht A. Organic matter stabilization in soil aggregates: Understanding the biogeochemical mechanisms that determine the fate of carbon inputs in soils. Geoderma, 2011, v. 161(3–4), pp. 182–193.
[12] García-González I., Quemada M., Gabriel J.L., Alonso-Ayuso M., Hontoria C. Legacy of eight year cover cropping on mycorrhizae, soil, and plants. J. of Plant Nutrition and Soil Science, 2018, v. 181, no. 6, pp. 818–826.
[13] Lucas M., Schlüter S., Vogel H.J., Vetterlein D. Soil structure formation along an agricultural chronosequence. Geoderma, 2019, v. 350, pp. 61–72.
[14] Rowley M.C., Grand S., Verrecchia É.P. Calcium-mediated stabilisation of soil organic carbon. Biogeochemistry, 2018, v. 137, no. 1–2, pp. 27–49.
[15] Song R., Liu L., ChunSheng W., LiYan M. Effect of soybean root exudates on soil aggregate size and stability. J. of Northeast Forestry University, 2009, v. 37, no. 7, pp. 84–86.
[16] Naveed M., Brown L.K., Raffan A.C., George T.S., Bengough A.G., Roose T., Sinclair I., Koebernick N., Cooper L., Hackett C.A., Hallett P.D. Plant exudates may stabilize or weaken soil depending on species, origin and time. European J. of Soil Science, 2017, v. 68, no. 6, pp. 806–816.
[17] Vogelmann E.S., Reichert J.M., Prevedello J., Awe G.O., Mataix-Solera J. Can occurrence of soil hydrophobicity promote the increase of aggregates stability? Catena, 2013, v. 110, pp. 24–31.
[18] Milanovskiy E.Yu. Gumusovye veshchestva pochv kak prirodnye gidrofobno-gidrofil’nye soedineniya [Humus substances of soils as natural hydrophobic-hydrophilic compounds]. Moscow: GEOS, 2009, 186 p.
[19] Shein E.V., Milanovskiy E.Yu. Rol’ i znachenie organicheskogo veshchestva v obrazovanii i ustoychivosti pochvennykh agregatov [The role and significance of organic matter in the formation and stability of soil aggregates]. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 2003, no. 1, pp. 3–61.
[20] Fedotov G.N., Dobrovol’skiy G.V. Vozmozhnye puti formirovaniya nanostruktury v pochvennykh gelyakh [Possible ways of nanostructure formation in soil gels]. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 2012, no. 8, pp. 908–920.
[21] Shinkarev A.A., Mel’nikov L.V., Zaynullin T.E. Priroda vodoprochnosti agregatov gumusovykh gorizontov temno-seroy lesnoy pochvy [The nature of water resistance of aggregates of humus horizons in dark gray forest soil]. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 1999, no. 3, pp. 348–353.
[22] Shinkarev A.A., Perepelkina E.B. Soderzhanie i sostav gumusovykh veshchestv v vodoprochnykh agregatakh temno-seroy lesnoy pochvy [The content and composition of humic substances in water-stable aggregates of dark gray forest soil]. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 1997, no. 2, pp. 165–172.
[23] Kogut B.M. Transformatsiya gumusovogo sostoyaniya chernozemov pri ikh sel’skokhozyaystvennom ispol’zovanii [Transformation of the humus state of chernozems during their agricultural use]. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 1998, no. 7, pp. 794–802.
[24] Kogut B.M. Printsipy i metody otsenki soderzhaniya transformiruemogo organicheskogo veshchestva v pakhotnykh pochvakh [Principles and methods for assessing the content of transformed organic matter in arable soils]. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 2003, no. 3, pp. 308–316.
[25] Osipov V.I. Fiziko-khimicheskaya teoriya effektivnykh napryazheniy v gruntakh [Physico-chemical theory of effective stresses in soils]. Gruntovedenie [Ground Science], 2013, no. 2, pp. 3–34.
[26] Ushkova D.A, Konkina U.A., Gorepekin I.V., Potapov D.I., Shein E.V., Fedotov G.N. Ustoychivost’ agregatov pakhotnykh pochv: eksperimental’noe opredelenie i normativnaya kharakteristik [Stability of aggregates of arable soils: experimental determination and normative characteristics]. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 2023, v. 56, no. 2, pp. 203–210.
[27] Vadyunina A.F., Korchagina Z.A. Metody issledovaniya fizicheskikh svoystv pochv [Methods for studying the physical properties of soils]. Moscow: Agropromizdat, 1986, 416 p.
[28] Dexter A.R., Horn R., Kemper W. Two mechanisms of age hardening. J. Soil Sci., 1988, v. 39, pp. 163–175.
[29] Vinogradova O.I. Osobennosti gidrodinamicheskogo i ravnovesnogo vzaimodeystviya gidrofobnykh poverkhnostey [Features of hydrodynamic and equilibrium interaction of hydrophobic surfaces]. Diss. Dr. Sci. (Phys.-Math.). Moscow. 2000, 175 p.
[30] Deryagin B.V., Churaev N.V. Smachivayushchie plenki [Wetting films]. Nauka [Science], 1984, 159 p.
Author’s information
Ushkova Dar’ya Aleksandrovna — student of the Faculty of Soil Science of the Lomonosov Moscow State University
Gorepekin Ivan Vladimirovich — pg. of the Faculty of Soil Science of the Lomonosov Moscow State University, decembrist96@yandex.ru
Fedotov Gennadiy Nikolaevich — Dr. Sci. (Biol.), Senior Researcher of the Faculty of Soil Science of the Lomonosov Moscow State University, gennadiy.fedotov@gmail.com
Batyrev Yuriy Pavlovich — Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor of the BMSTU (Mytishchi branch), batyrev@mgul.ac.ru
|
9
|
ГОРОДСКИЕ ЛЕСА МОСКВЫ В СВЕТЕ ИЗМЕНЕНИЙ ЛЕСНОГО КОДЕКСА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 2023 ГОДА
|
87-95
|
|
УДК 630.9
DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-87-95
EDN: RMMZYC
Шифр ВАК 4.1.6
Е.И. Майорова, В.Д. Шершнева
ФГБОУ ВО «Государственный университет управления», Россия, 109542, Москва, Рязанский проспект, д. 99
trol003@mail.ru
Городские леса имеют определяющее значение для экологии и состояния здоровья горожан. Однако в настоящее время их существование в крупных городах находится под угрозой. Одна из ключевых причин этого — несовершенства Лесного кодекса Российской Федерации. Принятие нового Кодекса, который учитывал бы интересы сохранения городских лесов и их экологической ценности, действительно могло бы стать важным шагом и в направлении устойчивого развития городов. Однако пока пробелы закрываются внесением изменений в действующее законодательство. Проанализированы последствия усиления антропогенного воздействие на городские леса Москвы, влекущие ухудшение экологического состояния лесных насаждений, в связи с принятием поправок в Лесной кодекс РФ. Нововведения касаются органов государственной регистрации недвижимости, а также охраны окружающей благоустройства лесных территорий и строительства на них. От степени сохранности городских лесов зависит комфортность городской среды. На первый план выходит создание рекреационной инфраструктуры, а не сохранения экологического значения леса. Подготовка подзаконными нормативными актами дополнений к ст. 21 ФЗ № 301 от 04.08.2023 позволит несколько снизить негативное влияние хозяйственного освоения городских лесов. Исследование и анализ последствий изменений в Лесном кодексе Российской Федерации для городских лесов, помогли выявить уязвимые места и предложить решения для сохранения и улучшения состояния лесных территорий, что отражено в предложенных авторами рекомендациях по внедрению улучшений в систему управления городскими лесами. Поскольку соответствующими службами перечень московских городских лесов не представлен, авторы составили собственный оригинальный упорядоченный список с указанием их статуса и адресов расположения, что позволит более точно определить общую картину состояния лесных территорий в городе.
Ключевые слова: городской лес, экосистема, лесное законодательство, рекреация, капитальное строительство, Лесной кодекс Российской Федерации, правовой режим
Ссылка для цитирования: Майорова Е.И., Шершнева В.Д. Городские леса Москвы в свете изменений Лесного кодекса Российской Федерации 2023 года // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2024. Т. 28. № 3. С. 87–95. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-87-95
Список литературы
[1] Бруз В.В. Тенденции урбанизации и проблемы управления современным мегаполисом // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Экономика, 2020. № 4. С. 26–38.
[2] Манаева И.В. Урбанизация и экономическое развитие в регионах России // Экономический анализ: теория и практика, 2017. Т. 16. № 9. С. 1635–1663.
[3] Балабейкина О.А., Файбусович Э.Л. Уровень урбанизированности террритории Российской Федерации: региональный разрез // Географический вестник / Geographical Bulletin, 2018. С. 72–82.
[4] Петров Б.А., Сенников И.С. Исследование по оценке влияния экологических факторов городской среды на здоровье населения // Фундаментальные исследования, 2014. № 7. С. 349–352.
[5] Потапов И.И., Карцева Е.В., Корешкова С.В., Щетинина И.А. Экологические проблемы и здоровье России // Экономика природопользования, 2016. С. 15–34.
[6] Мартыненко В.Б., Миркин Б.М., Широких П.С. Лесные экосистемы и урбанизация // Лесоведение, 2009. № 3. С. 77–78.
[7] Создание общего будущего для жизни на Земле. URL:http://ru.china-embassy.gov.cn/rus/zgxw/202110/t20211015_9547124.htm (дата обращения: 20.11.2023).
[8] Данченко А.М., Данченко М.А., Мясников А.Г. Современное состояние городских лесов и их использование (на примере г. Томска) // Вестник Томского государственного университета. Биология, 2010. № 4 (12). С. 90–104.
[9] Федеральный закон от 04.12.2006 N 200-ФЗ «Лесной кодекс Российской Федерации» (ред. от 04.08.2023). URL: https://www.consultant.ru/document/ cons_doc_LAW_64299/ (дата обращения 22.11.2023).
[10] Проект федерального закона № 72794-8 «Лесной кодекс Российской Федерации». Внесен на рассмотрение в Государственную Думу Российской Федерации 16.02.2022. URL: https://sozd.duma.gov.ru/bill/72794-8 (дата обращения 22.11.2023).
[11] Моисеев Н.А. О концепции современного лесоустройства в России // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии, 2017. № 219. С. 58–73.
[12] Соколов В.А. Проблемы лесоустройства в России // Сибирский лесной журнал, 2021. № 1. С. 3–12.
[13] Федеральный закон от 02.07.2021 г. № 301-ФЗ «О внесении изменений в Лесной кодекс Российской Федерации и отдельные законодательные акты Российской Федерации». URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_388987/ (дата обращения 22.11.2023).
[14] Полякова Г.А., Гутников В.А. Парки Москвы: экология и флористическая характеристика. М.: ГЕОС, 2000. 406 с.
[15] Лоскутов С.Р., Шапченкова О.А., Ведрова Э.Ф., Анискина А.А., Мухортова Л.В. Гигроскопические свойства подстилки хвойных и лиственных насаждений Средней Сибири // Сибирский экологический журнал, 2013. Т. 20. № 5. С. 695–702.
[16] Попова И.В., Бурак Е.Э., Воробьева Ю.А. Оценка роли зеленых насаждений в формировании комфортных микроклиматических условий в летний период // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. Серия: Естественные и медицинские науки, 2019. № 2. С. 47–55.
[17] Майорова Е.И., Мышко Ф.Г., Шагиева Р.В. Правовые и организационные особенности цифровой трансформации управления при обеспечении экологически устойчивого развития Москвы // Studies in Systems, Decision and Control. Springer International Publishing Ag, Gewerbestrasse 11, Cham, Switzerland, CH-6330. 1798 с.
[18] Рекомендации по организации и ведению хозяйства в лесах рекреационного назначения. Одобрены ученым советом института «Союзгипролесхоз» 21 декабря 1985 года. URL: https://docs.cntd.ru/document/9032037 (дата обращения 22.11.2023).
[19] Приказ Министерства природных ресурсов Российской Федерации от 24 апреля 2007 г. № 108 «Об утверждении Правил использования лесов для осуществления рекреационной деятельности». URL: https://docs.cntd.ru/document/902042537 (дата обращения 22.11.2023).
[20] Борисочкина Т.И., Когут Б.М., Хаматнуров Ш.А. Эколого-геохимическое состояние почв и грунтов зеленых насаждений Москвы (аналитический обзор) // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева, 2021. № 109. С. 129–164.
[21] Федеральный закон «О контрактной системе в сфере закупок товаров, работ, услуг для обеспечения государственных и муниципальных нужд» от 05.04.2013 № 44-ФЗ. URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_144624/ (дата обращения 22.11.2023).
[22] Приказ Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации от 12.08.2021 № 558 «Об утверждении Особенностей использования, охраны, защиты, воспроизводства лесов, расположенных на особо охраняемых природных территориях» (зарегистрирован 17.11.2021 № 65869). URL: https://docs.cntd.ru/document/608934721 (дата обращения 22.11.2023).
[23] Приказ Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации от 16 июля 2007 г. № 181 «Об утверждении Особенностей использования, охраны, защиты, воспроизводства лесов, расположенных на особо охраняемых природных территориях». URL: https://docs.cntd.ru/document/902055496 (дата обращения 22.11.2023).
[24] Приказ Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации от от 12 марта 2008 г. № 54 «О внесении изменений в Особенности использования, охраны, защиты, воспроизводства лесов, расположенных на особо охраняемых природных территориях». URL: https://docs.cntd.ru/document/902093137 (дата обращения 22.11.2023).
[25] Федеральный закон от 04.08.2023 № 486-ФЗ «О внесении изменений в Лесной кодекс Российской Федерации и статью 98 Земельного кодекса Российской Федерации». URL: https://docs.cntd.ru/document/1302361138 (дата обращения 22.11.2023).
[26] Иванова Т.Н. Благоустройство городской среды как значимый фактор повышения качества жизни г.о. Тольятти // Концепт, 2016. Т. 38. С. 62–69.
[27] Перевод апартаментов в жилой фонд // Law-divorce. URL: https://law-divorce.org/perevod-apartamentov-v-zhiloj-fond/ (дата обращения 19.11.2023).
[28] Гусев Е.В., Мухаметзянов З.Р. Среда как предпосылка взаимодействия работ при строительстве объекта // Вестник гражданских инженеров, 2012. № 2 (3). С. 138–142.
[29] Проект федерального закона № 793310-7 «О внесении изменений в Лесной кодекс Российской Федерации и отдельные законодательные акты Российской Федерации». Внесен на рассмотрение в Государственную Думу Российской Федерации 13.09.2019. URL: https://sozd.duma.gov.ru/bill/793310-7 (дата обращения 22.11.2023).
[30] Ткаченко М.Е. Общее лесоводство. М.: Государственное лесотехническое издательство, 1955. 600 с.
[31] Липка О.Н., Корзухин М.Д., Замолодчиков Д.Г., Добролюбов Н.Ю., Крыленко С.В., Богданович А.Ю., Семенов С.М. Роль лесов в адаптации природных систем к изменениям климата // Лесоведение, 2021. № 5. С. 531–546.
[32] Морозов Г.Ф. Учение о типах насаждений / под ред. В.В. Гумана. М.: Юрайт, 2021. 371 с.
[33] Логинов А.А., Лыков И.Н., Васильева М.А. Укрупненная оценка стоимости экосистемных услуг леса // Проблемы региональной экологии, 2018. № 3. С. 120–124.
[34] Тэнсли А.Г. Использование и злоупотребление терминами и концепциями растительного происхождения // Экология, 1935. С. 284.
[35] Сукачев В.Н. Идея развития в фитоценологии // Советская ботаника, 1942. № 1–3. С. 5–17.
[36] Тараканов А.М., Сурина Е.А., Сеньков А.О. Лесохозяйственные мероприятия по адаптации растительности к изменению климата // Актуальные проблемы лесного комплекса, 2017. № 47. С. 67–71.
[37] Майорова Е.И. Экология и экологическое законодательство Москвы. М.: МГУЛ, 2010. 362 с.
[38] Майорова Е.И., Равчеева В.О., Савкина А.О., Шершнева В.Д. Правовые и социальные аспекты использования городских лесов Москвы // Advances in Law Studies, 2023. № 4. С. 41–45.
Сведения об авторах
Майорова Елена Ивановна — д-р. юр. наук, профессор, ФГБОУ ВО «Государственный университет управления», trol003@mail.ru
Шершнева Виктория Денисовна — студент 3 курса, ФГБОУ ВО «Государственный университет управления», sv4812@mail.ru
MOSCOW URBAN FORESTS IN VIEW OF RUSSIAN FEDERATION FORESTRY CODE CHANGES IN 2023
E.I. Mayorova, V.D. Shershneva
State University of Managment, 99, Ryazansky av., 109542, Moscow, Russia
trol003@mail.ru
The purpose of the work is to analyze the legal and actual state of Moscow urban forests as a result of changes in forest legislation. The relevance of the work lies in the need for an overdue review of innovations in the Forestry Code, which are relevant in connection with the need to improve legislation in the field of forestry and forest protection. The importance of forests for the ecology, economy and social sphere requires the development of effective mechanisms and tools for managing forest resources, as well as protecting them from illegal logging and other forms of negative impact. The materials of the study, which are the basis, include the works of classics of forestry, ecology and environmental law, data from the analysis of recent legislative acts in the field of urban forests exploitation. The novelty of the research lies in the analysis of the latest changes made to the Forestry Code of the Russian Federation in August 2023. In the course of the research, the dialectical method, methods of analysis and synthesis, the unity of historical and logical, scientific abstraction, a systematic approach and others have been widely used, which have proven effeciency in understanding environmental issues. The amendments to the Forest Code are aimed at strengthening the legal framework for the sustainable use of forest resources, improving the efficiency of forestry, protecting forests and preserving their area. The results of the study were conclusions about the need to prevent the impact of negative factors, the allocation of areas protected from exposure, and the importance of monitoring the state of forests was also indicated.
Keywords: urban forest, forest legislation, recreation, capital construction, Forest Code of the Russian Federation, legal regime
Suggested citation: Mayorova E.I., Shershneva V.D. Gorodskie lesa Moskvy v svete izmeneniy Lesnogo kodeksa Rossiyskoy Federatsii 2023 goda [Moscow urban forests in view of Russian Federation Forestry Code changes in 2023]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2024, vol. 28, no. 3, pp. 87–95. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-87-95
References
[1] Bruz V.V. Tendentsii urbanizatsii i problemy upravleniya sovremennym megapolisom [Trends of urbanization and problems of modern megalopolis management]. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo oblastnogo universiteta. Seriya: Ekonomika [Bulletin of the Moscow State Regional University. Series: Economics], 2020, no. 4, pp. 26–38.
[2] Manaeva I.V. Urbanizatsiya i ekonomicheskoe razvitie v regionakh Rossii [Urbanization and economic development in the regions of Russia] Ekonomicheskiy analiz:teoriya i praktika [Economic analysis:theory and practice], 2017, v. 16, no. 9, pp. 1635–1663.
[3] Balabeikina O.A., Faibusovich E.L. Uroven’ urbanizirovannosti terrritorii Rossiyskoy Federatsii: regional’nyy razrez [The level of urbanization of the territory of the Russian Federation: a regional section]. Geograficheskiy vestnik [Geographical Bulletin], 2018, pp. 72–82.
[4] Petrov B.A., Sennikov I.S. Issledovanie po otsenke vliyaniya ekologicheskikh faktorov gorodskoy sredy na zdorov’e naseleniya [A study to assess the impact of environmental factors of the urban environment on public health]. Fundamental’nye issledovaniya [Fundamental Research], 2014, no. 7, pp. 349–352.
[5] Potapov I.I., Kartseva E.V., Koreshkova S.V., Shchetinina I.A. Ekologicheskie problemy i zdorov’e Rossii [Environmental problems and health of Russia]. Ekonomika prirodopol’zovaniya [Economics of environmental management], 2016, pp. 15–34.
[6] Martynenko V.B., Mirkin B.M., Shirokikh P.S. Lesnye ekosistemy i urbanizatsiya [Forest ecosystems and urbanization]. Lesovedenie [Forestry], 2009, no. 3, pp. 77–78.
[7] Sozdanie obshchego budushchego dlya zhizni na Zemle [Creating a common future for life on Earth]. Posol’stvo KNR v RF [Embassy of the People’s Republic of China in the Russian Federation]. Available at: http://ru.china-embassy.gov.cn/rus/zgxw/202110/t20211015_9547124.htm (accessed 20.11.2023).
[8] Danchenko A.M., Danchenko M. A., Myasnikov A. G. Sovremennoe sostoyanie gorodskikh lesov i ikh ispol’zovanie (na primere g. Tomska) [The current state of urban forests and their use (on the example of Tomsk)]. Vestnik Tomskogo gos. un-ta. Biologiya [Bulletin of the Tomsk State University. Biology], 2010, № 4 (12), pp. 90–104.
[9] Federal’nyy zakon ot 04.12.2006 N 200-FZ «Lesnoy kodeks Rossiyskoy Federatsii» (red. ot 04.08.2023) [Federal Law of December 4, 2006 № 200-FZ «Forest Code of the Russian Federation» (as amended on August 4, 2023)]. Available at: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_64299/ (accessed 22.11.2023).
[10] Proekt federal’nogo zakona № 72794-8 «Lesnoy kodeks Rossiyskoy Federatsii». Vnesen na rassmotrenie v Gosudarstvennuyu Dumu Rossiyskoy Federatsii 16.02.2022 [Draft Federal Law No. 72794-8 «Forest Code of the Russian Federation». Submitted to the State Duma on February 16, 2022]. Available at: https://sozd.duma.gov.ru/bill/72794-8 (accessed 22.11.2023).
[11] Moiseev N.A. O kontseptsii sovremennogo lesoustroystva v Rossii [On the concept of modern forest management in Russia] Izvestiya Sankt-Peterburgskoy lesotekhnicheskoy akademii [Izvestiya St. Petersburg Forestry Academy], 2017, v. 219, pp. 58–73.
[12] Sokolov V.A. Problemy lesoustroystva v Rossii [Problems of forest management in Russia]. Sibirskiy lesnoy zhurnal [Siberian Forest Journal], 2021, no. 1, pp. 3–12.
[13] Federal’nyy zakon ot 02.07.2021 g. № 301-FZ «O vnesenii izmeneniy v Lesnoy kodeks Rossiyskoy Federatsii i otdel’nye zakonodatel’nye akty Rossiyskoy Federatsii» [Federal Law No. 301-FZ dated July 2, 2021 «On Amendments to the Forest Code of the Russian Federation and Certain Legislative Acts of the Russian Federation»]. Available at: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_388987/ (accessed 22.11.2023).
[14] Polyakova G.A., Gutnikov V.A. Parki Moskvy: ekologiya i floristicheskaya kharakteristika [Parks of Moscow: ecology and floristic characteristics]. Moscow: Geos, 2000, p. 406.
[15] Loskutov S.R., Shapchenkova O.A., Vedrova E.F., Aniskina A.A., Mukhortova L.V. Gigroskopicheskie svoystva podstilki khvoynykh i listvennykh nasazhdeniy Sredney Sibiri [Hygroscopic properties of the litter of coniferous and deciduous plantations in Central Siberia]. Sibirskiy ekologicheskiy zhurnal [Siberian Ecological Journal], 2013, v. 20, no. 5, pp. 695–702.
[16] Popova I.V., Burak E.E., Vorobyova Yu.A. Otsenka roli zelenykh nasazhdeniy v formirovanii komfortnykh mikroklimaticheskikh usloviy v letniy period [Assessment of the role of green spaces in the formation of comfortable microclimatic conditions in the summer period]. Vestnik Baltiyskogo federal’nogo universiteta im. I. Kanta. Seriya: Estestvennye i meditsinskie nauki [Bulletin of the Baltic Federal University named after I. Kant. Series: Natural and Medical Sciences], 2019, no. 2, pp. 47–55.
[17] Mayorova E.I., Myshko F.G., Shagieva R.V. Pravovye i organizatsionnye osobennosti tsifrovoy transformatsii upravleniya pri obespechenii ekologicheski ustoychivogo razvitiya Moskvy [Legal and organizational features of digital management transformation in ensuring environmentally sustainable development of Moscow]. Sotsial’no-ekonomicheskiye sistemy: paradigmy budushchego: «Issledovaniya sistem, resheniy i kontrolya» [Socio-Economic Systems: Paradigms for the Future: «Studies in Systems, Decision and Control»]. Studies in Systems, Decision and Control. Springer International Publishing Ag, Gewerbestrasse 11, Cham, Switzerland, CH-6330, 1798 p.
[18] Rekomendatsii po organizatsii i vedeniyu khozyaystva v lesakh rekreatsionnogo naznacheniya. Odobreny uchenym sovetom instituta «Soyuzgiproleskhoz» 21 dekabrya 1985 goda [Recommendations for organizing and managing forests for recreational purposes. Approved by the Scientific Council of the Soyuzgiproleskhoz Institute on December 21, 1985]. Available at: https://docs.cntd.ru/document/9032037 (accessed 22.11.2023).
[19] Prikaz Ministerstva prirodnykh resursov Rossiyskoy Federatsii ot 24 aprelya 2007 g. № 108 «Ob utverzhdenii Pravil ispol’zovaniya lesov dlya osushchestvleniya rekreatsionnoy deyatel’nosti» [Order of the Ministry of Natural Resources of the Russian Federation dated April 24, 2007 No. 108 «On approval of the Rules for the use of forests for recreational activities»]. Available at: https://docs.cntd.ru/document/902042537 (accessed 22.11.2023).
[20] Borisochkina T.I., Kogut B.M., Khamatnurov Sh.A. Ekologo-geokhimicheskoe sostoyanie pochv i gruntov zelenykh nasazhdeniy Moskvy (analiticheskiy obzor) [Ecological and geochemical state of soils and soils of green spaces in Moscow (analytical review)]. Byulleten' Pochvennogo instituta im. V.V. Dokuchaeva [Bulletin of the Soil Institute named after V.V. Dokuchaeva], 2021, no. 109, pp. 129–164.
[21] Federal’nyy zakon «O kontraktnoy sisteme v sfere zakupok tovarov, rabot, uslug dlya obespecheniya gosudarstvennykh i munitsipal’nykh nuzhd» ot 05.04.2013 № 44-FZ [Federal Law «On the contract system in the field of procurement of goods, works, services to meet state and municipal needs» dated May 04, 2013, no. 44-FZ]. Available at: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_144624/ (accessed 22.11.2023).
[22] Prikaz Ministerstva prirodnykh resursov i ekologii Rossiyskoy Federatsii ot 12.08.2021 № 558 «Ob utverzhdenii Osobennostey ispol’zovaniya, okhrany, zashchity, vosproizvodstva lesov, raspolozhennykh na osobo okhranyaemykh prirodnykh territoriyakh» (zaregistrirovan 17.11.2021 № 65869) [Order of the Ministry of Natural Resources and Ecology of the Russian Federation dated August 12, 2021, no. 558 «On approval of the Peculiarities of the use, conservation, defense, and reproduction of forests located in specially protected natural areas» (Registered November 17, 2021, no. 65869)]. Available at: https://docs.cntd.ru/document/608934721 (accessed 22.11.2023).
[23] Prikaz Ministerstva prirodnykh resursov i ekologii Rossiyskoy Federatsii ot 16 iyulya 2007 g. № 181 «Ob utverzhdenii Osobennostey ispol’zovaniya, okhrany, zashchity, vosproizvodstva lesov, raspolozhennykh na osobo okhranyaemykh prirodnykh territoriyakh» [Order of the Ministry of Natural Resources and Ecology of the Russian Federation dated July 16, 2007, no. 181 «On approval of the Peculiarities of the use, conservation, protection, and reproduction of forests located in specially protected natural areas»]. Available at: https://docs.cntd.ru/document/902055496 (accessed 22.11.2023).
[24] Prikaz Ministerstva prirodnykh resursov i ekologii Rossiyskoy Federatsii ot ot 12 marta 2008 g. № 54 «O vnesenii izmeneniy v Osobennosti ispol’zovaniya, okhrany, zashchity, vosproizvodstva lesov, raspolozhennykh na osobo okhranyaemykh prirodnykh territoriyakh» [Order of the Ministry of Natural Resources and Ecology of the Russian Federation dated March 12, 2008, no. 54 «On amendments to the Peculiarities of the use, conservation, protection, and reproduction of forests located in specially protected natural areas»]. Available at: https://docs.cntd.ru/document/902093137 (accessed 22.11.2023).
[25] Federal’nyy zakon ot 04.08.2023 № 486-FZ «O vnesenii izmeneniy v Lesnoy kodeks Rossiyskoy Federatsii i stat’yu 98 Zemel’nogo kodeksa Rossiyskoy Federatsii» [Federal Law of August 4, 2023, no. 486-FZ «On Amendments to the Forest Code of the Russian Federation and Article 98 of the Land Code of the Russian Federation»]. Available at: https://docs.cntd.ru/document/1302361138 (accessed 22.11.2023).
[26] Ivanova T.N. Blagoustroystvo gorodskoy sredy kak znachimyy faktor povysheniya kachestva zhizni g.o. Tol’yatti [Improvement of the urban environment as a significant factor in improving the quality of life in Tolyatti]. Kontsept [Concept], 2016, v. 38, pp. 62–69.
[27] Perevod apartamentov v zhiloy fond [Transfer of apartments to the housing stock]. Law-divorce. Available at: https://law-divorce.org/perevod-apartamentov-v-zhiloj-fond / (accessed 19.11.2023).
[28] Gusev E.V., Mukhametzyanov Z.R. Sreda kak predposylka vzaimodeystviya rabot pri stroitel’stve ob’ekta [The environment as a prerequisite for the interaction of works during the construction of an object]. Vestnik grazhdanskikh inzhenerov [Bulletin of Civil Engineers], 2012, no. 2 (3), pp. 138–142.
[29] Proekt federal’nogo zakona № 793310-7 «O vnesenii izmeneniy v Lesnoy kodeks Rossiyskoy Federatsii i otdel’nye zakonodatel’nye akty Rossiyskoy Federatsii». Vnesen na rassmotrenie v Gosudarstvennuyu Dumu 13.09.2019 [Draft Federal Law, no. 793310-7 «On Amendments to the Forest Code of the Russian Federation and Certain Legislative Acts of the Russian Federation». Submitted for consideration to the State Duma on 13.09.2019. Available at: https://sozd.duma.gov.ru/bill/793310-7 (accessed 22.11.2023)
[30] Tkachenko M.E. Obshchee lesovodstvo [General forestry]. Gosudarstvennoe lesotekhnicheskoe izdatel’stvo [State Forestry Publishing House], 1955, p. 600.
[31] Lipka O. N., Korzukhin M. D., Zamolodchikov D. G., Dobrolyubov N. Yu., Krylenko S. V., Bogdanovich A. Yu., Semenov S. M. Rol’ lesov v adaptatsii prirodnykh sistem k izmeneniyam klimata [The role of forests in the adaptation of natural systems to climate change]. Lesovedenie [Forestry], 2021, no. 5, pp. 531–546.
[32] Morozov G.F. Uchenie o tipakh nasazhdeniy [The doctrine of types of plantings]. Edited by V.V. Guman. Moscow: Yurait, 2021, p. 371.
[33] Loginov A.A., Lykov I.N., Vasilyeva M.A. Ukrupnennaya otsenka stoimosti ekosistemnykh uslug lesa [An integrated assessment of the cost of ecosystem services of the forest]. Problemy regional’noy ekologii [Problems of regional ecology], 2018, no. 3, pp. 120–124.
[34] Tansley A.G. Ispol’zovanie i zloupotreblenie terminami i kontseptsiyami rastitel’nogo proiskhozhdeniya [The use and abuse of terms and concepts of plant origin]. Ekologiya [Ecology], 1935, p. 284.
[35] Sukachev V.N. Ideya razvitiya v fitotsenologii [The idea of development in phytocenology]. Sov. botanika [Soviet Botany], 1942, no. 1–3, pp. 5–17.
[36] Tarakanov A.M., Surina E.A., Senkov A.O. Lesokhozyaystvennye meropriyatiya po adaptatsii rastitel’nosti k izmeneniyu klimata [Forestry measures for vegetation adaptation to climate change]. Aktual’nye problemy lesnogo kompleksa [Actual problems of the forest complex], 2017, no. 47, pp. 67–71.
[37] Mayorova E.I. Ekologiya i ekologicheskoe zakonodatel’stvo Moskvy [Ecology and environmental legislation of Moscow]. Moscow: MSFU, 2010, p. 362.
[38] Mayorova E.I., Ravcheeva V.O., Savkina A.O., Shershneva V.D. Pravovye i sotsial’nye aspekty ispol’zovaniya gorodskikh lesov Moskvy [Legal and social aspects of the use of urban forests in Moscow]. Advances in Law Studies [Advances in Law Studies], 2023, no. 4, pp. 41–45.
Сведения об авторах
Mayorova Elena Ivanovna — Dr. Sci. (Law), Professor, State University of Managment, trol003@mail.ru
Shershneva Victoria Denisovna — 3rd year Student of the State University of Managment, sv4812@mail.ru
ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ
|
10
|
ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСНО-ЦЕМЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
|
96-104
|
|
УДК 674.816.2
DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-96-104
EDN: ROVLQN
Шифр ВАК 4.3.4
В.И. Запруднов1, В.В. Никитин1, С.П. Карпачев1, Г.А. Махнин2
1ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследова- тельский университет)» (Мытищинский филиал), Россия, 141005, Московская обл., г. Мытищи, ул. 1-я Институтская, д. 1
2ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследова- тельский университет)», Россия, 105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5, стр. 1
zaprudnov@mgul.ac.ru
Приведены результаты исследований деформаций древесно-цементных материалов, возникающих под действием кратковременных нагрузок. Определены значения начального модуля упругости (335…495 МПа) и коэффициента Пуассона древесно-цементных материалов (0,154…0,101), изменяющиеся в зависимости от класса древесно-цементного материала по прочности на сжатие В0,35…В1. Установлено возрастание значений начального модуля упругости и модуля сдвига древесно-цементного материала с увеличением относительного объемного содержания цемента с2 от 0,50 до 0,58 и уменьшение коэффициента Пуассона. Выявлена возможность повышения значений начального модуля упругости и модуля сдвига с помощью увеличения относительного объемного содержания наполнителя (золы) с4 от 0 до 0,1 при постоянном расходе вяжущего и органического заполнителя. Указано согласование полученных значений начального модуля упругости и коэффициентов Пуассона древесно-цементных материалов с данными, полученными ранее, однако они, как и прочность древесно-цементных материалов, оказались на 20…25 % ниже теоретических. Показано влияние конгломератной структуры древесно-цементного материала на его упругие и пластические свойства, что связано с образованием и накоплением микротрещин и пластическими свойствами гелевой составляющей цементного камня. Сделан вывод, что для прогнозирования деформаций ползучести и усадки древесно-цементных материалов, в зависимости от возраста загружения, можно использовать ранее полученные аналитические зависимости.
Ключевые слова: древесно-цементные материалы, деформации ползучести и усадки, модуль упругости, коэффициент Пуассона
Ссылка для цитирования: Запруднов В.И., Никитин В.В., Карпачев С.П., Махнин Г.А. Деформационные свойства древесно-цементных материалов // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2024. Т. 28. № 3. С. 96–104. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-96-104
Список литературы
[1] Гончарова М.А., Бочарников А.С., Комаричев А.В. Композиционные материалы на основе цементно-водных активированных систем для инъекционного уплотнения бетона ограждающих конструкций // Строительные материалы, 2015. № 5. С. 31–35.
[2] Васильков С.Н. Технологии производства и применения экологически чистых и энергоэффективных стройматериалов на основе древесного сырья // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2004. № 11. С. 50.
[3] Баженов Ю.М., Демьянова B.C., Калашников В.И. Модифицированные высококачественные бетоны. М.: АСВ, 2006. 368 с.
[4] Галебуй С. Механизм формирования прочности и разрушения поризованного арболита на стеблях хлопчатника // Механизация строительства, 2011. № 10. С. 23–24.
[5] Андреев А.А., Колесников Г.Н., Чалкин А.А. Древесно-цементный композит с добавкой стеатита как конструкционный и деформирующий материал // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: «Естественные и технические науки», 2014. № 6 (143). С. 75–78.
[6] Аракелян А.А. Прочностные и деформативные свойства легких бетонов в зависимости от свойств заполнителей: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1986. 24 с.
[7] Гончарова М.А., Чернышев М.А. Формирование систем твердения композитов на основе техногенного сырья // Строительные материалы, 2013. № 5. С. 60–63.
[8] Запруднов В.И. Создание качественных древесно-цементных материалов // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2017. Т. 21. № 6. С. 54–60. DOI: 10.18698/2542-1468-2017-6-54-60
[9] Зайцев Ю.В. Моделирование деформаций и прочности бетона методами механики разрушений. М.: Стройиздат, 1982. 196 с.
[10] Король Е.А. Трехслойные ограждающие железобетонные конструкции из легких бетонов и особенности их расчета. М.: АСВ, 2001. C. 52–69.
[11] Новикова Н.О., Ярцев В.П. Применение арболита и его аналогов в разных странах // Синергия наук, 2018. № 19. С. 524–537.
[12] Мельникова Л.В. Технология композиционных материалов из древесины. М.: МГУЛ, 2004. 234 с.
[13] Наназашвили И.Х. Арболит — эффективный строительный материал. М.: Стройиздат, 1984. 125 с.
[14] Подчуфаров В.С., Чемлева Т.А., Щербаков А.С. Об оптимальном составе арболита повышенного качества // Научные труды МГУЛ, 1976. Вып. 93. С. 68–88.
[15] Рыбьев И.А. Две важнейшие закономерности в свойствах материалов с конгломератным типом структуры // Строительные материалы, 1965. № 1. С. 17–20.
[16] Цепаев В.А. Длительная прочность и деформативность конструкционных древесно-цементных материалов и несущих элементов на их основе: автореф. дис. … д-ра техн. наук. Нижний Новгород: Изд-во НГАСУ, 2001. 46 с.
[17] Хорошун Л.П., Щербаков А.С. Прочность и деформативность арболита. Киев: Наукова думка, 1979. 192 с.
[18] Савин В.И., Колосов Г.Е., Соколов Б.А. Стеновые панели из поризованного арболита // Легкие бетоны на основе отходов промышленности и конструкции из них. М.: Изд-во НИИЖБ, 1983. С. 8–14.
[19] Савин В.И., Давидюк А.Н. Технология и основные физико-механические свойства поризованного арболита на полимерном вяжущем // Научные труды МГУЛ, 1986. Вып. 180. С. 30–43.
[20] Jayanudin J., Fahrurrozi M., Wirawan S.K., Rochmadi R. Mathematical modeling of the red ginger oleoresin release from chitosan-based microcapsules using emulsion crosslinking method // Engineering Science and Technology, 2019, v. 22, iss. 2, pp. 458–467.
[21] Щибря А.Ю. Эффективный теплоизоляционный материал из поризованного арболита на рисовой лузге: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 2000. С. 21.
[22] Boadu K.B., Antwi-Boasiako C., Ofosuhene L. Solvent extraction of inhibitory substances from three hardwoods of different densities and their compatibility with cement in composite production // J. of the Indian Academy of Wood Science, 2018, v. 15, pp. 140–148.
[23] Berkenkamp R. Wood fiber-cement product, process and properties. Ed. A.A.Moslemi, Inorganic-Bonded Wood and Fiber Composite Materials. Madison, WI. Forest Products Society, 2017, pp. 8–13.
[24] Cheumani Y.A.M., Ndikontar M., De Jéso B, Sèbe G. Probing of wood–cement interactions during hydration of wood–cement composites by proton low-field NMR relaxomet // J. Mater. Sci., 2011, v. 46, pp. 1167–1175.
[25] Fan M., Ndikontar M.K., Zhou X., Ngamveng J.N. Cement-bonded composites made from tropical woods // Compatibility of wood and cement. Construction and Building Materials, 2012, v. 36, pp. 135–140.
[26] Frybort S., Mauritz R., Teischinger A., Muller U. Cement bonded composites – a mechanical review // BioResources, 2008, v. 3(2), pp. 602–626.
[27] Jorge F.C., Pereira C., Ferreira J.M.F. Wood-cement composites: a review // Holz als Roh-und Werkstoff, 2004, v. 62(5), pp. 370–377.
[28] Parchen C.F.A., Iwakiri, S., Zeller, F. Vibro-dynamic compression processing of low-density wood-cement composites // Eur. J. Wood Prod., 2016, v. 74, pp. 75–81. https://doi.org/10.1007/s00107-015-0982-1
[29] Ronquim R.M., Ferro F.S., Icimoto F.H., Campos C.I., Bertolini M.S., Christoforo A.L., Rocco Lahr F.A. Physical and Mechanical Properties of Wood-Cement Composite with Lignocellulosic Grading Waste Variation // International J. of Composite Materials, 2014, v. 4(2), pp. 69–72.
[30] Sá V.A., Bufalino L., Albino V.C.S., Corrêa A.A., Mendes L.M., Almeida N.A. Mixture of three reforestation species on the cement-wood panels production // Revista Árvore, 2012, v. 36, no. 3, pp. 549–557.
[31] Sanaev V.G., Zaprudnov V.I., Gorbacheva G.A., Oblivin A.N. Factors affecting the quality of wood-cement composites // Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Series II: Forestry, Wood Industry, Agricultural Food Engineering, 2016, t. 9, no. 2, pp. 63–71.
[32] Sahin H.T., Kaya A.I., Yalçın O.U., Kılınçarslan Ş., Şimşek Y., Mantanis G.I. A study on the production process and properties of cement-based wood composite materials // J. Graduate School of Natural and Applied Sciences of Mehmet Akif Ersoy University, 2019, v. 10(2), pp. 219–228.
[33] Ronquim R.M., Ferro F.S., Icimoto F.H., Campos C.I., Bertolini M.S., Christoforo A.L., Rocco Lahr F.A. Physical and Mechanical Properties of Wood-Cement Composite with Lignocellulosic Grading Waste Variation // International J. of Composite Materials, 2014, v. 4(2), pp. 69–72.
[34] Torkaman J., Ashori A., Momtazi A.S. Using wood fiber waste, rice husk ash, and limestone powder waste as cement replacement materials for lightweight concrete blocks // Construction and Building Materials, 2014, v. 50, pp. 432–436.
[35] Zaprudnov V.I., Sanaev V.G., Gorbacheva G.A., Karpachev S.P., Levushkin D.M. The influence of chemical additives on strength of wood-cement composite // Materials Science Forum, 2019, t. 972, pp. 69–76.
[36] Zhou Y., Kamdem D.P. Effect of cement/wood ratio on the properties of cement-bonded particleboard using CCA-treated wood // Forest Products J., 2002, v. 52 (2), pp. 73–81.
Сведения об авторах
Запруднов Вячеслав Ильич — д-р техн. наук, профессор, ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (Мытищинский филиал), zaprudnov@mgul.ac.ru
Никитин Владимир Валентинович — д-р техн. наук, доцент, ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (Мытищинский филиал), nikitinvv@bmstu.ru
Карпачев Сергей Петрович — д-р техн. наук, профессор, ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (Мытищинский филиал), karpachevs@mail.ru
Maхнин Георгий Александрович — студент, ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)», makhninga@student.bmstu.ru
DEFORMATION PROPERTIES OF WOOD-CEMENT MATERIALS
V.I. Zaprudnov1, V.V. Nikitin1, S.P. Karpachev1, G.A. Makhnin2
1BMSTU (Mytishchi branch), 1, 1st Institutskaya st., 141005, Mytishchi, Moscow reg., Russia
2BMSTU, 5, Block 1, 2nd Baumanskaya st., 105005, Moscow, Russia
zaprudnov@mgul.ac.ru
The results of studies of deformations of wood-cement materials arising under the action of short-term loads are presented. For this purpose, the initial modulus of elasticity and the Poisson’s ratio of wood-cement materials were determined. It is established that the value of the initial modulus of elasticity ranges from 335...495 MPa, depending on the class of wood-cement material in compressive strength B0,35...B1, and the Poisson’s ratio is within 0,154...0,101. It is established that with an increase in the relative volume content of cement c2 from 0,50 to 0,58, the value of the initial modulus of elasticity increases and the shear modulus of the wood-cement material, and the Poisson’s ratio decreases. It was found that for heat-insulating wood-cement material, an increase in the relative volume content of filler (ash) c4 from 0 to 0,1, with constant consumption of binder and organic filler, also allows increasing the value of the initial modulus of elasticity and shear modulus. For wood-cement material with a filler made of wood chips (wool), the value of the initial modulus of elasticity was 134 MPa, and the Poisson’s ratio was 0,062. The coefficient of elasticity of wood-cement material, depending on the class, ranges from 0,60 to 0,75, and the coefficient of plasticity from 0,26 to 0,36. The obtained value of the ultimate compressibility of wood-cement material on average for the class of wood-cement material in terms of compressive strength B0,35, B0,75 and B1 is 2,55 mm/m. It is noted that the obtained values of the initial elastic modulus and Poisson coefficients of wood-cement materials are in good agreement with the data of previously performed work, however, they, as well as the strength of wood-cement materials, turned out to be 20...25 % lower than theoretical ones. It has been established that the conglomerate structure of wood-cement material determines the manifestation of both elastic and plastic properties associated with the formation and accumulation of microcracks, with the plastic properties of the gel component of cement stone. It is concluded that previously obtained analytical dependences can be used to predict creep deformations and shrinkage of wood-cement materials depending on the age of loading.
Keywords: wood-cement materials, creep and shrinkage deformations, modulus of elasticity, Poisson’s ratio
Suggested citation: Zaprudnov V.I., Nikitin V.V., Karpachev S.P., Makhnin G.A. Deformatsionnye svoystva drevesno-tsementnykh materialov [Deformation properties of wood-cement materials]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2024, vol. 28, no. 3, pp. 96–104. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-96-104
References
[1] Goncharova M.A., Bocharnikov A.S., Komarichev A.V. Kompozitsionnye materialy na osnove tsementno-vodnykh aktivirovannykh sistem dlya in’ektsionnogo uplotneniya betona ograzhdayushchikh konstruktsiy [Composite materials based on cement-water activated systems for injection compaction of concrete enclosing structures]. Stroitel’nye materialy [Building Materials], 2015, no. 5, pp. 31–35.
[2] Vasil’kov S.N. Tekhnologii proizvodstva i primeneniya ekologicheski chistykh i energoeffektivnykh stroymaterialov na osnove drevesnogo syr’ya [Technologies of production and application of environmentally friendly and energy-efficient building materials based on wood raw materials]. Stroitel’nye materialy, oborudovanie, tekhnologii XXI veka [Building materials, equipment, technologies of the XXI century]. 2004, no. 11, p. 50.
[3] Bazhenov Yu.M., Dem’yanova B.C., Kalashnikov V.I. Modifitsirovannye vysokokachestvennye betony [Modified high–quality concretes]. Moscow: DIA, 2006, 368 p.
[4] Galebuy S. Mekhanizm formirovaniya prochnosti i razrusheniya porizovannogo arbolita na steblyakh khlopchatnika [The mechanism of strength formation and destruction of porous arbolite on cotton stems]. Mekhanizatsiya stroitel’stva [Mechanization of construction], 2011, no. 10, pp. 23–24.
[5] Andreev A.A., Kolesnikov G.N., Chalkin A.A. Drevesno-tsementnyy kompozit s dobavkoy steatita kak konstruktsionnyy i deformiruyushchiy material [Wood-cement composite with the addition of steatite as a structural and deforming material]. Uchenye zapiski Petrozavodskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser.: «Estestvennye i tekhnicheskie nauki» [Scientific notes of Petrozavodsk State University. Ser.: «Natural and technical sciences»], 2014, no. 6 (143), pp. 75–78.
[6] Arakelyan A.A. Prochnostnye i deformativnye svoystva legkikh betonov v zavisimosti ot svoystv zapolniteley [Strength and deformative properties of light concretes depending on the properties of aggregates]. Dis. Cand. Sci. (Tech.)]. Moscow, 1986, 24 p.
[7] Goncharova M.A., Chernyshev M.A. Formirovanie sistem tverdeniya kompozitov na osnove tekhnogennogo syr’ya [Formation of composite hardening systems based on technogenic raw materials]. Stroitel’nye materialy [Building materials], 2013, no. 5, pp. 60–63.
[8] Zaprudnov V.I. Sozdanie kachestvennykh drevesno-tsementnykh materialov [Creation of quality wood-cement materials]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2017, vol. 21, no. 6, pp. 54–60. DOI: 10.18698/2542-1468-2017-6-54-60
[9] Zaytsev Yu.V. Modelirovanie deformatsiy i prochnosti betona metodami mekhaniki razrusheniy [Modeling of deformations and strength of concrete by methods of fracture mechanics]. Moscow: Stroyizdat, 1982, 196 p.
[10] Korol’ E.A. Trekhsloynye ograzhdayushchie zhelezobetonnye konstruktsii iz legkikh betonov i osobennosti ikh rascheta [Three-layer enclosing reinforced concrete structures made of light concrete and features of their calculation]. Moscow: DIA, 2001, pp. 52–69.
[11] Novikova N.O., Yartsev V.P. Primenenie arbolita i ego analogov v raznykh stranakh [The use of arbolite and its analogues in different countries]. Sinergiya nauk [Synergy of Sciences], 2018, no. 19, pp. 524–537.
[12] Mel’nikova L.V. Tekhnologiya kompozitsionnykh materialov iz drevesiny [Technology of composite materials made of wood]. Moscow: MSFU, 2004, 234 p.
[13] Nanazashvili I.Kh. Arbolit — effektivnyy stroitel’nyy material [Arbolite is an effective building material]. Moscow: Stroyizdat, 1984, 125 p.
[14] Podchufarov V.S., Chemleva T.A., Shcherbakov A.S. Ob optimal’nom sostave arbolita povyshennogo kachestva [On the optimal composition of high-quality arbolite]. Nauchnye trudy MGUL [Scientific works of MGUL], 1976, iss. 93, pp. 68–88.
[15] Ryb’ev I.A. Dve vazhneyshie zakonomernosti v svoystvakh materialov s konglomeratnym tipom struktury [Two important patterns in the properties of materials with a conglomerate type of structure]. Stroitel’nye materialy [Building materials], 1965, no. 1, pp. 17–20.
[16] Tsepaev V.A. Dlitel’naya prochnost’ i deformativnost’ konstruktsionnykh drevesno-tsementnykh materialov i nesushchikh elementov na ikh osnove [Long-term strength and deformability of structural wood-cement materials and bearing elements based on them]. Dis. Dr. Sci. (Tech.). Nizhny Novgorod: NGASU, 2001, 46 p.
[17] Khoroshun L.P., Shcherbakov A.S. Prochnost’ i deformativnost’ arbolita [Strength and deformability of arbolite]. Kiev: Nauk. Dumka, 1979, 192 p.
[18] Savin V.I., Kolosov G.E., Sokolov B.A. Stenovye paneli iz porizovannogo arbolita [Wall panels made of porous arbolite]. Legkie betony na osnove otkhodov promyshlennosti i konstruktsii iz nikh [Book Light concretes based on industrial waste and structures made from them]. Moscow: NIIZHB, 1983, pp. 8–14.
[19] Savin V.I., Davidyuk A.N. Tekhnologiya i osnovnye fiziko-mekhanicheskie svoystva porizovannogo arbolita na polimernom vyazhushchem [Technology and basic physico-mechanical properties of porous arbolite on a polymer binder]. Nauchnye trudy MGUL [Scientific works of MGUL], 1986, iss. 180, pp. 30–43.
[20] Jayanudin J., Fahrurrozi M., Wirawan S.K., Rochmadi R. Mathematical modeling of the red ginger oleoresin release from chitosan-based microcapsules using emulsion crosslinking method. Engineering Science and Technology, 2019, v. 22, iss. 2, pp. 458–467.
[21] Shchibrya A.Yu. Effektivnyy teploizolyatsionnyy material iz porizovannogo arbolita na risovoy luzge [Effective thermal insulation material from porous arbolite on rice husk]. Dis. Cand. Sci. (Tech.). Rostov-on-Don, 2000, p. 21.
[22] Boadu K.B., Antwi-Boasiako C., Ofosuhene L. Solvent extraction of inhibitory substances from three hardwoods of different densities and their compatibility with cement in composite production. J. of the Indian Academy of Wood Science, 2018, v. 15, pp. 140–148.
[23] Berkenkamp R. Wood fiber-cement product, process and properties. Ed. A.A. Moslemi, Inorganic-Bonded Wood and Fiber Composite Materials. Madison, WI. Forest Products Society, 2017, pp. 8–13.
[24] Cheumani Y.A.M., Ndikontar M., De Jéso B, Sèbe G. Probing of wood–cement interactions during hydration of wood–cement composites by proton low-field NMR relaxomet. J. Mater. Sci., 2011, v. 46, pp. 1167–1175.
[25] Fan M., Ndikontar M.K., Zhou X., Ngamveng J.N. Cement-bonded composites made from tropical woods. Compatibility of wood and cement. Construction and Building Materials, 2012, v. 36, pp. 135–140.
[26] Frybort S., Mauritz R., Teischinger A., Muller U. Cement bonded composites – a mechanical review. BioResources, 2008, v. 3(2), pp. 602–626.
[27] Jorge F.C., Pereira C., Ferreira J.M.F. Wood-cement composites: a review. Holz als Roh-und Werkstoff, 2004, v. 62(5), pp. 370–377.
[28] Parchen C.F.A., Iwakiri, S., Zeller, F. Vibro-dynamic compression processing of low-density wood-cement composites. Eur. J. Wood Prod., 2016, v. 74, pp. 75–81. https://doi.org/10.1007/s00107-015-0982-1
[29] Ronquim R.M., Ferro F.S., Icimoto F.H., Campos C.I., Bertolini M.S., Christoforo A.L., Rocco Lahr F.A. Physical and Mechanical Properties of Wood-Cement Composite with Lignocellulosic Grading Waste Variation. International J. of Composite Materials, 2014, v. 4(2), pp. 69–72.
[30] Sá V.A., Bufalino L., Albino V.C.S., Corrêa A.A., Mendes L.M., Almeida N.A. Mixture of three reforestation species on the cement-wood panels production. Revista Árvore, 2012, v. 36, no. 3, pp. 549–557.
[31] Sanaev V.G., Zaprudnov V.I., Gorbacheva G.A., Oblivin A.N. Factors affecting the quality of wood-cement composites. Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Series II: Forestry, Wood Industry, Agricultural Food Engineering, 2016, t. 9, no. 2, pp. 63–71.
[32] Sahin H.T., Kaya A.I., Yalçın O.U., Kılınçarslan Ş., Şimşek Y., Mantanis G.I. A study on the production process and properties of cement-based wood composite materials. J. Graduate School of Natural and Applied Sciences of Mehmet Akif Ersoy University, 2019, v. 10(2), pp. 219–228.
[33] Ronquim R.M., Ferro F.S., Icimoto F.H., Campos C.I., Bertolini M.S., Christoforo A.L., Rocco Lahr F.A. Physical and Mechanical Properties of Wood-Cement Composite with Lignocellulosic Grading Waste Variation. International J. of Composite Materials, 2014, v. 4(2), pp. 69–72.
[34] Torkaman J., Ashori A., Momtazi A.S. Using wood fiber waste, rice husk ash, and limestone powder waste as cement replacement materials for lightweight concrete blocks. Construction and Building Materials, 2014, v. 50, pp. 432–436.
[35] Zaprudnov V.I., Sanaev V.G., Gorbacheva G.A., Karpachev S.P., Levushkin D.M. The influence of chemical additives on strength of wood-cement composite. Materials Science Forum, 2019, t. 972, pp. 69–76.
[36] Zhou Y., Kamdem D.P. Effect of cement/wood ratio on the properties of cement-bonded particleboard using CCA-treated wood. Forest Products J., 2002, v. 52 (2), pp. 73–81.
Сведения об авторах
Zaprudnov Vyacheslav Il’ich — Dr. Sci. (Tech.), Professor of the BMSTU (Mytishchi branch), zaprudnov@mgul.ac.ru
Nikitin Vladimir Valentinovich — Dr. Sci. (Tech.), Associate Professor of the BMSTU (Mytishchi branch), nikitinvv@bmstu.ru
Karpachev Sergey Petrovich — Dr. Sci. (Tech.), Professor of the BMSTU (Mytishchi branch), karpachevs@mail.ru
Makhnin Georgiy Aleksandrovich — Student of the BMSTU, makhninga@student.bmstu.ru
|
11
|
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ГИДРОЛИЗА РАСТИТЕЛЬНЫХ БЕЛКОВ В ПРИСУТСТВИИ ДРОЖЖЕВЫХ ПРОТЕАЗ
|
105-114
|
|
УДК 636.085
DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-105-114
EDN: QKBRYW
Шифр ВАК 4.3.4
А.Н. Иванкин
ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (Мытищинский филиал), Россия, 141005, Московская обл., г. Мытищи, ул. 1-я Институтская, д. 1
aivankin@mgul.ac.ru
Дано описание методологии оптимизации процесса ферментативного гидролиза растительных белков дрожжевыми протеазами Saccharomyces carlsbergensis с использованием в качестве субстрата модельного соевого белка. Ферментативную обработку осуществляли под действием автолизованных отходов пивных дрожжей, содержащих до 40 % активных дрожжевых клеток. Показано, что в результате оптимизации процесса с использованием симплекс метода планирования эксперимента были найдены оптимальные условия ведения процесса ферментативного гидролиза растительных белков в присутствии биомассы пивных дрожжей, которые составили: концентрация белка в суспензии 30 %, количество добавляемой дрожжевой суспензии 40 %, содержание цитрата натрия 5,6 %, этанола 4,2 %, добавленной воды 20,2 %. Время гидролитической обработки в оптимуме при температуре 58 °С составляло 4,3 часа. Выход продукта, оцениваемый по содержанию азота свободных аминогрупп, увеличивался с 10…12 % без оптимизации до 34 % в результате проведенной оптимизации параметров процесса. Показано, что максимальная скорость процесса гидролитического распада растительных белков в оптимальных условиях составляет более 0,48∙10–3 мгNH2/мл∙мин, а энергия активации Ea 80,7 кДж/моль. Установлена возможность дополнительного увеличения выхода целевого гидролизата за счет повторного внесения в систему ферментного препарата панкреатина, в результате чего удавалось увеличивать выход продукта до 52…55 % и получать сбалансированный по аминокислотному составу продукт. Получены данные, о том, что аминокислотный состав ферментативного гидролизата включал все незаменимые аминокислоты, г/100 г белка: Иле 4,7; Лей 7,0; Лиз 6,9; Мет 1,6; Цис 3,7; Фен 5,8; Тир 4,1; Тре 4,2; Трп 1,5; Вал 6,8; а также заменимые аминокислоты: Ала 5,9; Арг 5,5; Асп 8,8; Гис 3,3; Гли 3,8; Глу 10,2; Про 5,1; Сер 9,0. Полученный ферментативный гидролизат обладает потенциально высокой биологической ценностью, что может способствовать его эффективному использованию в составе высокопитательных систем.
Ключевые слова: растительные белки, ферментативный гидролиз, пивные дрожжи, биодеградация, оптимизация условий
Ссылка для цитирования: Иванкин А.Н. Оптимизация процесса гидролиза растительных белков в присутствии дрожжевых протеаз // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2024. Т. 28. № 3. С. 105–114. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-105-114
Список литературы
[1] Mileti О., Baldino N., Lupi F.R., Gabriele D. Interfacial behavior of vegetable protein isolates at sunflower oil/water interface // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2023, v. 221, p. 113035. doi.org/10.1016/j.colsurfb.2022.113035
[2] Adeva-Andany M.A., Fernandez-Fernandez C., Carneiro-Freire N., Vila-Altesor M., Ameneiros-Rodríguez E. The differential effect of animal versus vegetable dietary protein on the clinical manifestations of diabetic kidney disease in humans // Clinical Nutrition ESPEN, 2022, v. 48, pp. 21–35. doi.org/10.1016/j.clnesp.2022.01.030
[3] Castro-Rubio A. ,García M.C.,Marina M.L. Rapid separation of soybean and cereal (wheat, corn, and rice) proteins in complex mixtures: Application to the selective determination of the soybean protein content in commercial cereal-based products // Analytica Chimica Acta, 2006, v. 558, no. 2, pp.28–34. doi.org/10.1016/j.aca.2005.10.076
[4] Ijarotimi O.S., Fakayejo D.A., Oluwajuyitan T.D. Nutritional characteristics, glycaemic index and blood glucose lowering property of gluten-free composite flour from wheat, soybean, oat-bran and rice-bran // Applied Food Research, 2021, v. 1, no. 2, p. 100022. doi.org/10.1016/j.afres.2021.100022
[5] Dizlek H., Girard A.L., Awika J.M. High protein and gliadin content improves tortilla quality of a weak gluten wheat // LWT, 2022, v. 160, no. 4, p. 113320. doi.org/10.1016/j.lwt.2022.113320
[6] Sadh P.K., Chawla P., Kumar S., Das A., Kumar R., Bains A., Sridhar K., Duhan J.S., Sharma M. Recovery of agricultural waste biomass: A path for circular bioeconomy // Science of The Total Environment, 2023, v. 870, no. 4, p. 161904. doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.161904
[7] Кузнецова Т.Г., Иванкин А.Н., Куликовский А.В. Наносенсорный анализ мясного сырья и растительных объектов. Саарбрюккен: Lambert Academic Publishing, 2012, 232 p.
[8] Awogbemi О., Von Kallon D.V. Pretreatment techniques for agricultural waste // Case Studies in Chemical and Environmental Engineering, 2022, v. 6, no. 12, p. 100229. doi.org/10.1016/j.cscee.2022.100229
[9] Korkmaz K., Tokur B. Optimization of hydrolysis conditions for the production of protein hydrolysates from fish wastes using response surface methodology // Food Bioscience, 2022, v. 45, no. 2, p. 101312. doi.org/10.1016/j.fbio.2021.101312
[10] Ariaeenejad S., Kavousi K., Sheykh A., Mamaghani A., Ghasemitabesh R., Salekdeh G.H. Simultaneous hydrolysis of various protein-rich industrial wastes by a naturally evolved protease from tannery wastewater microbiota // Science of The Total Environment, 2022, v. 815, no. 4, p. 152796. doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152796
[11] Srivastava R. K., Nedungadi S.V., Akhtar N., Sarangi P.K., Subudhi S., Shadangi K.P., Govarthanan M. Effective hydrolysis for waste plant biomass impacts sustainable fuel and reduced air pollution generation: A comprehensive review // Science of The Total Environment, 2023, v. 859(2), no. 2, p. 160260. doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.160260
[12] Кадыров Ф.Ф., Яббаров А.М., Парамонова Т.А., Гнусарев С.С. Проект комплексной безотходной заготовки и переработки древесины // Интенсификация использования и воспроизводства лесов. Ульяновск, 2024. С. 91–96.
[13] Kumar D., Tarafdar F., Kumar Y., Dass S.L., Pareek S., Badgujar P.C. Production of functional spent hen protein hydrolysate powder and its fortification in food supplements: A waste to health strategy // Food Bioscience, 2022, v. 50(B), no. 12, p. 102193.
doi.org/10.1016/j.fbio.2022.102193
[14] Muhammad Mustafa Abeer M.M., Trajkovic S., Brayden D.J. Measuring the oral bioavailability of protein hydrolysates derived from food sources: A critical review of current bioassays // Biomedicine & Pharmacotherapy, 2021, v. 144, no. 12, p. 112275.
doi.org/10.1016/j.biopha.2021.112275
[15] Neklyudov A.D., Ivankin A.N., Berdutina A.V. Production and purification of protein hydrolysates (review) // Applied Biochemistry and Microbiology, 2000, v. 36, no. 4, pp. 317–324.
[16] Marson G.V., Machado M.T., de Castro R.J., Hubinger M.D. Sequential hydrolysis of spent brewer’s yeast improved its physico-chemical characteristics and antioxidant properties: A strategy to transform waste into added-value biomolecules // Process Biochemistry, 2019, v. 84, no. 9, pp. 91–102. doi.org/10.1016/j.procbio.2019.06.018
[17] Лисицын А.Б., Иванкин А.Н., Неклюдов А.Д. Методы практической биотехнологии. М.: Изд-во ВНИИМП, 2002, 408 с.
[18] Иванкин А.Н., Олиференко Г.Л., Куликовский А.В. Аналитическая химия. М.: Кнорус, 2021, 300 с.
[19] Neklyudov A.D., Berdutina A.V., Ivankin A.N., Karpo B.S., Osoka A.V. Determination of the kinetic constants of hydrolysis of keratin-containing raw materials // Applied Biochemistry and Microbiology, 1999, v. 35, no.1, pp. 45–49.
[20] Иванкин А.Н., Красноштанова А.А. Гидролиз нанобиомакромолекулярных систем: монография. М.: МГУЛ, 2010, 396 с.
[21] Liu P., Zhao Y., Guo H., Chang J.S., Lee D.J. Enzymolysis kinetics of corn straw by impeded Michaelis model and Box-Behnken design // Environmental Research, 2024, v. 242, no. 2, p. 117658. doi.org/10.1016/j.envres.2023.117658
[22] Douglas J., Carter C.W., Wills P.R. A Michaelis-Menten model for non-homogeneous enzyme mixtures //iScience, 2024, v. 27, no. 2, p. 108977. doi.org/10.1016/j.isci.2024.108977
[23] Yang M., Ye A., Yang Z., Everett D.W., Gilbert E.P., Singh H. Kinetics of pepsin-induced hydrolysis and the coagulation of milk proteins // Journal of Dairy Science, 2022, v. 105, no. 2, pp. 990–1003. doi.org/10.3168/jds.2021-21177
[24] Raska P., Ulrych Z. Comparison of Modified Downhill Simplex and Differential Evolution with other Selected Optimization Methods used for Discrete Event Simulation Models // Procedia Engineering, 2015, v. 100, no. 2, pp. 807–815. doi.org/10.1016/j.proeng.2015.01.435
[25] Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990. 351 с.
[26] Bychkova E., Rozhdestvenskaya L., Podgorbunskikh E., Kudachyova P. The problems and prospects of developing food products from high-protein raw materials // Food Bioscience, 2023, v. 56, no. 12, p. 103286. doi.org/10.1016/j.fbio.2023.103286
[27] Feng L., Wu Y., Han Y., Yao X., Li Q., Liu M., Cao Y. Structural characteristics, functional properties and nutritional value of walnut protein by limited enzymatic hydrolysis // LWT, 2024. v. 197, no. 4, p. 115923. doi.org/10.1016/j.lwt.2024.115923
[28] Саутин С.Н. Планирование эксперимента в химии и химической технологии. Л.: Химия, 1975, 48 с.
[29] Нейросеть Chat GPT. URL: https://gpt-chatbot.ru/ (дата обращения:15.05.2023).
[30] Dai H., An H. Effect of protease hydrolysis pretreatment on extruder response and the structural characteristics of high-moisture plant-protein extrudates // Journal of Food Engineering, 2024, no. 3, p. 112062. doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2024.112062
[31] Wang Y., Li Z., Li H., Selomulya K. Effect of hydrolysis on the emulsification and antioxidant properties of plant-sourced proteins // Current Opinion in Food Science, 2022, v. 48, no. 12, p. 100949. doi.org/10.1016/j.cofs.2022.100949
[32] Neklyudov A.D., Fedorova N.V., Ilyukhina V.P., Lisitsa E.P. Enzymatic profile of autolyzing yeast of the genus Saccharomyces // Applied Biochemistry and Microbiology, 1993, v. 29, no. 5, pp. 734–743.
[33] Blayo C., Vidcoq O., Lazennec F., Dumay E. Effects of high pressure processing (hydrostatic high pressure and ultra-high pressure homogenisation) on whey protein native state and susceptibility to tryptic hydrolysis at atmospheric pressure // Food Research International, 2016, v. 79, no. 1, pp. 40–53. doi.org/10.1016/j.foodres.2015.11.024
[34] Luo L., Yan B., Xu S., Zhou J., Liang J., Zhao J., Tyagi R.D., Wong W.C. Regulation of acidogenic fermentation through exogenous additives for promoting carbon conversion of food waste in two-phase anaerobic system // Bioresource Technology, 2023, v. 368, no. 1, p. 128368. doi.org/10.1016/j.biortech.2022.128368
[35] Zhao Q., Fan Y., Zhao L., Zhu Y., Jiang Y., Gu J., Xue Y., Hao Z., Shen Q. Identification and molecular binding mechanism of novel pancreatic lipase and cholesterol esterase inhibitory peptides from heat-treated adzuki bean protein hydrolysates // Food Chemistry, 2024, v. 439, no. 5, p. 138129. doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.138129
Сведения об авторе
Иванкин Андрей Николаевич — д-р хим. наук, академик МАН ВШ, профессор кафедры химии и химических технологий лесного комплекса, ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (Мытищинский филиал), aivankin@mgul.ac.ru
OPTIMISATION OF PLANT PROTEIN HYDROLYSIS IN PRESENCE OF YEAST PROTEASES
A.N. Ivankin
BMSTU (Mytishchi branch), 1 st. Institutskaya, 141005, Mytischi, Moscow reg., Russia
aivankin@mgul.ac.ru
A methodology is described for optimizing the process of enzymatic hydrolysis of plant proteins by yeast proteases Saccharomyces carlsbergensis using model soy protein as a substrate. Enzymatic treatment was carried out under the influence of autolyzed brewer’s yeast waste containing up to 40 % active yeast cells. It is shown that as a result of process optimization using the simplex method of experiment planning, optimal conditions for conducting the process of enzymatic hydrolysis of plant proteins in the presence of brewer’s yeast biomass were found, which were: protein concentration in the suspension 30 %, amount of added yeast suspension 40 %, sodium citrate content 5,6 %, ethanol 4,2 %, added water 20,2 %. The time of hydrolytic treatment at the optimum temperature of 58 °C was 4,3 hours. The product yield, assessed by the nitrogen content of free amino groups, increased from 10...12 % without optimization to 34 % as a result of the optimization of process parameters. It has been shown that the maximum rate of the process of hydrolytic decomposition of plant proteins under optimal conditions is more than 0,48∙10–3 mgNH2/ml∙min, and the activation energy Ea is 80,7 kJ/mol. The possibility of additionally increasing the yield of the target hydrolyzate by re-introducing the enzyme preparation pancreatin into the system was established, as a result of which it was possible to increase the yield of the product to 52...55 % and obtain a product balanced in amino acid composition. It was found that the amino acid composition of the resulting enzymatic hydrolyzate included all essential amino acids, g/100 g protein: Ile 4,7; Leu 7,0; Lys 6,9; Met 1,6; Cys 3,7; Phe 5,8; Tyr 4,1; Tre 4,2; Trp 1,5; Val 6,8; as well as non-essential amino acids: Ala 5,9; Arg 5,5; Asp 8,8; His 3,3; Gly 3,8; Glu 10,2; Pro 5,1; Ser 9,0. It has been shown that the enzymatic hydrolyzate has potentially high biological value, which can facilitate its effective use as part of highly nutritious systems.
Keywords: plant proteins, enzymatic hydrolysis, brewer’s yeast, biodegradation, optimization of conditions
Suggested citation: Ivankin A.N. Optimizatsiya protsessa gidroliza rastitel'nykh belkov v prisutstvii drozhzhevykh proteaz [Optimisation of plant protein hydrolysis in presence of yeast proteases]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2024, vol. 28, no. 3, pp. 105–114. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-105-114
References
[1] Mileti О., Baldino N., Lupi F.R., Gabriele D. Interfacial behavior of vegetable protein isolates at sunflower oil/water interface. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2023, v. 221, p. 113035. doi.org/10.1016/j.colsurfb.2022.113035
[2] Adeva-Andany M.A., Fernandez-Fernandez C., Carneiro-Freire N., Vila-Altesor M., Ameneiros-Rodríguez E. The differential effect of animal versus vegetable dietary protein on the clinical manifestations of diabetic kidney disease in humans. Clinical Nutrition ESPEN, 2022, v. 48, pp. 21–35. doi.org/10.1016/j.clnesp.2022.01.030
[3] Castro-Rubio A. ,García M.C.,Marina M.L. Rapid separation of soybean and cereal (wheat, corn, and rice) proteins in complex mixtures: Application to the selective determination of the soybean protein content in commercial cereal-based products. Analytica Chimica Acta, 2006, v. 558, no. 2, pp.28–34. doi.org/10.1016/j.aca.2005.10.076
[4] Ijarotimi O.S., Fakayejo D.A., Oluwajuyitan T.D. Nutritional characteristics, glycaemic index and blood glucose lowering property of gluten-free composite flour from wheat, soybean, oat-bran and rice-bran. Applied Food Research, 2021, v. 1, no. 2, p. 100022. doi.org/10.1016/j.afres.2021.100022
[5] Dizlek H., Girard A.L., Awika J.M. High protein and gliadin content improves tortilla quality of a weak gluten wheat. LWT, 2022, v. 160, no. 4, p. 113320. doi.org/10.1016/j.lwt.2022.113320
[6] Sadh P.K., Chawla P., Kumar S., Das A., Kumar R., Bains A., Sridhar K., Duhan J.S., Sharma M. Recovery of agricultural waste biomass: A path for circular bioeconomy. Science of The Total Environment, 2023, v. 870, no. 4, p. 161904. doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.161904
[7] Kuznetsova T.G., Ivankin A.N., Kulikovskiy A.V. Nanosensornyy analiz myasnogo syr’ya i rastitel’nyh ob’ektov. [Nanosensor analysis of meat raw materials and plant objects]. Saarbrücken: LAMBERT Academic Publishing, 2012, 232 p.
[8] Awogbemi О., Von Kallon D.V. Pretreatment techniques for agricultural waste. Case Studies in Chemical and Environmental Engineering, 2022, v. 6, no. 12, p. 100229. doi.org/10.1016/j.cscee.2022.100229
[9] Korkmaz K., Tokur B. Optimization of hydrolysis conditions for the production of protein hydrolysates from fish wastes using response surface methodology. Food Bioscience, 2022, v. 45, no. 2, p. 101312. doi.org/10.1016/j.fbio.2021.101312
[10] Ariaeenejad S., Kavousi K., Sheykh A., Mamaghani A., Ghasemitabesh R., Salekdeh G.H. Simultaneous hydrolysis of various protein-rich industrial wastes by a naturally evolved protease from tannery wastewater microbiota. Science of The Total Environment, 2022, v. 815, no. 4, p. 152796. doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152796
[11] Srivastava R. K., Nedungadi S.V., Akhtar N., Sarangi P.K., Subudhi S., Shadangi K.P., Govarthanan M. Effective hydrolysis for waste plant biomass impacts sustainable fuel and reduced air pollution generation: A comprehensive review. Science of The Total Environment, 2023, v. 859(2), no. 2, p. 160260. doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.160260
[12] Kadyrov F.F., Yabbarov A.M., Paramonova T.A., Gnusarev S.S. Proekt kompleksnoy bezotkhodnoy zagotovki i pererabotki drevesiny [Project for integrated waste-free harvesting and processing of wood]. Intensifikatsiya ispol'zovaniya i vosproizvodstva lesov [Intensification of forest use and reproduction]. Ulyanovsk, 2024, pp. 91–96.
[13] Kumar D., Tarafdar F., Kumar Y., Dass S.L., Pareek S., Badgujar P.C. Production of functional spent hen protein hydrolysate powder and its fortification in food supplements: A waste to health strategy. Food Bioscience, 2022, v. 50(B), no. 12, p. 102193. doi.org/10.1016/j.fbio.2022.102193
[14] Muhammad Mustafa Abeer M.M., Trajkovic S., Brayden D.J. Measuring the oral bioavailability of protein hydrolysates derived from food sources: A critical review of current bioassays. Biomedicine & Pharmacotherapy, 2021, v. 144, no. 12, p. 112275. doi.org/10.1016/j.biopha.2021.112275
[15] Neklyudov A.D., Ivankin A.N., Berdutina A.V. Production and purification of protein hydrolysates (review). Applied Biochemistry and Microbiology, 2000, v. 36, no. 4, pp. 317–324.
[16] Marson G.V., Machado M.T., de Castro R.J., Hubinger M.D. Sequential hydrolysis of spent brewer’s yeast improved its physico-chemical characteristics and antioxidant properties: A strategy to transform waste into added-value biomolecules. Process Biochemistry, 2019, v. 84, no. 9, pp. 91–102. doi.org/10.1016/j.procbio.2019.06.018
[17] Lisitsyn A.B., Ivankin A.N., Neklyudov A.D. Metody prakticheskoy biotehnologii [Methods of practical biotechnology]. Moscow: VNIIMP, 2002, 408 p.
[18] Ivankin A.N., Oliferenko G.L., Kulikovsky A.V. Analiticheskaya himiya [Analytical chemistry]. Moscow: Knorus, 2021, 300 p.
[19] Neklyudov A.D., Berdutina A.V., Ivankin A.N., Karpo B.S., Osoka A.V. Determination of the kinetic constants of hydrolysis of keratin-containing raw materials. Applied Biochemistry and Microbiology, 1999, v. 35, no. 1, pp. 45–49.
[20] Ivankin A.N., Krasnoshtanova A.A. Gidroliz nanobiomakromolekulyarnyh sistem [Hydrolysis of nanobio-macromolecular systems]. Moscow: Moscow State Forest University, 2010, 396 p.
[21] Liu P., Zhao Y., Guo H., Chang J.S., Lee D.J. Enzymolysis kinetics of corn straw by impeded Michaelis model and Box-Behnken design // Environmental Research, 2024, v. 242, no. 2, 117658. doi.org/10.1016/j.envres.2023.117658
[22] Douglas J., Carter C.W., Wills P.R. A Michaelis-Menten model for non-homogeneous enzyme mixtures //iScience, 2024, v. 27, no. 2, p. 108977. doi.org/10.1016/j.isci.2024.108977
[23] Yang M., Ye A., Yang Z., Everett D.W., Gilbert E.P., Singh H. Kinetics of pepsin-induced hydrolysis and the coagulation of milk proteins // Journal of Dairy Science, 2022, v. 105, no. 2, pp. 990–1003. doi.org/10.3168/jds.2021-21177
[24] Raska P., Ulrych Z. Comparison of Modified Downhill Simplex and Differential Evolution with other Selected Optimization Methods used for Discrete Event Simulation Models // Procedia Engineering, 2015, v. 100, no. 2, pp. 807–815. doi.org/10.1016/j.proeng.2015.01.435
[25] Lakin G.F. Biometriya [Biometrics]. Moscow: Higher School, 1990, 351 p.
[26] Bychkova E., Rozhdestvenskaya L., Podgorbunskikh E., Kudachyova P. The problems and prospects of developing food products from high-protein raw materials // Food Bioscience, 2023, v. 56, no. 12, p. 103286. doi.org/10.1016/j.fbio.2023.103286
[27] Feng L., Wu Y., Han Y., Yao X., Li Q., Liu M., Cao Y. Structural characteristics, functional properties and nutritional value of walnut protein by limited enzymatic hydrolysis // LWT, 2024. v. 197, no. 4, p. 115923. doi.org/10.1016/j.lwt.2024.115923
[28] Sautin S.N. Planirovanie eksperimenta v himii i himicheskoy tehnologii [Planning an experiment in chemistry and chemical technology]. Leningrad: Chemistry, 1975, 48 p.
[29] Chat GPT neural network. Available at: https://gpt-chatbot.ru/ (accessed 15.05.2023).
[30] Dai H., An H. Effect of protease hydrolysis pretreatment on extruder response and the structural characteristics of high-moisture plant-protein extrudates // Journal of Food Engineering, 2024, no. 3, p. 112062. doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2024.112062
[31] Wang Y., Li Z., Li H., Selomulya K. Effect of hydrolysis on the emulsification and antioxidant properties of plant-sourced proteins // Current Opinion in Food Science, 2022, v. 48, no. 12, p. 100949. doi.org/10.1016/j.cofs.2022.100949
[32] Neklyudov A.D., Fedorova N.V., Ilyukhina V.P., Lisitsa E.P. Enzymatic profile of autolyzing yeast of the genus Saccharomyces // Applied Biochemistry and Microbiology, 1993, v. 29, no. 5, pp. 734–743.
[33] Blayo C., Vidcoq O., Lazennec F., Dumay E. Effects of high pressure processing (hydrostatic high pressure and ultra-high pressure homogenisation) on whey protein native state and susceptibility to tryptic hydrolysis at atmospheric pressure // Food Research International, 2016, v. 79, no. 1, pp. 40–53. doi.org/10.1016/j.foodres.2015.11.024
[34] Luo L., Yan B., Xu S., Zhou J., Liang J., Zhao J., Tyagi R.D., Wong W.C. Regulation of acidogenic fermentation through exogenous additives for promoting carbon conversion of food waste in two-phase anaerobic system // Bioresource Technology, 2023, v. 368, no. 1, p. 128368. doi.org/10.1016/j.biortech.2022.128368
[35] Zhao Q., Fan Y., Zhao L., Zhu Y., Jiang Y., Gu J., Xue Y., Hao Z., Shen Q. Identification and molecular binding mechanism of novel pancreatic lipase and cholesterol esterase inhibitory peptides from heat-treated adzuki bean protein hydrolysates // Food Chemistry, 2024, v. 439, no. 5, p. 138129. doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.138129
Author’s information
Ivankin Andrey Nikolayevich — Dr. Sci. (Chem.), Member of the International Higher Education Academy of Sciences (IHEAS), Professor of the Department of Chemistry BMSTU (Mytishchi branch), aivankin@mgul.ac.ru
|
12
|
ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИИ СПИРТОВ СИВУШНОЙ ФРАКЦИИ НА АКТИВНЫХ УГЛЯХ РАЗЛИЧНЫХ МАРОК
|
115-123
|
|
УДК 541.183:628.33
DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-115-123
EDN: QOGINQ
Шифр ВАК 4.3.4
Ю.Л. Юрьев, А.В. Свиридов, Н.А. Дроздова
ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет», Россия, 620100, Екатеринбург, ул. Сибирский тракт, д. 37
yurievyul@m.usfeu.ru
Приведены результаты исследования адсорбционной активности четырех образцов исходных и проактивированных водяным паром древесных углей применительно к очистке от спиртов сивушной группы, образующихся в ликеро-водочном производстве. Одним из сорбентов являлся активный уголь, полученный путем активации березового угля во вращающейся печи с зигзагообразной вставкой. Определены величины адсорбционной емкости углей различного происхождения при адсорбции спиртов сивушной группы. Рассчитаны термодинамические потенциалы процесса сорбции. Показана эффективность применения активного угля, полученного из промышленного березового угля путем его активации во вращающейся печи с зигзагообразной вставкой.
Ключевые слова: активный уголь, производство водки, адсорбция спиртов, термодинамический потенциал
Ссылка для цитирования: Юрьев Ю.Л., Свиридов А.В., Дроздова Н.А. Исследование адсорбции спиртов сивушной фракции на активных углях различных марок // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2024. Т. 28. № 3. С. 115–123. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-115-123
Список литературы
[1] Мухин В.М., Тарасов А.В., Клушин В.Н. Активные угли России. М.: Металлургия, 2000. 352 c.
[2] Григорьев Л.Н., Веренцова Л.Г., Шанова О.А., Родионова А.А. Адсорбция левомицетина из разбавленных водных растворов на активных углях // Инновации в здоровье нации: сборник материалов III Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Санкт-Петербург, 10–11 ноября 2015 г. Санкт-Петербург: Изд-во Санкт-Петербургской государственной химико-фармацевтической академии, 2015. С. 209–211.
[3] Григорьев Л.Н., Веренцова Л.Г., Родионова А.А. Кинетика адсорбции тетрациклина гидрохлорида на промышленных активных углях // Инновации в здоровье нации: сборник материалов IV всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием, Санкт-Петербург, 09–10 ноября 2016 г. Санкт-Петербург: Изд-во Санкт-Петербургской государственной химико-фармацевтической академии, 2016. С. 287–290.
[4] Шанова О.А., Веренцова Л.Г., Григорьев Л.Н. Адсорбция тетрациклина гидрохлорида из водных растворов на активных углях // Инновации в здоровье нации: V Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием, Санкт-Петербург, 08–09 ноября 2017 г. Санкт-Петербург: Изд-во Санкт-Петербургской государственной химико-фармацевтической академии, 2017. С. 452–455.
[5] Дроздова Н.А., Юрьев Ю.Л. Изучение сорбционных свойств активного угля в статических условиях // Вестник Казанского технологического университета, 2013. Т. 16. № 19. С. 83–84.
[6] Рябухова Т.О., Арзамасцева А.Б., Окишева Н.А., Коновалова С.Н. Адсорбция спиртов из бинарных растворов на активных углях // Журнал физической химии, 2000. Т. 74. № 2. С. 345–347.
[7] Achaw O.W, Afrane G. The evolution of the pore structure of coconut shells during the preparation of coconut shell-based activated carbons // Microporous and Mesoporous Materials, 2008, v. 112, iss. 1–3, pp. 284–290. DOI: 10.1016/j.micromeso.2007.10.001
[8] Ivanets M.G., Savitskaya T.A., Nevar T.N., Grinshpan D.D. Adsopbtive and structural characteristics of carbon sorbents // Inorganic materials, 2011, v. 47, no 10, pp. 1061–1065. DOI: 10.1134/S0020168511100098
[9] Juan Alcañiz-Monge, Angel Linares-Solano, and Brian Rand J. Water Adsorption on Activated Carbons: Study of Water Adsorption in Micro- and Mesopores // Phys. Chem. B, 2001, v. 105, no. 33, pp. 7998–8006. https://doi.org/10.1021/jp010674b
[10] Silvestre-Albero A., Silvestre-Albero J., Sepúlveda-Escribano A., Rodríguez-Reinoso F. Ethanol removal using activated carbon: Effect of porous structure and surface chemistry // Microporous and Mesoporous Materials, 2009, v. 120, iss. 1–2, pp. 62–68.
DOI: 10.1016 / j.micromeso.2008.10.012
[11] Li L., Quinlivan P.A., Knappe D.R.U. Effects of activated carbon surface chemistry and pore structure on the adsorption of organic contaminants from aqueous solution // Carbon, 2002, v. 40, iss. 12, pp. 2085–2100.
[12] Солодухина С.В., Гайдукова А.М. Исследование процесса очистки воды от ПАВ сорбцией на углях с применением электрофлотационного метода // Успехи в химии и химической технологии, 2021. № 6 (241). Т. 35. C. 141–143.
[13] Шайхиев И.Г., Шайхиева К.И., Сверхгузова С.В., Винограденко Ю.А. Удаление поллютантов из сточных вод измельченной скорлупой абрикосов // Химия растительного сырья, 2021. № 3. С. 39–54. DOI: 10.14258/jcprm.2021038405
[14] Варнавская А.Д., Фидченко М.М., Алехина М.Б. Адсорбционная очистка воды от неионогенных ПАВ на углеродно-минеральных адсорбентах // Успехи в химии и химической технологии, 2021. № 6. С. 25–26.
[15] Ахадов А.А., Муродов М.Н., Хайитов Р.Р., Орипова Л.Н., Тошкузиев Т.М. Определение структурно-сорбционных свойств активированного угля, полученного из скорлупы косточек урюка // Science and Education, 2021, v. 2, pp. 52–57.
[16] Со Вин Мьинт, Нистратов А.В., Клушин В.Н. Структурно-адсорбционные показатели активных углей, полученных на базе шелухи риса, выращенного в Мьянме // Успехи в химической технологии, 2022. Т. XXXVI. № 12. С. 112–114.
[17] Джаббарова Н.Э., Курбанова Л.Н., Гасанова М.Б. Исследование возможности переработки скорлупы лесного ореха в активные угли // Проблемы отраслевой науки и образования, 2024. № 3. С. 1–4.
[18] Рудковский А.В., Еремина А.О., Таран О.П. Брикетированные углеродные сорбенты на основе коры пихты сибирской и древесного пека // Вестник Томского государственного университета. Химия, 2021. № 22. С. 24–37.
[19] Юрьев Ю.Л., Панова Т.М. Основные направления производства и переработки древесного угля // Химия и химическая технология переработки растительного сырья: Междунар. науч.-технич. конф., посвященная 100-летию со дня рождения В.М. Резникова. Минск, 10–12 октября 2018 г. Минск: Белорусский государственный технологический университет, 2018. С. 20–22.
[20] Юрьев Ю.Л., Гиндулин И.К., Дроздова Н.А. Варианты переработки низкосортной древесины на углеродные материалы // ИзВУЗ Лесной журнал, 2017. № 5 (359). С. 139–149.
[21] Юрьев Ю.Л. Тенденции развития технологии пиролиза древесины // Леса России и хозяйство в них, 2016. № 3 (58). С. 58–63.
[22] Raul E.R., Thakur M.A.B., Chaudhari A.R. A review on activated carbon preparation from natural and eco-friendly raw materials // AIP Conference Proceedings, 2021, v. 2417, p. 020011. https://doi.org/10.1063/5.0072755
[23] Wienhaus О., Blossfeld О., Born M., Zimmer J. Neue Erkenntnisse bei der Erzeugung von Holz- und Aktivkohlen aus Kieferschlagabraum // Zellst. und Pap., 1985, v. 34, no. 1, pp. 32–36.
[24] Lussier M.G., Shull J.C., Miller D.J. Activated Carbon from Cherry Stones // Carbon, 1994, v. 32, no. 8, рp. 1493–1498.
[25] Жумаева Д.Ж., Эшметов И.Д., Тилабов Ж.Ф. История технологии приготовления водки и изучение ее очистки с различными адсорбентами // Наука молодых – наука будущего: III Междунар. науч.-практич. конф., Петрозаводск, 02 февраля 2023 г. Петрозаводск: Междунар. центр научного партнерства «Новая Наука», 2023. С. 250–256.
[26] Поляков В.А., Абрамова И.М., Морозова С.С., Устинова Е.В. Перспективные активные угли в технологии водок // Производство спирта и ликеро-водочных изделий, 2015. № 2. С. 17–20.
[27] Wienhaus O., Klose E., Born M., Hennig F., Blossfeld O., Seidel H., Riedel D., Fischer F., Zimmer J., Heidrich M., Lötzsch P. Process for the Manufacture of Active Carbon. Patent EP, dec. 13, no. 0216229.
[28] Панюта С.А., Юрьев Ю.Л., Стахровская Т.Е., Шишко И.И. Способ активации карбонизированных материалов. Патент № 2051097 C1, Российская Федерация, МПК C01B 31/10, C23C 8/00: № 92008212/02.
[29] Дроздова Н.А., Юрьев Ю.Л. Активация березового и осинового угля // Вестник Казанского технологического университета, 2012. Т. 15. № 13. С. 147–148.
[30] Юрьев Ю.Л., Орлов В.П., Панюта С.А., Штеба Т.В. Проблемы аппаратурного оформления процессов переработки измельченной древесины в активные угли // ИзВУЗ Лесной журнал, 2000. № 5–6. С. 52–56.
[31] Тимощук И.В. К вопросу подготовки воды для пищевой промышленности // Техника и технология пищевых производств, 2010. № 3 (18). С. 111–116
[32] Мухин В.М. Углеродные адсорбенты как функциональные материалы для решения экологических проблем // Труды Кольского научного центра РАН, 2015. С. 572–575.
[33] Никитина С.Ю., Рудаков О.Б., Кудухова И.Г. Сорбционные и ионообменные методы очистки пищевого этилового спирта и полупродуктов брагоректификации от микропримесей (обзор) // Сорбционные и хроматографические процессы, 2010. Т. 10. № 3. С. 389–400.
[34] Еремина А.О., Головина В.В., Чесноков Н.В., Соболев А.А. Адсорбция летучих алифатических кислот из водных растворов на активных углях // Журнал Сибирского федерального университета. Химия, 2014. № 7. С. 582–589.
[35] Ермакова Т.А., Акатьев В.В., Дрючков Е.С., Фомичев В.Т. Адсорбция на поверхности твердого тела. Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2021. 32 с.
Сведения об авторах
Юрьев Юрий Леонидович — д-р техн. наук, профессор кафедры химической технологии древесины, биотехнологии и наноматериалов, ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет», yurievyul@m.usfeu.ru
Свиридов Алексей Владиславович — канд. техн. наук, доцент кафедры химической технологии древесины, биотехнологии и наноматериалов, ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет», sviridovav@m.usfeu.ru
Дроздова Наталья Александровна — канд. техн. наук, доцент кафедры химической технологии древесины, биотехнологии и наноматериалов, ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет», drozdovana@m.usfeu.ru
FUSEL FRACTION ALCOHOLS ADSORPTION STUDY ON DIFFERENT GRADES OF ACTIVE CHARCOALS
Y.L. Yur’ev, A.V. Sviridov, N.A. Drozdova
Ural State Forestry University, 37, Sibirsky tract st., 620100, Ekaterinburg, Russia
yurievyul@m.usfeu.ru
A study of the adsorption activity of four samples of initial and activated charcoal was carried out in relation to the purification from fusel group alcohols formed in the alcoholic beverage industry. One of the sorbents was active carbon obtained by activating birch charcoal in a rotary kiln with a zigzag insert. The increased interest in it is due to the fact that activation using this technology provides an increased yield and stable quality of the resulting active carbon. The values of the adsorption capacity of charcoal of different origin during the adsorption of alcohols of the fusel group were determined. The thermodynamic potentials of the sorption process are calculated. In the homologous series of alcohols, with an increase in the hydrocarbon radical by the –CH2– group, the adsorption capacity decreases, the values of the adsorption equilibrium constants increase, and for isomers the corresponding values are higher than for normal alcohols. The effectiveness of the use of active carbon obtained from industrial birch charcoal by its activation in a rotary kiln with a zigzag insert is shown.
Keywords: activated charcoal, vodka production, alcohols adsorption, thermodynamic potential
Suggested citation: Yur’ev Yu.L., Sviridov A.V., Drozdova N.A. Issledovanie adsorbtsii spirtov sivushnoy fraktsii na aktivnykh uglyakh razlichnykh marok [Fusel fraction alcohols adsorption study on different grades of active charcoals]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2024, vol. 28, no. 3, pp. 115–123. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-115-123
References
[1] Mukhin V.M., Tarasov A.V., Klushin V.N. Aktivnye ugli Rossii [Active coals of Russia]. Metallurgiya [Publishing House of Metallurgy]. Moscow, 2000, 352 p.
[2] Grigor’ev L.N., Verentsova L.G., Shanova O.A., Rodionova A.A. Adsorbtsiya levomitsetina iz razbavlennykh vodnykh rastvorov na aktivnykh uglyakh [Adsorption of levomycetin from dilute aqueous solutions on activated carbons]. Innovatsii v zdorov’e natsii: sbornik materialov III Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem [Innovations in the health of the nation. collection of materials of the III All-Russian scientific-practical conference with international participation]. Sankt-Peterburg, 10–11 November 2015. Sankt-Peterburg: St. Petersburg State Chemical Pharmaceutical Academy, 2015, pp. 209–211.
[3] Grigor’ev L.N., Verentsova L.G., Rodionova A.A. Kinetika adsorbtsii tetratsiklina gidrokhlorida na promyshlennykh aktivnykh uglyakh [Kinetics of adsorption of tetracycline hydrochloride on industrial activated carbons]. Innovatsii v zdorov’e natsii: sbornik materialov IV Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem [Collection of materials of the IV All-Russian scientific-practical conference with international participation «Innovations in the health of the nation»], Sankt-Peterburg, 09–10 November 2016. Sankt-Peterburg: St. Petersburg State Chemical Pharmaceutical Academy, 2016, pp. 287–290.
[4] Shanova O.A., Verentsova L.G., Grigor’ev L.N. Adsorbtsiya tetratsiklina gidrokhlorida iz vodnykh rastvorov na aktivnykh uglyakh [Adsorption of tetracycline hydrochloride from aqueous solutions on activated carbons]. Innovatsii v zdorov’e natsii: sbornik materialov V Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem [Innovations in the health of the nation. Collection of materials of the V All-Russian scientific-practical conference with international participation], Sankt-Peterburg, 08–09 November 2017. Sankt-Peterburg: St. Petersburg State Chemical Pharmaceutical Academy, 2017, pp. 452–455.
[5] Drozdova N.A., Yur’ev Yu.L. Izuchenie sorbtsionnykh svoystv aktivnogo uglya v staticheskikh usloviyakh [Study of the sorption properties of activated carbon under static conditions]. Vestnik Kazanskogo tehnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Kazan Technological University], 2013, v. 16, no. 19, pp. 83–84.
[6] Ryabukhova T.O., Arzamastseva A.B., Okisheva N.A., Konovalova S.N. Adsorbtsiya spirtov iz binarnykh rastvorov na aktivnykh uglyakh [Adsorption of alcohols from binary solutions on activated carbons]. Zhurnal fizicheskoy khimii [Journal of Physical Chemistry], 2000, v. 74, no. 2, pp. 345–347.
[7] Achaw O.W, Afrane G. The evolution of the pore structure of coconut shells during the preparation of coconut shell-based activated carbons // Microporous and Mesoporous Materials, 2008, v. 112, iss. 1–3, pp. 284–290. DOI: 10.1016/j.micromeso.2007.10.001
[8] Ivanets M.G., Savitskaya T.A., Nevar T.N., Grinshpan D.D. Adsopbtive and structural characteristics of carbon sorbents. Inorganic materials, 2011, v. 47, no 10, pp. 1061–1065. DOI: 10.1134/S0020168511100098
[9] Juan Alcañiz-Monge, Angel Linares-Solano, and Brian Rand J. Water Adsorption on Activated Carbons: Study of Water Adsorption in Micro- and Mesopores. Phys. Chem. B, 2001, v. 105, no. 33, pp. 7998–8006. https://doi.org/10.1021/jp010674b
[10] Silvestre-Albero A., Silvestre-Albero J., Sepúlveda-Escribano A., Rodríguez-Reinoso F. Ethanol removal using activated carbon: Effect of porous structure and surface chemistry. Microporous and Mesoporous Materials, 2009, v. 120, iss. 1–2, pp. 62–68. DOI: 10.1016 / j.micromeso.2008.10.012
[11] Li L., Quinlivan P.A., Knappe D.R.U. Effects of activated carbon surface chemistry and pore structure on the adsorption of organic contaminants from aqueous solution. Carbon, 2002, v. 40, iss. 12, pp. 2085–2100.
[12] Solodukhina S.V., Gaydukova A.M. Issledovanie protsessa ochistki vody ot PAV sorbtsiey na uglyakh s primeneniem elektroflotatsionnogo metoda [Study of the process of water purification from surfactants by sorption on coals using the electroflotation method]. Uspekhi v khimii i khimicheskoy tekhnologii [Advances in chemistry and chemical technology], 2021, no. 12 (247), t. 35, pp. 144–146.
[13] Shaykhiev I.G., Shaykhieva K.I., Sverkhguzova S.V., Vinogradenko Yu.A. Udalenie pollyutantov iz stochnykh vod izmel’chennoy skorlupoy abrikosov [Removal of pollutants from wastewater with crushed apricot shells]. Khimiya rastitel’nogo syr’ya [Chemistry of plant raw materials], 2021, no. 3, pp. 39–54. DOI: 10.14258/jcprm.2021038405
[14] Varnavskaya A.D., Fidchenko M.M., Alekhina M.B. Adsorbtsionnaya ochistka vody ot neionogennykh PAV na uglerodno-mineral’nykh adsorbentakh [Adsorption purification of water from non-ionic surfactants on carbon-mineral adsorbents]. Uspekhi v khimii i khimicheskoy tekhnologii [Advances in chemistry and chemical technology], 2021, no. 6, pp. 25–26.
[15] Akhadov A.A., Murodov M.N., Khayitov R.R., Oripova L.N., Toshkuziev T.M. Opredelenie strukturno-sorbtsionnye svoystva aktiviroannogo uglya, poluchennogo iz skorlupy kostochek uryuka [Determination of the structural-sorption properties of activated carbon obtained from the shell of apricot seeds]. Science and Education, 2021, v. 2, pp. 52–57.
[16] Saw Win Myint, Nistratov A.V., Klushin V.N. Strukturno-adsorbtsionnye pokazateli aktivnykh ugley, poluchennykh na baze shelukhi risa, vyrashchennogo v M’yanme [Structural and adsorption parameters of active carbons obtained on the basis of rice husk grown in Myanmar]. Uspekhi v khimicheskoy tekhnologii [Advances in chemical technology], 2022, v. XXXVI, no. 12, pp. 112–114.
[17] Dzhabbarova N.E., Kurbanova L.N., Gasanova M.B. Issledovanie vozmozhnosti pererabotki skorlupy lesnogo orekha v aktivnye ugli [Investigation of the possibility of processing hazelnut shells into activated carbons]. Problemy otraslevoy nauki i obrazovaniya [Problems of branch science and education], 2024, no. 3, pp. 1–4.
[18] Rudkovskiy A.V., Eremina A.O., Taran O.P. Briketirovannye uglerodnye sorbenty na osnove kory pikhty sibirskoy i drevesnogo peka [Briquetted carbon sorbents based on Siberian fir bark and wood pitch]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta [Bulletin of Tomsk State University. Chemistry], 2021, no. 22, pp. 24–37.
[19] Yur’ev Yu.L., Panova T.M. Osnovnye napravleniya proizvodstva i pererabotki drevesnogo uglya [The main directions of production and processing of charcoal]. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya pererabotki rastitel’nogo syr’ya: materialy dokladov Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii, posvyashchennoy 100-letiyu so dnya rozhdeniya V.M. Reznikova [Chemistry and chemical technology for processing vegetable raw materials. Materials of the reports of the International Scientific and Technical Conference dedicated to the 100th anniversary of the birth of V.M. Reznikov]. Minsk: Belarusian State Technological University, 2018, pp. 20–22.
[20] Yur’ev Yu.L., Gindulin I.K., Drozdova N.A. Varianty pererabotki nizkosortnoy drevesiny na uglerodnye materialy [Options for processing low-grade wood into carbon materials. News of higher educational institutions]. Lesnoy Zhurnal (Russian Forestry Journal), 2017, no. 5 (359), pp. 139–149.
[21] Yur’ev Yu.L. Tendentsii razvitiya tekhnologii piroliza drevesiny [Trends in the development of wood pyrolysis technology]. Lesa Rossii i khozyaystvo v nikh [Forests of Russia and economy in them], 2016, no. 3 (58), pp. 58–63.
[22] Raul E.R., Thakur M.A.B., Chaudhari A.R. A review on activated carbon preparation from natural and eco-friendly raw materials. AIP Conference Proceedings, 2021, v. 2417, p. 020011. https://doi.org/10.1063/5.0072755
[23] Wienhaus О., Blossfeld О., Born M., Zimmer J. Neue Erkenntnisse bei der Erzeugung von Holz- und Aktivkohlen aus Kieferschlagabraum. Zellst. und Pap., 1985, v. 34, no. 1, pp. 32–36.
[24] Lussier M.G., Shull J.C., Miller D.J. Activated Carbon from Cherry Stones. Carbon, 1994, v. 32, no. 8, рp. 1493–1498. Available at: http://www.sciencedirect.com /science/journal/00086223/32
[25] Zhumaeva D.Zh., Eshmetov I.D., Tilabov Zh.F. Istoriya tekhnologii prigotovleniya vodki i izuchenie ee ochistki s razlichnymi adsorbentami [The history of vodka preparation technology and the study of its purification with various adsorbents]. Nauka molodykh — nauka budushchego: sbornik statey III Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [The science of the young is the science of the future. collection of articles of the III International Scientific and Practical Conference], Petrozavodsk, 02 February 2023. Petrozavodsk: Mezhdunarodnyy tsentr nauchnogo partnerstva «Novaya Nauka», 2023, pp. 250–256.
[26] Polyakov V.A., Abramova I.M., Morozova S.S., Ustinova E.V. Perspektivnye aktivnye uglya v tekhnologii vodok [Promising active carbons in vodka technology]. Proizvodstvo spirta i likerovodochnykh izdeliy [Production of alcohol and alcoholic beverages], 2015, no. 2, pp. 17–20.
[27] Wienhaus O., Klose E., Born M., Hennig F., Blossfeld O., Seidel H., Riedel D., Fischer F., Zimmer J., Heidrich M., Lötzsch P. Process for the Manufacture of Active Carbon. Patent EP, 1989, no. 0216229 A2.
[28] Panyuta S.A., Yur’ev Yu.L., Stakhrovskaya T.E., Shishko I.I. Sposob aktivatsii karbonizirovannykh materialov [Method for activating carbonized materials]. Patent № 2051097 C1 RF, MPK C01B 31/10, C23C 8/00: № 92008212/02.
[29] Drozdova N.A., Yur’ev Yu.L. Aktivatsiya berezovogo i osinovogo uglya [Activation of birch and aspen coal]. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Kazan Technological University], 2012, v. 15, no. 13, pp. 147–148.
[30] Yur’ev Yu.L., Orlov V.P., Panyuta S.A., Shteba T.V. Problemy apparaturnogo oformleniya protsessov pererabotki izmel’chennoy drevesiny v aktivnye ugli [Problems of hardware design of the processes of processing crushed wood into active coals]. Lesnoy Zhurnal (Russian Forestry Journal), 2000, no. 5–6, pp. 52–56.
[31] Timoshchuk I.V. K voprosu podgotovki vody dlya pishchevoy promyshlennosti [On the issue of water preparation for the food industry]. Tekhnika i tekhnologiya pishchevykh proizvodstv [Technique and technology of food production], 2010, no. 3 (18), pp. 111–116.
[32] Mukhin V.M. Uglerodnye adsorbenty kak funktsional’nye materialy dlya resheniya ekologicheskikh problem [Carbon adsorbents as functional materials for solving environmental problems]. Trudy Kol’skogo nauchnogo tsentra RAN [Proceedings of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences], 2015, pp. 572–575.
[33] Nikitina S.Yu., Rudakov O.B., Kudukhova I.G. Sorbtsionnye i ionoobmennye metody ochistki pishchevogo etilovogo spirta i poluproduktov bragorektifikatsii ot mikroprimesey (obzor) [Sorption and ion-exchange methods of purification of food ethyl alcohol and semi-products of bragorectification from microimpurities (review)]. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy [Sorption and chromatographic processes], 2010, v. 10, no. 3, pp. 389–400.
[34] Eremina A.O., Golovina V.V., Chesnokov N.V., Sobolev A.A. Adsorbtsiya letuchikh alifaticheskikh kislot iz vodnykh rastvorov na aktivnykh uglyakh. [Adsorption of volatile aliphatic acids from aqueous solutions on activated carbons]. Zhurnal Sibirskogo federal’nogo universiteta. Khimiya [J. of the Siberian Federal University. Chemistry], 2014, no. 7, pp. 582–589.
[35] Ermakova T.A., Akat’ev V.V., Dryuchkov E.S., Fomichev V.T. Adsorbtsiya na poverkhnosti tverdogo tela [Adsorption on the surface of a solid body]. Volgograd: VolGU Publishing House, 2021, 32 p.
Сведения об авторах
Yur’ev Yuriy Leonidovich — Dr. Sci. (Tech.), Professor of the Department of Chemical Technology of Wood, Biotechnology and Nanomaterials, Ural State Forest Engineering University, yurievyul@m.usfeu.ru
Sviridov Aleksey Vladislavovich — Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor of the Department of Chemical Technology of Wood, Biotechnology and Nanomaterials, Ural State Forest Engineering University, sviridovav@m.usfeu.ru
Drozdova Natal’ya Aleksandrovna — Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor of the Department of Chemical Technology of Wood, Biotechnology and Nanomaterials, Ural State Forest Engineering University, drozdovana@m.usfeu.ru
|
13
|
СИНТЕЗ И СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННЫХ АМИНОФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СМОЛ
|
124-132
|
|
УДК 674.815
DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-124-132
EDN: QQJBPO
Шифр ВАК 4.3.4
М.Ю. Екимова1, В.Е. Цветков2
1Научно-испытательный центр 4-го Государственного центрального межвидового полигона Министерства обороны Российской Федерации, Россия, 416550, Астраханская обл., г. Знаменск, ул. Королева, д. 1
2ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (Мытищинский филиал), Россия, 141005, Московская обл., г. Мытищи, ул. 1-я Институтская, д. 1
mashula111@yandex.ru
Представлен метод синтеза пропиточных модифицированных аминоформальдегидных смол, отличительной особенностью которого является получение смол бесщелочным катализом, за счет введения модификатора-катализатора на основе солей полифункциональных кислот, позволяющей улучшить физико-механические свойства смол, а также сократить количество дорогостоящего меламина. Подробно и поэтапно описан ход синтеза аминоформальдегидных смол с разным мольным соотношение меламина и карбамида к формальдегиду, приведены рецептуры смол. Приведены графические зависимости свойств исследуемых смол, наглядно показывающие, что введение модификатора-катализатора позволяет провести синтез при постоянном значении рН и приводит к снижению содержания свободного формальдегида, сохраняя реакционную способность. Охарактеризованы такие свойства как вязкость, пенетрационная способность, поверхностное натяжение полученных модифицированных аминоформальдегидных смол. Сделан вывод об улучшении основных технологических свойств и увеличении срока хранения с помощью модифицирования аминоформальдегидных смол.
Ключевые слова: аминоформальдегидные смолы, модифицирование, бесщелочной катализ, меламин
Ссылка для цитирования: Екимова М.Ю., Цветков В.Е. Синтез и свойства модифицированных аминоформальдегидных смол // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2024. Т. 28. № 3. С. 124–132. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-124-132
Список литературы
[1] Волынский В.Н. Технология древесных плит и композиционных материалов. СПб.: Лань, 2010. 336 с.
[2] Нестеренко Е.А. Система автоматизированного управления процессом прессования стружечных брикетов в производстве древесностружечных плит // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика, 2017. Т. 5. № 4 (30). С. 66–68.
[3] Tsvetkov V.E., Zueva M.Y. Synthesis and properties of modified melamine formaldehyde impregnating oligomers // Polymer Science, Series D, 2011, t. 4, no. 3, pp. 164–166.
[4] Yanyang C., Malysheva G.V. Optimization of the curing modes of three-layer honeycomb panels // J. of physics: conference series. Advances in Composites Science and Technologies 2020, ACST 2020, t. 1990, 2021,p. 012074.
[5] Амирасланова М.Н. Пути практического применения аминоформальдегидных смол // Пластические массы, 2018. № 1–2. С. 44–48.
[6] Романов Н.М. Современное состояние исследований меламиноформальдегидных смол // Пластические массы, 2004. № 2. С. 3–11.
[7] Цветков В.Е., Зуева М.Ю. Способ изготовления пропиточных олигомеров. Пат. RU 2535226 от 09.10.2014.
[8] Криворотова А.И., Усольцев О.А. Применение модифицированного связующего для изготовления низкотоксичных древесностружечных плит // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика, 2015. Т. 3. № 2–2 (13–2). С. 427–430.
[9] Ekimova M.Y., Tsvetkov V.E., Machneva O.P. Aminoformaldehyde oligomers modified with salts of polyfunctional acids // Polymer Science, Series D, 2021, t. 14, no. 1, pp. 13–16.
[10] Зуева М.Ю. Ламинирование древесностружечных плит текстурными бумагами, пропитанными меламинокарбамидоформальдегидными олигомерами: дис. ... канд. техн. наук. Москва, МГУЛ, 2012.
[11] Machneva O.P., Tsvetkov V.E., Ekimova M.Y. Polyatomic alcohols as urea–formaldehyde resin modifiers // Polymer Science, Series D, 2019, t. 12, no. 2, pp. 124–127.
[12] Соколова Е.Г., Варанкина Г.С., Русаков Д.С. Карбамидомеламиноформальдегидная смола для получения водостойкой фанеры // Клеи. Герметики. Технологии, 2022. № 2. С. 39–43.
[13] Тимошина Ю.А., Вознесенский Э.Ф., Островская А.В., Латфуллин И.И. Применение модифицированных аминосмол и ННТП-обработки для повышения адгезионной прочности композиционных материалов на основе полиамидных волокон // Дизайн. Материалы. Технология, 2019. № 2 (54). С. 48–50.
[14] Цветков В.Е., Цветкова Н.Н., Разуваева М.В., Мачнева О.П., Зуева М.Ю., Мачнева Н.А., Мачнев А.П., Колчев В.И. Способ изготовления карбамидоформальдегидного олигомера. Пат. RU 2527786 C1, 10.09.2014. Заявка № 2013119163/05 от 25.04.2013.
[15] ГОСТ 23234–78. Плиты древесностружечные. Метод определения удельного сопротивления нормальному отрыву наружного слоя. М.: Изд-во стандартов, 1988. 3 с.
[16] Lyakhov E.Y., Zorin V.A. The Influence of Technological Modes on the Quality of Coatings Made of Powder Polymer-Composite Materials // Polymer. Sci. Ser. D, 2023, v. 16, pp. 89–93.
[17] Sokolova E.G., Rusakov D.S., Chubinsky A.N., Varankina G.S., Ugryumov S.A. A study of the properties of melamine–carbamide–formaldehyde resins modified with lignosulphonates // Polymer Science, Series D, 2021, t. 14, no. 4, pp. 508–512.
[18] Цветков В.Е., Зуева М.Ю. Способ изготовления пропиточных олигомеров. Пат. RU 2446193 C1, 27.03.2012. Заявка № 2010139821/05 от 29.09.2010.
[19] Sokolova E.G., Rusakov D.S., Chubinskii A.N., Varankina G.S., Ugryumov S.A. Evaluation of the operational characteristics of modified synthetic resins and plywood on their basis // Polymer Science, Series D, 2021, t. 14, no. 2, pp. 164–168.
[20] Азаров В.И., Цветков В.Е. Технология связующих и полимерных материалов. М.: Лесная пром-ть,1985. 216 с.
[21] Пасько Ю.В. Учебно-методическое пособие технология и применение полимеров в деревообработке. М.: МГУЛ, 2015. 36 c.
[22] Екимова М.Ю., Цветков В.Е., Мачнева О.П. Аминоформальдегидные олигомеры, модифицированные солями полифункциональных кислот // Клеи. Герметики. Технологии, 2020. № 6. С. 37–40.
[23] Цветков В.Е., Зуева М.Ю., Мачнева О.П., Разуваева М.В., Екимова И.А., Екимов Н.Ю., Балюков В.В., Фахретдинов Х.А., Карпова Т.Н. Способ изготовления карбамидоформальдегидного олигомера. Пат. RU 2534550 C1, 27.11.2014. Заявка № 2013119174/05 от 25.04.2013.
[24] Цветков В.Е., Зуева М.Ю., Мачнева О.П., Разуваева М.В., Екимова И.А., Екимов Н.Ю., Балюков В.В., Фахретдинов Х.А. Способ изготовления пропиточных олигомеров. Пат. RU 2535226 C1, 10.12.2014. Заявка № 2013119171/05 от 25.04.2013.
[25] ГОСТ 10633–78. Плиты древесностружечные. Методы испытания. Взамен ГОСТ 10633–73; Введ. 01.01.80 до 01.01.90. М.: Изд-во стандартов, 1988. 5 с.
[26] Екимова М.Ю. Аминоформальдегидные смолы в производстве облицованных древесно-стружечных плит. Уфа: Аэтерна, 2023. 128 с.
[27] Цветков В.Е. Учебно-методическое пособие технология и применение полимеров в деревообработке. М.: МГУЛ, 2015. 36 c.
[28] ГОСТ Р 52078–2003. Плиты древесностружечные, облицованные пленками на основе термореактивных полимеров. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 2003. Введ. 01.01.2004. 18 с.
[29] ГОСТ 10634–88. Плиты древесностружечные. Методы испытания. Взамен ГОСТ 10634–78. Введ. 01.01.90 до 01.01.95. М.: Изд-во стандартов, 1989. 5 с.
[30] ГОСТ 10635–88. Плиты древесностружечные. Методы определения предела прочности и модуля упругости при изгибе. Взамен ГОСТ 10635–78; Введ. 01.01.90 до 01.01.95. М.: Изд-во стандартов, 1989. 5 с.
[31] ГОСТ 10636–90. Плиты древесностружечные. Метод определения предела прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты. Взамен ГОСТ 10636–78. Введ. 01.01.91 до 01.01.96. М.: Изд-во стандартов,1990. 6 с.
[32] Сацура В.М., Баженов В.А., Карасев Е.И., Махарадзе Н.И. Нагревательная плита для изготовления древесностружечных плит. А.С. SU 683909 A1, 05.09.1979. Заявка № 2596064 от 30.03.1978.
[33] Tsvetkov V.E., Machneva O.P., Ekimova M.Y. Obtaining lined environmentally friendly wood-based panels // J. of Physics: Conference Series. Сер. Advances in Composites Science and Technologies 2020, ACST 2020, v. 2021, p. 012073.
[34] Мачнева О.П., Цветков В.Е., Екимова М.Ю. Многоатомные спирты как модификаторы карбамидоформальдегидных смол // Клеи. Герметики. Технологии, 2018. № 12. С. 15–18.
[35] Кочева М.Н., Цыгарова М.В. Исследование факторов, влияющих на качество поверхности древесностружечных плит по дефектам в ООО Промышленный комбинат древесных плит // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Матер. Междунар. науч.-техн. конф.. Министерство образования и науки РФ, Правительство Вологодской области, Вологодский государственный университет, Департамент лесного комплекса Вологодской области, 2015. С. 101–103.
[36] Tsvetkov V.E., Nikitin A.A., Semochkin Y.A., Tsvetkova N.N., Machneva O.P. Properties of composites based on melamine–formaldehyde binding agents // Polymer Science, Series D, 2022, t. 15, no. 1, pp. 49–53.
Сведения об авторах
Екимова Мария Юрьевна — канд. техн. наук, ст. науч. сотр. Научно-испытательного центра 4-го Государственного центрального межвидового полигона Министерства обороны Российской Федерации, mashula111@yandex.ru
Цветков Вячеслав Ефимович — д-р техн. наук, академик РАЕН, профессор ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (Мытищинский филиал)
SYNTHESIS AND PROPERTIES OF MODIFIED AMINOFORMALDEHYDE RESINS
M.Y. Ekimova1, V.E. Tsvetkov2
1Research and Testing Center 4 of the State Central Interspecific Landfill of the Ministry of Defense of the Russian Federation, 1, Korolev st., 416550, Znamensk, Astrakhan reg., Russia
2BMSTU (Mytishchi branch), 1, 1st Institutskaya st., 141005, Mytishchi, Moscow reg., Russia
mashula111@yandex.ru
The article presents a method for the synthesis of impregnated modified aminoformaldehyde resins, a distinctive feature of which is the production of resins by alkaline-free catalysis, due to the introduction of a catalyst modifier based on salts of polyfunctional acids, which allows improving the physico-mechanical properties of resins, as well as to reduce the amount of expensive melamine. The synthesis of aminoformaldehyde resins with different molar ratios of melamine and urea to formaldehyde is described in detail by stages, the formulations of resins are given. The presented graphical dependences of the properties of the studied resins clearly show that the introduction of a catalyst modifier allows synthesis at a constant pH value, which leads to a decrease in the content of free formaldehyde, but at the same time the reactivity is preserved. The data on such properties as viscosity, penetration ability, surface tension of the modified aminoformaldehyde resins obtained are also presented. Modification of aminoformaldehyde resins leads to an improvement in the basic technological properties and an increase in their shelf life.
Keywords: aminoformaldehyde resins, modification, alkali-free catalysis, melamine
Suggested citation: Ekimova M.Yu., Tsvetkov V.E. Sintez i svoystva modifitsirovannykh aminoformal’degidnykh smol [Synthesis and properties of modified aminoformaldehyde resins]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2024, vol. 28, no. 3, pp. 124–132. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-124-132
References
[1] Volynskiy V.N. Tekhnologiya drevesnykh plit i kompozitsionnykh materialov [Technology of wood boards and composite materials]. St. Petersburg: Lan’, 2010, 336 p.
[2] Nesterenko E.A. Sistema avtomatizirovannogo upravleniya protsessom pressovaniya struzhechnykh briketov v proizvodstve drevesnostruzhechnykh plit [Automated control system for the process of pressing chip briquettes in the production of particle boards]. Aktual’nye napravleniya nauchnykh issledovaniy XXI veka: teoriya i praktika [Current directions of scientific research of the XXI century: theory and practice], 2017, v. 5, no. 4 (30), pp. 66–68.
[3] Tsvetkov V.E., Zueva M.Y. Synthesis and properties of modified melamine formaldehyde impregnating oligomers. Polymer Science, Series D, 2011, t. 4, no. 3, pp. 164–166.
[4] Yanyang C., Malysheva G.V. Optimization of the curing modes of three-layer honeycomb panels. J. of physics: conference series. Advances in Composites Science and Technologies 2020, ACST 2020, t. 1990, 2021,p. 012074.
[5] Amiraslanova M.N. Puti prakticheskogo primeneniya aminoformal’degidnykh smol [Ways of practical application of amino-formaldehyde resins]. Plasticheskie massy [Plastic masses], 2018, no. 1–2, pp. 44–48.
[6] Romanov N.M. Sovremennoe sostoyanie issledovaniy melaminoformal’degidnykh smol [Current state of research on melamine-formaldehyde resins]. Plasticheskie massy [Plastic masses], 2004, no. 2, pp. 3–11.
[7] Tsvetkov V.E., Zueva M.Yu. Sposob izgotovleniya propitochnykh oligomerov [Method for producing impregnating oligomers]. Pat. RU 2535226 dated 10/09/2014.
[8] Krivorotova A.I., Usol’tsev O.A. Primenenie modifitsirovannogo svyazuyushchego dlya izgotovleniya nizkotoksichnykh drevesnostruzhechnykh plit [Application of a modified binder for the production of low-toxic particle boards]. Aktual’nye napravleniya nauchnykh issledovaniy XXI veka: teoriya i praktika [Current directions of scientific research of the XXI century: theory and practice], 2015, v. 3, no. 2–2 (13–2), pp. 427–430.
[9] Ekimova M.Y., Tsvetkov V.E., Machneva O.P. Aminoformaldehyde oligomers modified with salts of polyfunctional acids. Polymer Science, Series D, 2021, t. 14, no. 1, pp. 13–16.
[10] Zueva M.Yu. Laminirovanie drevesnostruzhechnykh plit teksturnymi bumagami, propitannymi melaminokarbamidoformal’degidnymi oligomerami [Lamination of particle boards with textured papers impregnated with melamine-urea-formaldehyde oligomers]. Dis.Cand. Sci. (Tech.). Moscow, MSUL, 2012.
[11] Machneva O.P., Tsvetkov V.E., Ekimova M.Y. Polyatomic alcohols as urea–formaldehyde resin modifiers. Polymer Science, Series D, 2019, t. 12, no. 2, pp. 124–127.
[12] Sokolova E.G., Varankina G.S., Rusakov D.S. Karbamidomelaminoformal’degidnaya smola dlya polucheniya vodostoykoy fanery [Urea-melamine-formaldehyde resin for producing waterproof plywood]. Klei. Germetiki. Tekhnologii [Adhesives. Sealants. Technologies], 2022, no. 2, pp. 39–43.
[13] Timoshina Yu.A., Voznesenskiy E.F., Ostrovskaya A.V., Latfullin I.I. Primenenie modifitsirovannykh aminosmol i NNTP-obrabotki dlya povysheniya adgezionnoy prochnosti kompozitsionnykh materialov na osnove poliamidnykh volokon [Application of modified amino resins and NNTP treatment to increase the adhesive strength of composite materials based on polyamide fibers]. Dizayn. Materialy. Tekhnologiya [Design. Materials. Technology], 2019, no. 2 (54), pp. 48–50.
[14] Tsvetkov V.E., Tsvetkova N.N., Razuvaeva M.V., Machneva O.P., Zueva M.Yu., Machneva N.A., Machnev A.P., Kolchev V.I. Sposob izgotovleniya karbamidoformal’degidnogo oligomera [Method for producing urea-formaldehyde oligomer]. Pat. RU 2527786 C1, 09/10/2014. Application No. 2013119163/05 dated 04/25/2013.
[15] GOST 23234–78 Plity drevesnostruzhechnye. Metod opredeleniya udel’nogo soprotivleniya normal’nomu otryvu naruzhnogo sloya [Particle boards. Method for determining the specific resistance to normal tearing of the outer layer]. Moscow: Publishing house of standards, 1988, 3 p.
[16] Lyakhov E.Y., Zorin V.A. The Influence of Technological Modes on the Quality of Coatings Made of Powder Polymer-Composite Materials. Polymer. Sci. Ser. D, 2023, v. 16, pp. 89–93.
[17] Sokolova E.G., Rusakov D.S., Chubinsky A.N., Varankina G.S., Ugryumov S.A. A study of the properties of melamine–carbamide–formaldehyde resins modified with lignosulphonates. Polymer Science, Series D, 2021, t. 14, no. 4, pp. 508–512.
[18] Tsvetkov V.E., Zueva M.Yu. Sposob izgotovleniya propitochnykh oligomerov [Method for producing impregnating oligomers]. Pat. RU 2446193 C1, 03/27/2012. Application No. 2010139821/05 dated 09.29.2010.
[19] Sokolova E.G., Rusakov D.S., Chubinskii A.N., Varankina G.S., Ugryumov S.A. Evaluation of the operational characteristics of modified synthetic resins and plywood on their basis. Polymer Science, Series D, 2021, t. 14, no. 2, pp. 164–168.
[20] Azarov V.I., Tsvetkov V.E. Tekhnologiya svyazuyushchikh i polimernykh materialov [Technology of binders and polymer materials]. Moscow: Lesnaya prom, 1985, 216 p.
[21] Pas’ko Yu.V. Uchebno-metodicheskoe posobie tekhnologiya i primenenie polimerov v derevoobrabotke [Educational and methodological manual technology and application of polymers in woodworking]. Moscow: MGUL, 2015, 36 p.
[22] Ekimova M.Yu., Tsvetkov V.E., Machneva O.P. Aminoformal’degidnye oligomery, modifitsirovannye solyami polifunktsional’nykh kislot [Amino-formaldehyde oligomers modified with salts of polyfunctional acids]. Klei. Germetiki. Tekhnologii [Adhesives. Sealants. Technologies], 2020, no. 6, pp. 37–40.
[23] Tsvetkov V.E., Zueva M.Yu., Machneva O.P., Razuvaeva M.V., Ekimova I.A., Ekimov N.Yu., Balyukov V.V., Fakhretdinov Kh.A., Karpova T.N. Sposob izgotovleniya karbamidoformal’degidnogo oligomera [Method for producing urea-formaldehyde oligomer]. Pat. RU 2534550 C1, 11/27/2014. Application No. 2013119174/05 dated 04/25/2013.
[24] Tsvetkov V.E., Zueva M.Yu., Machneva O.P., Razuvaeva M.V., Ekimova I.A., Ekimov N.Yu., Balyukov V.V., Fakhretdinov Kh.A. Sposob izgotovleniya propitochnykh oligomerov [Method for producing impregnating oligomers]. Pat. RU 2535226 C1, 12/10/2014. Application No. 2013119171/05 dated 04/25/2013.
[25] GOST 10633–78 Plity drevesnostruzhechnye. Metody ispytaniya [Particle boards. Test methods. Instead of GOST 10633–73]. Enter. 01/01/80 to 01/01/90. Moscow: Publishing house of standards, 1988, 5 p.
[26] Ekimova M.Yu. Aminoformal’degidnye smoly v proizvodstve oblitsovannykh drevesno-struzhechnykh plit [Amino-formaldehyde resins in the production of veneered particle boards]. Ufa: Aeterna, 2023, 128 p.
[27] Tsvetkov V.E. Uchebno-metodicheskoe posobie tekhnologiya i primenenie polimerov v derevoobrabotke [Educational and methodological manual technology and application of polymers in woodworking]. Moscow: MGUL, 2015, 36 p.
[28] GOST R 52078–2003 Plity drevesnostruzhechnye, oblitsovannye plenkami na osnove termoreaktivnykh polimerov [Particle boards lined with films based on thermosetting polymers. Technical conditions]. Moscow: Standards Publishing House, 2003, 18 p.
[29] GOST 10634–88 Plity drevesnostruzhechnye. Metody ispytaniya [Particle boards. Test methods]. Instead of GOST 10634–78. Enter. 01/01/90 to 01/01/95. Moscow: Publishing house of standards, 1989, 5 p.
[30] GOST 10635–88 Plity drevesnostruzhechnye. Metody opredeleniya predela prochnosti i modulya uprugosti pri izgibe [Particle boards. Methods for determining the tensile strength and elastic modulus in bending]. Instead of GOST 10635–78; Enter. 01/01/90 to 01/01/95. Moscow: Publishing house of standards, 1989, 5 p.
[31] GOST 10636–90 Plity drevesnostruzhechnye. Metod opredeleniya predela prochnosti pri rastyazhenii perpendikulyarno plasti plity [Particle boards. Method for determining the tensile strength perpendicular to the plate face]. Instead of GOST 10636–78. Enter. 01/01/91 to 01/01/96. Moscow: Standards Publishing House, 1990, 6 p.
[32] Satsura V.M., Bazhenov V.A., Karasev E.I., Makharadze N.I. Nagrevatel’naya plita dlya izgotovleniya drevesnostruzhechnykh plit [Heating plate for the production of particle boards]. A.S. SU 683909 A1, 09/05/1979. Application No. 2596064 dated March 30, 1978.
[33] Tsvetkov V.E., Machneva O.P., Ekimova M.Y. Obtaining lined environmentally friendly wood-based panels. J. of Physics: Conference Series. Сер. Advances in Composites Science and Technologies 2020, ACST 2020, v. 2021, p. 012073.
[34] Machneva O.P., Tsvetkov V.E., Ekimova M.Yu. Mnogoatomnye spirty kak modifikatory karbamidoformal’degidnykh smol [Polyhydric alcohols as modifiers of urea-formaldehyde resins]. Klei. Germetiki. Tekhnologii [Adhesives. Sealants. Technologies], 2018, no. 12, pp. 15–18.
[35] Kocheva M.N., Tsygarova M.V. Issledovanie faktorov, vliyayushchikh na kachestvo poverkhnosti drevesnostruzhechnykh plit po defektam v OOO Promyshlennyy kombinat drevesnykh plit [Study of factors influencing the quality of the surface of particle boards based on defects in LLC Industrial Plant of Wood Boards]. Aktual’nye problemy razvitiya lesnogo kompleksa: mater. Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii. Ministerstvo obrazovaniya i nauki RF, Pravitel’stvo Vologodskoy oblasti, Vologodskiy gosudarstvennyy universitet, Departament lesnogo kompleksa Vologodskoy oblasti [Current problems of the development of the forestry complex: material. International scientific and technical conference. Ministry of Education and Science of the Russian Federation, Government of the Vologda Region, Vologda State University, Department of Forestry of the Vologda Region], 2015, pp. 101–103.
[36] Tsvetkov V.E., Nikitin A.A., Semochkin Y.A., Tsvetkova N.N., Machneva O.P. Properties of composites based on melamine–formaldehyde binding agents. Polymer Science, Series D, 2022, t. 15, no. 1, pp. 49–53.
Сведения об авторах
Ekimova Mariya Yur’evna — Cand. Sci. (Tech.), Senior Researcher at the Research and Testing Center of the 4th State Central Interspecific Landfill of the Ministry of Defense of the Russian Federation, mashula111@yandex.ru
Tsvetkov Vyacheslav Efimovich — Dr. Sci. (Tech.), Academician of the Russian Academy of Sciences, Professor of the BMSTU (Mytishchi branch)
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
|
14
|
ОБРАБОТКА И ПРОГНОЗ ДАННЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОГО РЕГРЕССИОННОГО АНАЛИЗА
|
133-140
|
|
УДК 004.942
DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-133-140
EDN: QUJFGB
Шифр ВАК 1.2.2; 2.3.1
О.М. Полещук, Е.Г. Комаров, Н.Г. Поярков
ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследова-тельский университет)», Россия, 105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5, стр. 1
poleshchuk@mgul.ac.ru
Представлены показатели качества нечетких регрессионных моделей, предназначенных для исследования зависимостей между качественными характеристиками образовательного процесса и для прогноза их значений, а также модель распознавания нечетких значений выходных характеристик регрессий. Приведен алгоритм выбора нечеткой регрессионной модели из линейной и нелинейной моделей на основе показателей их качества. Проведен анализ степеней влияния входных характеристик на выходную характеристику. Построена нечеткая регрессионная модель для прогноза успешности защиты диссертации при поступлении соискателя в аспирантуру и для исследования зависимостей между входными характеристиками соискателя и выходной характеристикой. Альтернативный подход к построению регрессионных моделей на основе нечисловых данных образовательного процесса позволяет не накладывать некорректные условия на исходные данные, считая их значениями случайных величин, и не использовать некорректные арифметические операции для элементов порядковых шкал.
Ключевые слова: образовательный процесс, нечеткая информация, нечеткая регрессионная модель, лингвистическая переменная
Ссылка для цитирования: Полещук О.М., Комаров Е.Г., Поярков Н.Г. Обработка и прогноз данных образовательного процесса на основе нечеткого регрессионного анализа // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2024. Т. 28. № 3. С. 133–140. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-133-140
Список литературы
[1] Заде Л.А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приблизительных решений. М.: Мир, 1976. 165 с.
[2] Voskoglou M.G. Fuzzy Logic as a Tool for Assessing Students’ Knowledge and Skills // Education Science, 2013, v. 3(2), pp. 208–221.
[3] Lin C.T., Lee C.S. Neural Network based Fuzzy Logic Control and Decision System // IEEE Transactions on Comput, 1991, v. 40, no. 12, рp. 1320–1336.
[4] Mendes R. R., Voznika F. D., Freitas, A. A., Nievola J. C. Discovering fuzzy classification rules with genetic programming and co-evolution // Proceedings of the 5th European Conference on Principles of Data Mining and Knowledge Discovery, Freiburg, Germany, September 3–5, 2001, pp. 314–325.
[5] Poleshchuk O., Komarov E. The determination of students’ fuzzy rating points and qualification levels // 1st International Fuzzy Systems Symposium — FUZZYSS’2009, 1–2 October, 2009, Ankara, Turkey, 2009, pp. 218–224.
[6] Ilahi R., Widiaty I., Gafar A. Abdullah Fuzzy system application in education // IOP Conference Series Materials Science and Engineering, 2018, v. 434 (1), p. 012308.
[7] Darwish A., Poleshchuk O. Fuzzy Models for Educational Data Mining // J. of Telecommunications, 2012, v. 15, no. 2, pp. 8–22.
[8] Ruspini E.H. A new approach to clustering // Information and Control, 1969, v. 15, pp. 22–32.
[9] Tamura S., Higuchi S., Tanaka K. Pattern classification based on fuzzy relations // IEEE Transactions on Systems Man and Cybernetics SMC1, 1971, no.1, pp. 61–66. DOI:10.1109/TSMC.1971.5408605
[10] Zadeh L.A. Similarity relations and fuzzy orderings // Information Sciences, 1971, v. 3, pp. 177–200.
[11] Hwang C.L., Lin N.J. Group decision making under multiple criteria. Berlin: Springer, 1987. 400 p.
[12] Dunn J.C. A fuzzy relative of the ISODATA process and its use in detecting compact well-separated clusters // J. of Cybernatics, 1973, v. 3, pp. 32–57.
[13] Ruspini E.H. Recent developments in fuzzy clustering // Fuzzy Set and Possibility Theory. N.Y.: Pergamon Press, 1982, pp. 133–146.
[14] Ryjov A.P. The Concept of a Full Orthogonal Semantic Scope and the Measuring of Semantic Uncertainty // Fifth International Conference Information Processing and Management of Uncertainty in Knowledge-Based Systems, Iran, 4–7 December, 1994, pp. 33–34.
[15] Bezdek J.C. Selected applications in classifier design // Pattern recognition with fuzzy objective function algorithms, 1981, v. 2, pp. 203–239.
[16] Dubois D., Prade H. Ranking Fuzzy Numbers in Setting of Possibility Theory // Information Science, 1983, v. 30, pp. 183–224.
[17] Borisov A.N., Krumberg О.А., Fedorov I.P. Decision making on the basis of fuzzy models: Examples of use. Riga: Zinatne, 1990. 184 p.
[18] Ryjov A. Fuzzy Linguistic Scales: Definition, Properties and Applications. Soft Computing in Measurement and Information Acquisition. Studies in Fuzziness and Soft Computing, 2003, v. 127, pp. 2–12.
[19] Полещук О.М. Кластерный анализ экспертной информации на основе Z-чисел // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2022. Т. 26. № 1. С. 143–148. DOI: 10.18698/2542-1468-2022-1-143-148
[20] Sabic D.A., Pedrycr W. Evaluation on fuzzy linear regression models // Fuzzy Sets and Systems, 1991, v. 39, pp. 51–63.
[21] Tanaka H., Ishibuchi H., Yoshikawa S. Exponential possibility regression analysis // Fuzzy Sets and Systems, 1995, v. 69, pp. 305–318.
[22] Chang Y.-H.O. Hybrid fuzzy least-squares regression analysis and its reliability measures // Fuzzy Sets and Systems, 2001, v. 119, pp. 225–246.
[23] Domrachev V.G., Poleshuk O.M. A regression model for fuzzy initial data // Automation and Remote Control, 2003, v. 64, no. 11, pp. 1715–1724.
[24] Yager R.R., Filev D.P. On the issue of defuzzification and selection based on a fuzzy set // Fuzzy Sets and Systems, 1993, v. 55, pp. 255–272.
[25] Алтунин А.Е., Семухин М.В. Модели и алгоритмы принятия решений в нечетких условиях. Тюмень: Изд-во Тюменского государственного университета, 2002. 268 с.
[26] Liu F., Mendel J.M. Encoding words into interval Type-2 fuzzy sets using an interval approach // IEEE Trans. Fuzzy Systems, 2008, v. 16, no. 6, pp. 187–201.
[27] Runkler T.A., Katz C. Fuzzy clustering by particle swarm optimization // Proceedings of the IEEE International Conference on Fuzzy Systems, Oslo, 1–4 November, 2006. Berlin, 2006, pp. 34-41.
[28] Phyo O., Chaw E. Comparative Study of Fuzzy PSO (FPSO) Clustering Algorithm and Fuzzy C-Means (FCM) Clustering Algorithm // National J. of Parallel and Soft Computing, 2019, v. 1, no. 1, pp. 62–67.
[29] Zadeh L.A. Fuzzy logic and approximate reasoning // Synthese, 1975, v. 80, pp. 407–428.
[30] Aliev R., Guirimov B.: Z-number clustering based on general Type-II fuzzy sets // Advances in Intelligent Systems and Computing, 2018, v. 896, pp. 270-278.
[31] Jamal M., Khalif K., Mohamad S. The implementation of Z-numbers in fuzzy clustering algorithm for wellness of chronic kidney disease patients // J. of Physics: Conference Series, 2018, v. 1366, pp. 201-209.
[32] Zadeh L.A. A note on Z-numbers // Inf. Sci., 2011, v. 14(181), pp. 2923–2932. DOI: 10.1016/j.ins.2011.02.022
[33] Комаров Е.Г., Полещук О.М., Поярков Н.Г. Изучение взаимосвязей между качественными признаками при нечеткой исходной информации // Обозрение прикладной и промышленной математики, 2005. Т. 12. Вып. 4. С. 992–993.
[34] Darwish A., Poleshchuk O., Komarov E. A new fuzzy linear regression model for a special case of interval type-2 fuzzy sets // Applied Mathematics & Information Sciences, 2016, v. 10, no. 3, рp. 1209–1214.
[35] Poleshchuk O.M. Formalization, Prediction and Recognition of Expert Evaluations of Telemetric Data of Artificial Satellites Based on Type-II Fuzzy Sets // Machine Learning and Data Mining in Aerospace Technology. Studies in Computational Intelligence, 2020, v. 836, рр. 39–64.
Сведения об авторах
Полещук Ольга Митрофановна — д-р. техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Высшая математика и физика», ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (Мытищинский филиал), poleshchuk@mgul.ac.ru
Комаров Евгений Геннадиевич — д-р. техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Информационно-измерительные системы и технологии приборостроения», ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (Мытищинский филиал), komarov@mgul.ac.ru
Поярков Николай Геннадьевич — канд. техн. наук, доцент, декан Космического факультета, ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (Мытищинский филиал), poyarkov@mgul.ac.ru
PROCESSING AND PREDICTION OF EDUCATIONAL PROCESS DATA BASED ON FUZZY REGRESSION ANALYSIS
O.M. Poleshchuk, E.G. Komarov, N.G. Poyarkov
BMSTU (Mytishchi branch), 1, 1st Institutskaya st., 141005, Mytishchi, Moscow reg., Russia
poleshchuk@mgul.ac.ru
Quality indicators of fuzzy regression models designed to study the dependencies between the qualitative characteristics of the educational process and to predict their values, as well as a model for recognizing fuzzy values of the output characteristics of regressions are presented. An algorithm for selecting a fuzzy regression model from linear and nonlinear models based on their quality indicators is given. An analysis of the degree of influence of input characteristics on the output characteristic is carried out. A fuzzy regression model has been constructed to predict the success of the dissertation defense when the applicant enters the PhD program and to study the dependencies between the applicant’s input characteristics and the output characteristic. An alternative approach to the construction of regression models based on non-numerical data of the educational process allows not to impose incorrect conditions on the initial data, considering them to be the values of random variables, and not to use incorrect arithmetic operations for the elements of ordinal scales.
Keywords: educational process, fuzzy information, fuzzy regression model, linguistic variable.
Suggested citation: Poleshchuk O.M., Komarov E.G., Poyarkov N.G. Obrabotka i prognoz dannykh obrazovatel’nogo protsessa na osnove nechetkogo regressionnogo analiza [Processing and prediction of educational process data based on fuzzy regression analysis]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2024, vol. 28, no. 3, pp. 133–140. DOI: 10.18698/2542-1468-2024-3-133-140
References
[1] Zade L.A. Ponyatie lingvisticheskoy peremennoy i ego primenenie k prinyatiyu priblizitel’nykh resheniy [The concept of a linguistic variable and its application to approximate decision making]. Moscow: Mir, 1976, 165 p.
[2] Voskoglou M.G. Fuzzy Logic as a Tool for Assessing Students’ Knowledge and Skills. Education Science, 2013, v. 3(2), pp. 208–221.
[3] Lin C.T., Lee C.S. Neural Network based Fuzzy Logic Control and Decision System. IEEE Transactions on Comput, 1991, v. 40, no. 12, рp. 1320–1336.
[4] Mendes R. R., Voznika F. D., Freitas, A. A., Nievola J. C. Discovering fuzzy classification rules with genetic programming and co-evolution. Proceedings of the 5th European Conference on Principles of Data Mining and Knowledge Discovery, 2001, pp. 314–325.
[5] Poleshchuk O., Komarov E. The determination of students’ fuzzy rating points and qualification levels. 1st International Fuzzy Systems Symposium — FUZZYSS’2009, 1–2 October, 2009, Ankara, Turkey, 2009, pp. 218–224.
[6] Ilahi R., Widiaty I., Gafar A. Abdullah Fuzzy system application in education. IOP Conference Series Materials Science and Engineering, 2018, v. 434 (1), p. 012308.
[7] Darwish A., Poleshchuk O. Fuzzy Models for Educational Data Mining. J. of Telecommunications, 2012, v. 15, no. 2, pp. 8–22.
[8] Ruspini E.H. A new approach to clustering. Information and Control, 1969, v. 15, pp. 22–32.
[9] Tamura S., Higuchi S., Tanaka K. Pattern classification based on fuzzy relations. IEEE Transactions on Systems Man and Cybernetics SMC1, 1971, no.1, pp. 61–66. DOI:10.1109/TSMC.1971.5408605
[10] Zadeh L.A. Similarity relations and fuzzy orderings. Information Sciences, 1971, v. 3, pp. 177–200.
[11] Hwang C.L., Lin N.J. Group decision making under multiple criteria. Berlin: Springer, 1987. 400 p.
[12] Dunn J.C. A fuzzy relative of the ISODATA process and its use in detecting compact well-separated clusters. J. of Cybernatics, 1973, v. 3, pp. 32–57.
[13] Ruspini E.H. Recent developments in fuzzy clustering. Fuzzy Set and Possibility Theory. N.Y.: Pergamon Press, 1982, pp. 133–146.
[14] Ryjov A.P. The Concept of a Full Orthogonal Semantic Scope and the Measuring of Semantic Uncertainty. Fifth International Conference Information Processing and Management of Uncertainty in Knowledge-Based Systems, Iran, 4–7 December, 1994, pp. 33–34.
[15] Bezdek J.C. Selected applications in classifier design. Pattern recognition with fuzzy objective function algorithms, 1981, v. 2, pp. 203–239.
[16] Dubois D., Prade H. Ranking Fuzzy Numbers in Setting of Possibility Theory. Information Science, 1983, v. 30, pp. 183–224.
[17] Borisov A.N., Krumberg О.А., Fedorov I.P. Decision making on the basis of fuzzy models: Examples of use. Riga: Zinatne, 1990. 184 p.
[18] Ryjov A. Fuzzy Linguistic Scales: Definition, Properties and Applications. In: Reznik L., Kreinovich V. (eds) Soft Computing in Measurement and Information Acquisition. Studies in Fuzziness and Soft Computing, 2003, v. 127.
[19] Poleshchuk O.M. Klasternyy analiz ekspertnoy informatsii na osnove Z-chisel [Cluster analysis of expert information based on Z-numbers]. Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, 2022, vol. 26, no. 1, pp. 143–148. DOI: 10.18698/2542-1468-2022-1-143-148
[20] Sabic D.A., Pedrycr W. Evaluation on fuzzy linear regression models. Fuzzy Sets and Systems, 1991, v. 39, pp. 51–63.
[21] Tanaka H., Ishibuchi H., Yoshikawa S. Exponential possibility regression analysis. Fuzzy Sets and Systems, 1995, v. 69, pp. 305–318.
[22] Chang Y.-H.O. Hybrid fuzzy least-squares regression analysis and its reliability measures. Fuzzy Sets and Systems, 2001, v. 119, pp. 225–246.
[23] Domrachev V.G., Poleshuk O.M. A regression model for fuzzy initial data. Automation and Remote Control, 2003, v. 64, no. 11, pp. 1715–1724.
[24] Yager R. R., Filev D. P. On the issue of defuzzification and selection based on a fuzzy set. Fuzzy Sets Syst., 1993, v. 55, pp. 255–272.
[25] Altunin A.E., Semukhin M.V. Modeli i algoritmy prinyatiya resheniy v nechetkikh usloviyakh [Models and algorithms for decision making in fuzzy conditions]. Tyumen: Izd-vo Tyumenskogo gos. un-ta [Tyumen State Publishing House Univ.], 2002, 268 p.
[26] Liu F., Mendel J.M. Encoding words into interval Type-2 fuzzy sets using an interval approach. IEEE Trans. Fuzzy Systems, 2008, v. 16, no. 6, pp. 187–201.
[27] Runkler T.A., Katz C. Fuzzy clustering by particle swarm optimization. Proceedings of the IEEE International Conference on Fuzzy Systems, Oslo, 1-4 November, 2006. Berlin, 2006, pp. 34-41.
[28] Phyo O., Chaw E. Comparative Study of Fuzzy PSO (FPSO) Clustering Algorithm and Fuzzy C-Means (FCM) Clustering Algorithm. National J. of Parallel and Soft Computing, 2019, v. 1, no. 1, pp. 62–67.
[29] Zadeh L.A. Fuzzy logic and approximate reasoning. Synthese, 1975, v. 80, pp. 407–428.
[30] Aliev R., Guirimov B.: Z-number clustering based on general Type-II fuzzy sets. Advances in Intelligent Systems and Computing, 2018, v. 896, pp. 270-278.
[31] Jamal M., Khalif K., Mohamad S. The implementation of Z-numbers in fuzzy clustering algorithm for wellness of chronic kidney disease patients. J. of Physics: Conference Series, 2018, v. 1366, pp. 201-209.
[32] Zadeh L.A. A note on Z-numbers. Inf. Sci., 2011, v. 14(181), pp. 2923–2932. DOI: 10.1016/j.ins.2011.02.022
[33] Komarov E.G., Poleshchuk O.M., Poyarkov N.G. Izuchenie vzaimosvyazey mezhdu kachestvennymi priznakami pri nechetkoy iskhodnoy informatsii. Obozrenie prikladnoy i promyshlennoy matematiki [Studying the relationships between qualitative features with fuzzy initial information]. [Review of Applied and Industrial Mathematics], 2005, v. 12, iss. 4, pp. 992–993.
[34] Darwish A., Poleshchuk O., Komarov E. A new fuzzy linear regression model for a special case of interval type-2 fuzzy sets. Applied Mathematics & Information Sciences, 2016, v. 10, no. 3, рp. 1209–1214.
[35] Poleshchuk O.M. Formalization, Prediction and Recognition of Expert Evaluations of Telemetric Data of Artificial Satellites Based on Type-II Fuzzy Sets. Machine Learning and Data Mining in Aerospace Technology. Studies in Computational Intelligence, 2020, v. 836, рр. 39–64.
Сведения об авторах
Poleshchuk Ol’ga Mitrofanovna — Dr. Sci. (Tech.), Professor, Head of Higher Mathematics and Physics Department of the BMSTU (Mytishchi branch), poleshchuk@mgul.ac.ru
Komarov Evgeniy Gennad’evich — Dr. Sci. (Tech.), Professor, Head of the Department of Information and Measuring Systems and Instrumentation Technologies of the BMSTU (Mytishchi branch),
komarov@mgul.ac.ru
Poyarkov Nikolay Gennad’evich — Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor, Dean of the Space Faculty of the BMSTU (Mytishchi branch), poyarkov@mgul.ac.ru
Распечатать страницу