CC BY
3УДК 630 Статья поступила 15.03.2023 г
4.3.1. Технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса DOI 10.35524/2227-0280_2023_03_16
ЗАВИСИМОСТЬ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СОСНЫ КЕДРОВОЙ СИБИРСКОЙ ОТ РАЗМЕРА ДИАМЕТРА
г Д.С. Чеснова,
студент, Инженерно-технологический институт,
ФГБОУ ВО "Государственный аграрный университет Северного Зауралья"
А.А. Побединский,
кандидат технических наук, доцент кафедры лесного хозяйства, деревообработки и прикладной механики, ФГБОУ ВО "Государственный аграрный университет Северного Зауралья"
Ключевые слова: мультиметр, измерение, внутреннее напряжение, сила тока, биоэлектрические показатели, древостой, сосна кедровая сибирская
Key words: multimeter, measurement, internal voltage, current strength, bioelectric indicators, tree stand, Siberian cedar pine
Сосна кедровая сибирская Pinussibirica, произрастающая на территории Западной Сибири, среди местных жителей называется не иначе как «кедр» или «кедровник». Однако с кедрами они состоят в одном семействе, но имеют свой отдельный род. Данные деревья могут образовывать свои целые леса - кедрачи, но встречаются и в составе смешанных лесов с другими хвойными породами. Круглый год данный древостой находится в зеленом цвете, ствол ровный и прямой, для устойчивости имеется стержневая корневая система с отделяющимися боковыми корнями, высота при этом может достигать 40 метров.
Практически все части дерева используются человеком в быту и на различного рода производстве. Каждая порода древесины по своему строению уникальна, поэтому и используется в конкретном назначении. Массив древесины кедра, как и любой хвойной породы, обладает легкой обрабатываемостью и относительно высокой прочностью, отсюда и применение в строительстве, транспорте; кроме того, имеет низкую растрескиваемость при сушке; практически не гниет; в ремесленном деле можно использовать даже корни древесины; кедровые орехи для получения масла; хвою применяют при лечении порезов и ожогов; на территории парков и садов кедры небольших размеров используются как декоративное растение.
Сосна кедровая сибирская имеет огромное экономическое и экологическое значение для сибирского региона [9-11], но достичь этого можно лишь при переработке древесины или его семян. На момент пока дерево находится в стадии роста, человечество может получать только кислород, обогащенный хвойным наполнителем, и лишь в возрасте 50-60 лет ежегодно опадающие шишки с семенами. Кедр относится к медленно растущим древесным растениям, его жизненный цикл - около 500 лет, при более благоприятных условиях достигает 800-850 лет.
Так как цикл жизни данного древостоя продолжителен, возникает вопрос: а можно ли кроме кислорода и шишек еще извлечь какую-то пользу от растущего «кедра»? Ответ можно получить, основываясь на уже произведенных опытных исследованиях биоэлектрических показателей сосны обыкновенной и березы [5-6], произрастающей также на территории Западной Сибири. Эту незначительную энергию можно аккумулировать при помощи специальных энергоёмких накопителей для дальнейшего использования в различных системах, например, для получения достоверной и объективной информации о состоянии климатических условий в определенной точке леса и даже за его пределами [7].
Целью данной статьи является выявление наиболее значимых биоэлектрических пока-
зателей сосны кедровой сибирской и определение их взаимосвязи по мере изменения диаметра дерева. Для получения первичных данных в зависимости от диаметра дерева другими параметрами, такими как влажность, давление, температура и т.д., на данный момент пренебрегаем.
Для выполнения поставленной цели в Западной Сибири будет выбран лесной участок, содержащий в себе растущий кедровник различного диаметра. Данный участок леса и лесопарковой территории находится в Голыш-мановском районе Тюменской области. Как было сказано ранее, кедры способны расти как своим семейством, так и в составе смешанных и хвойных лесов, поэтому измерения будут проводиться в разных местах в пределах одного района.
Основные биоэлектрические показатели для растущего древостоя - это внутренняя сила тока, напряжение и сопротивление, причем зная первые два, можно и без измерения вычислить третье. При выполнении натурных экспериментов воспользуемся специальным прибором - мультиметром, способным выполнять измерения по данным величинам до 0,001; показатели, которые будут ниже, не представляют высокого интереса. Непосредственно перед измерением биоэлектрических показателей мультиметром, необходимо проверить его правильную работоспособность, для этого можно измерить
исправную емкостную батарею (автомобильный аккумулятор 12 вольт или элемент питания на 1,5 вольта).
Методика измерения. Один конец щупа, исходящий из мультиметра, будет входить непосредственно в стволовую часть дерева на 1-2 см на высоте 0,8-1,3 метра от уровня почвы. В некоторых вариантах применяется гвоздь для прохождения зарядов, но этот момент необходимо использовать, если кора не позволит выполнить замеры из-за короткой длины острия щупа. Второй щуп непосредственно втыкается в почву на глубину около 5 см. При отсутствии контакта второго щупа с почвой дальнейшее углубление производить не нужно, для решения этого вопроса необходимо использовать медную или алюминиевую проволоку толщиной около 2-2,5 мм с последующим проникновением её в почву. Выполнить это необходимо на глубину 20-30 см с рядом растущим деревом, а сам щуп непосредственно соединить с этой проволокой. Предварительные измерения деревьев (березы, сосны) показали, что проволока или гвоздь не оказывают значительного влияния на потери получаемых значений. Примерная процедура измерения биоэлектрических показателей в разное время года показана на рисунках 1, 2, это необходимо для выявления наименьших биоэлектрических показателей. После соединения щупов при помощи переключателя поочередно наводим на каждый из
а) б)
Рис. 1. Измерение биоэлектрических показателей сосны кедровой сибирской в Голышмановском районе Тюменской области в зимнее время года:
а - измерение напряжения; б - измерение силы тока
а) б)
Рис. 2. Измерение биоэлектрических показателей сосны кедровой сибирской в лесопарке Голышмановского района Тюменской области в летнее время года:
а - измерение напряжения; б - измерение силы тока
измеряемых электрических параметров. При измерении важно учитывать, что некоторые значения необходимо зафиксировать не сразу, а спустя некоторое время, поскольку такой показатель, как напряжение может сразу давать высокое значение, но спустя несколько секунд понизится и зафиксируется на одном уровне.
Все полученные результаты, отображенные на дисплее мультиметра, заносятся в протоколы проводимых натурных исследований. Биоэлектрические измерения сосны кедровой сибирской, выполненные в зимнее время года, представлены в таблицах 1, 2.
Таблица 1
Показания силы тока и напряжения внутри растущего дерева в зависимости от диаметра на примере сосны кедровой сибирской, произрастающей в Тюменской области (зимний период времени)
Биоэлектрический показатель/диаметр дерева (см) 14 19 23 26 28 33 37 42 45 47
Напряжение, В 0,1 0,25 0,28 0,3 0,31 0,28 0,4 0,42 0,45 0,44
Сила тока, А - - 0,012 0,018 0,017 0,01 0,014 0,017 0,019 0,013
Таблица 2
Показания силы тока и напряжения внутри растущего дерева в зависимости от диаметра на примере сосны кедровой сибирской, произрастающей
в Тюменской области < летний период времени)
Биоэлектрический показатель/диаметр дерева (см) 14 19 23 26 28 33 37 42 45 47
Напряжение, В 0,1 0,27 0,3 0,32 0,34 0,3 0,49 0,6 0,54 0,42
Сила тока, А - - 0,01 0,015 0,018 0,01 0,015 0,018 0,02 0,01
Полученные данные биоэлектрических показателей сосны кедровой сибирской преобразуем в гистограмму для летнего и зимнего периода времени (рис. 3, 4). В ней для наглядной картины толщину диаметра сосны кедровой сибирской преобразуем из сантиметров в метры.
Обращая внимание на полученные данные, по внутреннему напряжению сосны кедровой сибирской сказать твердо, что с увеличением диаметра идет увеличение напряжения, не предоставляется возможным. В данном случае происходит исключение на диаметрах 33 и 47 см, показатели которых хоть и ненамного, но меньше своих предшественников по меньшему диаметру.
Аналогичная ситуация происходит и с силой тока, зафиксированной мультиметром в тех же диаметрах, в которых измерения напряжения не входили в состав поэтапного увеличения, внутренняя сила тока так же показывает неоднозначную картину.
Интересным является и тот факт, что внезапное снижение биоэлектрических показате-
лей по мере увеличения диаметра, проявляющееся на диаметрах 33 и 47 см, наблюдается в период минусовых температур и в период теплого жаркого времени года. Если рассматривать отдельно силу тока в дереве, то она выглядит более сбалансировано, ее показатели варьируются от 0,01 до 0,002А и особо не зависят от времени года в отличие от внутреннего напряжения.
Вывод. Согласно проведенным исследованиям можно утверждать, что внутри сосны кедровой сибирской имеются определенные биоэлектрические показатели, которые можно аккумулировать для накопления энергии малой мощности. Накапливать заряды возможно в течение всего календарного года вне зависимости от времени года, но для расчетов накопления использовать минимальные, т.е. те, которые выявлены в зимний период времени.
Аргументировано можно сказать, что кроме увеличения диаметра сосны кедровой сибирской, влияющего на изменяющиеся показатели внутреннего напряжения и силы тока в
Рис. 3. Гистограмма внутреннего напряжения и силы тока в зависимости от размера диаметра растущего древостоя (зимний период времени)
Рис. 4. Гистограмма внутреннего напряжения и силы тока в зависимости от размера диаметра растущего древостоя (летний период времени года)
большую, а в редких случаях и в меньшую сторону, могут оказывать влияние и другие параметры, а именно, влажность, температура, давление и т.д., которые необходимо так же подвергнуть тщательному изучению.
Библиографический список
1. Лесной кодекс РФ : сайт. - URL: http:// www.leskod.ru (дата обращения: 07.11.2022).
- Текст : электронный.
2. Лесоустройство в России : сайт. - URL: https://roslesinforg.ru/ (дата обращения: 04.12. 2022). - Текст : электронный.
3. Федеральное агентство лесного хозяйства : сайт. - URL: https://rosleshoz.gov.ru/ (дата обращения: 03.10.2022 г.). - Текст : электронный.
4. Касторнова, А. В. Глобальные экологические проблемы леса и природы в целом / А. В. Касторнова, Д. В. Дмитриева, К. М. Быто-това. - Текст : непосредственный // Интеграция науки и образования в аграрных вузах для обеспечения продовольственной безопасности России. Сборник трудов национальной научно-практической конференции. - Тюмень, 2022. - С. 239-244.
5. Побединский, А. А. Электрические показатели березы, растущей на лесных участках Тюменской области // А. А. Побединский, И. О. Смердов. - Текст : непосредственный // Лесоэксплуатация и комплексное использование древесины. Сборник статей IX Всероссийской научно-практической конференции.
- Красноярск, 2022. - С. 109-113.
6. Побединский, А. А. Исследование влияния места произрастания на силу тока в рас-
тущем дереве (сосна обыкновенная) в Тюменской области / А. А. Побединский, И. О. Смердов. - Текст : непосредственный // Леса России : политика, промышленность, наука образование. Материалы VII Всероссийской научно-технической конференции. - Санкт-Петербург, 2022. - С. 291-293.
7. Побединский, А. А. Контроль над территориальной целостностью лесного участка, отведенного для заготовки древесины / А. А. Побединский, В. В. Побединский. - Текст : непосредственный // Деревообрабатывающая промышленность. - 2020. - № 1. - С. 3-8.
8. Усольцев, С. А. Влияние влажности древесины на прочностные характеристики пиломатериала / С. А. Усольцев, И. Е. Чибрик, С. Н. Кокошин. - Текст : непосредственный // Инновационные технологии в лесохозяйствен-ной, деревообрабатывающей промышленности и прикладной механике. Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции. -Тюмень, 2022. - С. 10-14.
9. Фокин, С. В. О важности развития биоэнергетики в связи с необходимостью применения для производственных и коммунальных целей возобновляемых природных ресурсов / С. В. Фокин, О. А. Фомина. - Текст : непосредственный // Мир инноваций. - 2019. - № 4. -С. 23-27.
10. Фокин, С. В. К вопросу производства энергетической древесины дисковыми руби-тельными машинами с различными способами выброса щепы / С. В. Фокин, О. А. Фомина. - Текст : непосредственный // Лесной вестник. ForestryBulletin. - 2020. - Т. 24. - № 2. -С. 68-73.
11. Фокин, С. В. Об основных видах энергетической древесины / С. В. Фокин, О. А. Фомина. - Текст : непосредственный // Forest engineering. Сборник материалов научно-практической конференции с международным участием. - Якутск, 2018. - С. 273-277.
12. Шулепова, О. В. Лесные ресурсы Тюменской области / О. В. Шулепова, Н. В. Сан-никова, О. В. Ковалева. - Текст : непосредственный // Рациональное использование природных ресурсов : теория, практика и региональные проблемы. Материалы II Всероссийской (национальной) научно-технической конференции. Шулепова, О. В. Лесные ресурсы Тюменской области / О. В. Шулепова, Н. В. Санникова, О. В. Ковалева. - Текст : непосредственный // Рациональное использование природных ресурсов : теория, практика и региональные проблемы. Материалы II Всероссийской (национальной) научно-технической конференции. - Омск, 2022. - С. 20-26.
References
1. Lesnoj kodeks RF : sajt. - URL: http://www. leskod.ru (data obrashcheniya: 07.11.2022). -Tekst : elektronnyj.
2. Lesoustrojstvo v Rossii : sajt. - URL: https:// roslesinforg.ru/ (data obrashcheniya: 04.12. 2022). - Tekst : elektronnyj.
3. Federal'noe agentstvo lesnogo hozyajstva : sajt. - URL: https://rosleshoz.gov.ru/ (data obrashcheniya: 03.10.2022 g.). - Tekst : elektronnyj.
4. Kastornova, A. V. Global'nye ekologicheskie problemy lesa i prirody v celom / A. V. Kastornova, D. V. Dmitrieva, K. M. Bytotova. - Tekst : nepo-sredstvennyj // Integraciya nauki i obrazovaniya v agrarnyh vuzah dlya obespecheniya prodovol'-stvennoj bezopasnosti Rossii. Sbornik trudov nacional'noj nauchno-prakticheskoj konferencii.
- Tyumen', 2022. - S. 239-244.
5. Pobedinskij, A. A. Elektricheskie pokazateli berezy, rastushchej na lesnyh uchastkah Tyumenskoj oblasti // A. A. Pobedinskij, I. O. Smerdov. - Tekst : neposredstvennyj // Leso-ekspluataciya i kompleksnoe ispol'zovanie dre-vesiny. Sbornik statej IH Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii. - Krasnoyarsk, 2022.
- S. 109-113.
6. Pobedinskij, A. A. Issledovanie vliyaniya mesta proizrastaniya na silu toka v rastushchem
dereve (sosna obyknovennaya) v Tyumenskoj oblasti / A. A. Pobedinskij, I. O. Smerdov. - Tekst : neposredstvennyj // Lesa Rossii : politika, pro-myshlennost', nauka obrazovanie. Materialy VII Vserossijskoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii.
- Sankt-Peterburg, 2022. - S. 291-293.
7. Pobedinskij, A. A. Kontrol' nad territorial'noj celostnost'yu lesnogo uchastka, otvedennogo dlya zagotovki drevesiny / A. A. Pobedinskij, V. V. Pobedinskij. - Tekst : neposredstvennyj // Derevoobrabatyvayushchaya promyshlennost'.
- 2020. - № 1. - S. 3-8.
8. Usol'cev, S. A. Vliyanie vlazhnosti drevesiny na prochnostnye harakteristiki pilomateriala / S. A. Usol'cev, I. E. CHibrik, S. N. Kokoshin. - Tekst : neposredstvennyj // Innovacionnye tekhnologii v lesohozyajstvennoj, derevoobrabatyvayushchej promyshlennosti i prikladnoj mekhanike. Sbornik trudov Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii. -Tyumen', 2022. - S. 10-14.
9. Fokin, S. V. O vazhnosti razvitiya bioener-getiki v svyazi s neobhodimost'yu primeneniya dlya proizvodstvennyh i kommunal'nyh celej vozobnovlyaemyh prirodnyh resursov / S. V. Fokin, O. A. Fomina. - Tekst : neposredstvennyj // Mir innovacij. - 2019. - № 4. - S. 23-27.
10. Fokin, S. V. K voprosu proizvodstva ener-geticheskoj drevesiny diskovymi rubitel'nymi mashinami s razlichnymi sposobami vybrosa shche-py / S. V. Fokin, O. A. Fomina. - Tekst : neposredstvennyj // Lesnoj vestnik. ForestryBulletin.
- 2020. - T. 24. - № 2. - S. 68-73.
11. Fokin, S. V. Ob osnovnyh vidah ener-geticheskoj drevesiny / S. V. Fokin, O. A. Fomina.
- Tekst : neposredstvennyj // Forest engineering. Sbornik materialov nauchno-prakticheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem. -YAkutsk, 2018. - S. 273-277.
12. SHulepova, O. V. Lesnye resursy Tyumenskoj oblasti / O. V. SHulepova, N. V. San-nikova, O. V. Kovaleva. - Tekst : neposredstvennyj // Racional'noe ispol'zovanie prirodnyh resursov : teoriya, praktika i regional'nye problemy. Materialy II Vserossijskoj (nacional'noj) nauchno-tekhnicheskoj konferencii. SHulepova, O. V. Lesnye resursy Tyumenskoj oblasti / O. V. SHulepova, N. V. Sannikova, O. V. Kovaleva. - Tekst : neposredstvennyj // Racional'noe ispol'zovanie prirodnyh resursov : teoriya, praktika i regional'nye problemy. Materialy II Vserossijskoj (nacional'noj) nauchno-tekhnicheskoj konferencii.
- Omsk, 2022. - S. 20-26.
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ Контактная информация: Чеснова Дарья Сергеевна
студент, Инженерно-технологический институт, ФГБОУ ВО "Государственный аграрный университет Северного Зауралья", 625003 г. Тюмень, ул. Республики, 7 E-mail: [email protected]
Побединский Андрей Анатольевич
доцент кафедры лесного хозяйства, деревообработки и прикладной механики, ФГБОУ ВО "Государственный аграрный университет Северного Зауралья", 625003 г. Тюмень, ул. Республики, 7 E-mail: [email protected]
Contact Information: Chesnova Daria Sergeevna
student, Institute of Engineering and Technology, Northern Trans-Ural State Agricultural University, 625003, the city of Tyumen, Republic street, the house 7
E-mail: [email protected]
Pobedinsky Andrey Anatolievich
Associate Professor, Department of Forestry, Woodworking and Applied Mechanics, Northern Trans-Ural State Agricultural University, 625003, the city of Tyumen, Republic street, the house 7
E-mail: [email protected]
