Уводзіны

Неабходным этапам селекцыі лясных драўняных раслін з’яўляецца збор і апрацоўка біяметрычнай інфармацыі для падрабязнага апісання фенатыпічных прыкмет вывучаемых аб’ектаў. Правядзенне вымярэнняў уручную з’яўляецца вельмі працаёмкім і малапрадукцыйным працэсам. Гэта значна зніжае эфектыўнасць правадзімых работ і абцяжарвае далейшы аналіз атрыманай біяметрычнай інфармацыі.

Адным з перспектыўных шляхоў колькаснага апісання фенатыпу раслін з’яўляецца выкарыстанне метадаў камп’ютарнай біяметрыі, г. зн. падыходу, заснаванага на алгарытмічным аналізе лічбавых выяў. Лічбавыя выявы і атрыманыя на гэтай аснове даныя з’яўляюцца аб’ектам даследавання такога кірунку, а метады аналізу выяў, у сваю чаргу, – аналітычным інструментам камп’ютарнай морфаметрыі. Фенатыпічныя прыкметы, звязаныя з афарбоўкай розных органаў хвоі звычайнай, валодаюць значнай унутрывідавой зменлівасцю. Шэраг прыкмет, звязаных з афарбоўкай, носіць устойлівы, генетычна абумоўлены характар. Гэтыя прыкметы шырока выкарыстоўваюцца пры правядзенні генетыка-селекцыйных работ.

Для ацэнкі ўплыву эколага-кліматычных і генетычных фактараў на рост, развіццё і смалапрадуктыўнасць фенатыпу іглічных відаў неабходна вымяраць гадавыя прыросты дрэў і якасныя паказчыкі драўніны, што магчыма на аснове аналізу прыростных кернаў.

 

Вызначэнне фенатыпічных характарыстык драўніны з выкарыстаннем праграмнага модуля «Керн»

Гадавы слой – штогадовы прырост драўніны, шырыня якой залежыць ад шматлікіх фактараў: узросту, умоў росту і становішча ў ствале дрэва. Па радыусе ствала дрэва шырыня гадавых слаёў павялічваецца ад асяродку да перыферыі (кары). У маладым узросце пры спрыяльных умовах вырастання дрэвастою ўтвараюцца больш шырокія гадавыя пласты, у адрозненні ад дрэвастояў, якія растуць на тэрыторыях з абмежаванай колькасцю элементаў харчавання ў глебе.

Гадавы слой уяўляе сабой сукупнасць ранняй і позняй драўніны. Ранняя зона, больш светлая і менш цвёрдая, утвараецца ў першай палове вегетацыйнага перыяду і звернутая да асяродку ствала дрэва. Позняя (вонкавая) – больш цёмная і цвёрдая. Пераход ад ранняй драўніны да позняй можа быць рэзкім ці амаль незаўважным у залежнасці ад умоў вырастання дрэвастою, а таксама кліматычных фактараў, якія ўплываюць на будынак драўніны ствала дрэва.

Позняя драўніна валодае лепшымі фізіка-механічнымі ўласцівасцямі ў параўнанні з ранняй, і ў цэлым з павелічэннем долі позняй драўніны ў гадавым кальцы фізіка-механічныя ўласцівасці драўніны паляпшаюцца.

Некаторыя даследчыкі звязваюць смалапрадуктыўнасць дрэў з доляй позняй драўніны ў гадавым пласце, паколькі менавіта ў іх закладваюцца вертыкальныя смаляныя хады. З прычыны гэтага важным з’яўляюцца выяўленне і выкарыстанне ў селекцыі на смалапрадуктыўнасць хвоі звычайных паказчыкаў драўніны, у тым ліку ацэнкі назапашвання запасу позняй драўніны.

Для атрымання лічбавых малюнкаў кернаў выкарыстоўваўся сканер з аптычным дазволам 1200 кропак на цалю і 24-бітнай глыбінёй колеру. З дапамогай праграмнай апрацоўкі атрыманых выяў вызначаліся функцыі падоўжнай аптычнай шчыльнасці кернаў. Для ліквідацыі выпадковых шумоў і большай інфарматыўнасці функцыі аптычнай шчыльнасці выява сумавалася ў папярочным кірунку (па шырыні керна). Па функцыі аптычнай шчыльнасці кернаў аўтаматычна вызначаліся даныя аб ходзе росту дрэў. Для знаходжання гадавых прыростаў вызначаліся пункты лакальных мінімумаў функцыі аптычнай шчыльнасці керна.

Атрыманыя пры такіх параметрах каляровыя выявы маюць памер прыблізна 20 Кб на 1 сантыметр даўжыні керна ў фармаце JPEG. Для паскарэння атрымання лічбавых выяў мэтазгодна сканіраванне пакетаў кернаў.

На мал. 1 прыведзена форма модуля ацэнкі долі позняй драўніны праграмы «Керн».

Мал. 1. Галаўная форма модуля «Керн» для вызначэння гадавых прыростаў:

а) ацэнка гадавых слаёў па графіку аптычнай шчыльнасці керна;

б) графік радыяльнага росту дрэва

У ходзе аналізу выяў кернаў на аснове метадаў сегментацыі праводзіцца вылучэнне позняй драўніны і вызначэнне размяшчэнняў смаляных хадоў. На мал. 2 прыведзена форма модуля ацэнкі долі позняй драўніны праграмы «Керн»  і шчыльнасці смаляных хадоў драўніны іглічных відаў.

Мал. 2. Вызначэнне фенатыпічных характарыстык драўніны хвоі звычайнай:

а) ацэнка долі позняй драўніны;

б) ацэнка колькасці і шчыльнасці смаляных хадоў драўніны

 

Апрабацыя метадаў атрымання колькасных фенатыпічных характарыстык драўніны з выкарыстаннем метадаў камп’ютарнай біяметрыі

У ходзе апрабацыі прапанаваных метадаў і створанага на іх аснове праграмнага модуля былі праведзены аналіз ходу росту і вызначэнне долі позняй драўніны і шчыльнасці вертыкальных смаляных хадоў прыростных кернаў хвоі звычайнай. Устаноўлены статыстычна значныя карэляцыйныя ўзаемасувязі шчыльнасці вертыкальных смаляных хадоў, шчыльнасці кернаў і запасу позняй драўніны з узроўнем смалапрадуктыўнасці хвоі звычайнай.

 

Мал. 3. Залежнасць смалапрадуктыўнасці хвоі ад шчыльнасці смаляных хадоў і долі позняй драўніны

На мал. 3 паказана залежнасць смалапрадуктыўнасці хвоі звычайнай ад долі позняй драўніны і шчыльнасці смаляных хадоў. Відавочна, што смалапрадуктыўнасць дрэва, доля позняй драўніны кернаў і шчыльнасці смаляных хадоў станоўча карэляваны. Гэта абумоўлена тым, што ў позняй драўніне закладваюцца вертыкальныя смаляныя хады.

 

Заключэнне

Прапанаваныя метады ходу росту дрэва, ацэнкі долі позняй драўніны, шчыльнасці вертыкальных смаляных хадоў і тэкстурных характарыстык кернаў дазваляюць улічваць даныя колькасных фенатыпічных прыкмет драўніны ў лясной дэндралогіі і селекцыйных праграмах.

У ходзе аналізу колькасных характарыстык прыростных кернаў былі ўсталяваныя карэляцыйныя залежнасці паміж адсоткам позняй драўніны, шчыльнасцю вертыкальных смаляных хадоў, тэкстурнымі характарыстыкамі драўніны кергаў смалапрадуктыўнасцю фенатыпу хвоі звычайнай.

Марфалагічныя прыкметы драўніны з’яўляюцца важнымі характарыстыкамі фенатыпу драўняных раслін. Метады камп’ютарнай біяметрыі могуць быць выкарыстаны для колькаснай ацэнкі характарыстык драўніны, выяўлення заганаў і захворванняў дрэў, а таксама для колькаснай ацэнкі ступені дэкаратыўнасці драўніны каштоўных парод.