4212

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

БИОГЕОФИЗИКА ЛЕСА

Методические указания к практическим занятиям для студентов по направлениям подготовки: 35.04.01 – Лесное дело, 35.04.09 - Ландшафтная архитектура

2

ВОРОНЕЖ 2016

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

В.И. Лисицын, Н.Ю. Евсикова, Н.С. Камалова

БИОГЕОФИЗИКА ЛЕСА

Методические указания к практическим занятиям для студентов по направлениям подготовки: 35.04.01 – Лесное дело, 35.04.09 - Ландшафтная архитектура

3

Воронеж 2016

УДК 574.24 Ф50

Лисицын В. И. Биогеофизика леса [Электронный ресурс] : Методические указания к практическим занятиям для студентов по направлениям подготовки: 35.04.01 – Лесное дело, 35.04.09 – Ландшафтная архитектура / В.И. Лисицын, Н.Ю. Евсикова, Н.С. Камалова. М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. – 30 с. – ЭБС ВГЛТУ.

В методических указаниях приводятся алгоритм решения задач по «Биогеофизике леса», основные формулы и некоторые постоянные, необходимые для решения задач, а также 10 вариантов индивидуальных заданий по проблемам динамики роста древостоев.

Методические указания предназначены для студентов по направлениям подготовки: 35.04.01 – Лесное дело, 35.04.09 – Ландшафтная архитектура. Они могут быть использованы при самоподготовке студентами всех направлений подготовки и форм обучения, а также при дистанционном обучении.

Табл. 1. Ил. 24. Библиогр.: 8 наим.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ».

Рецензент: доктор физ.-мат. наук, профессор кафедры математического и прикладного анализа факультета прикладной математики, информатики и механики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет» Тимошенко Ю.К.

Ответственный редактор В.И. Лисицын

Коллектив авторов, 2016

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», 2016

4

ОГЛАВЛЕНИЕ

5

ПРЕДИСЛОВИЕ

Методические указания содержат задания для решения на практических занятиях по дисциплине «Биогеофизика леса». Каждое задание начинается с описания особенностей алгоритма решения для данного древостоя. Здесь же приводятся основные исходные параметры древостоя (порода деревьев, бонитет, значения необходимого признака в динамике роста и др.), касающиеся рассматриваемого круга проблем.

Все задачи пособия нацелены на выяснение физического смысла явлений, законов, понятий и соотношений, рассматриваемых в курсе «Биогеофизики леса». Достаточная многовариантность условий заданий способствует самостоятельности работы студентов.

В методические указания включены как задания, базирующиеся на «регрессивных» моделях динамики роста древостоев, так и задания, имеющие в своей основе «эколого-физиологические» модели. Большинство заданий апробировано в течение ряда лет на практических занятиях со студентами Лесного факультета ВГЛТУ.

Методические указания предназначены для студентов по направлениям подготовки: 35.04.01 – Лесное дело, 35.04.09 – Ландшафтная архитектура. Они могут быть использованы при самоподготовке студентами всех направлений подготовки и форм обучения, а также при дистанционном обучении.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью изучения дисциплины «Биогеофизика леса» является формирование у студентов знаний и умений по проведению анализа и синтеза различных природных систем, их взаимодействия между собой, в частности растительного покрова Земли с физическими факторами внешней среды, обмене и превращения разных видов энергии, массообмене между средой и экосистемами.

В основу курса положен принцип экспериментального и теоретического моделирования физических процессов в экологических системах.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

–изучение законов окружающего мира в их взаимосвязи;

–формирование у магистрантов представления о физических принципах взаимодействия растительного покрова Земли с окружающей средой;

6

–овладение фундаментальными принципами и методами решения на- учно-технических задач;

–формирование навыков по применению положений биофизики и к грамотному научному анализу ситуаций, с которыми магистранту придется сталкиваться при создании или использовании новой техники и новых технологий;

–освоение основных биогеофизических теорий, позволяющих описать явления в природе, и пределов применимости этих теорий для решения современных и перспективных профессиональных задач;

–формирование у студентов основ естественнонаучной картины мира.

В результате освоения дисциплины магистрант должен:

знать:

–основные биофизические явления и основные законы физики; границы их применимости, применение законов в важнейших практических приложениях;

–физические механизмы и принципы их функционирования в биосфере, особенности описания их в экосистемах;

уметь:

–объяснить основные наблюдаемые природные и техногенные явления

иэффекты с позиций фундаментальных физических взаимодействий;

–указать, какие законы описывают данное явление или эффект;

–оценивать экологические последствия нарушения энергетического баланса и массобмена в природе;

–использовать методы адекватного физического и математического моделирования, а также применять методы физико-математического анализа к решению конкретных естественнонаучных и технических проблем;

владеть следующими навыками:

–использования основных общефизических законов и принципов в важнейших практических приложениях;

–применения основных методов физико-математического анализа для решения естественнонаучных задач;

–обработки и интерпретирования результатов эксперимента.

СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

Введение

Экосистемы: понятия и определения.

Раздел 1. Роль физических факторов среды в энерго-массообмене

Общие представления об энергетическом балансе экосистем.

7

Основные физические закономерности, используемые в биогеофизике леса. Потоки солнечной энергии у поверхности Земли. Утилизация солнечной энергии биосферой.

Раздел 2. Тепловой обмен организмов с окружающей средой

Модели фотосинтеза на уровне листа, дерева, лесной экосистемы. Потоки энергии на трофических уровнях. Биомасса, потребление и

продукция в биосфере. Доля биосферного потока, используемого человечеством. Роль леса в энергетики биосферы.

Кругооборот воды в биосфере. Транспирация. Роль лесных ценозов в кругообороте воды в биосфере. Связь энергетического и водного баланса суши.

Кругооборот углерода и кислорода в биосфере. Устойчивость биосферы, как условие сохранения окружающей человека среды.

Раздел 3. Энерго и массообмен в лесных экосистемах

Эколого-физиологические модели динамики роста древостоев. Газообмен между экосистемой и атмосферой. Поглощение света кро-

ной деревьев. Листовой индекс. Движение воды в ксилеме и флоэме растений. Механизмы движения воды по ксилеме.

Общие биофизические и геофизические свойства растительного покрова. Энергетика отношений леса и внешней среды. Общая математическая модель энергетики растительного покрова. Математическая модель энергетики нестационарного растительного покрова. Нестационарные хвойные насаждения с максимальным поглощением световой энергии. Нестационарные лиственные насаждения с максимальным поглощением световой энергии. Отношение хвойных и лиственных пород в смешанном насаждении с энергетической точки зрения. Методика прогностического расчета биомассы одновозрастного насаждения. Биомасса лесных насаждений в условиях хозяйственной эксплуатации. Биофизическая теория самоизреживания леса. Биогеофизическая модель Корзухина для однопородного одновозрастного древостоя. Модели динамики роста многопородного древостоя.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ СТУДЕНТАМ ПО ПОДГОТОВКЕ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

Важной составной частью изучения дисциплины «Биогеофизика леса» являются практические занятия, в ходе которых теоретический материал, изученный на лекциях закрепляется путем решения расчетных и качественных задач различного уровня сложности, в том числе задач, рассматривающих различные модели динамики роста древостоев.

8

Подготовка к практическому занятию делится два этапа:

1)организационный;

2)закрепление и углубление теоретических знаний.

На первом этапе студент планирует свою самостоятельную работу, которая включает:

1)уяснение задания на самостоятельную работу;

2)подбор рекомендованной литературы;

3)составление плана работы, в котором определяются основные пункты предстоящей подготовки.

Составление плана дисциплинирует и повышает организованность в работе.

Задача практических занятий по «Биогеофизике леса» заключается в:

овладении фундаментальными принципами и методами решения научных задач;

формировании навыков по применению положений фундаментальной физики к грамотному научному анализу ситуаций, с которыми магиструпридется сталкиваться при планировании будущей работы;

освоении основных физических положений, позволяющих характеризовать процессы в экосистемах, уяснении пределов применимости предлагаемых моделей для решения современных и перспективных профессиональных задач.

В результате этих занятий студент должен сформировать практические навыки:

– записи условия задачи, в котором выделяются известные данные и конкретизируется вопрос (в процессе конкретизации определяется характеристика процесса, значение которой необходимо найти);

– обоснования выбора пути решения, в котором приводится основная фундаментальная закономерность, позволяющая найти решение задачи;

– получения по заданной математической модели численных результатов, анализа полученных данных, сравнения этих данных с соответствующими экспериментальными значениями;

– формулировки ответа на вопрос, поставленный в задаче.

Для формирования перечисленных навыков студент должен самостоятельно разобрать примеры разных моделей динамики роста древостоев, приводимые в пособии (для заочной формы обучения) или в конспекте практического занятия, и самостоятельно выбрать наиболее подходящую модель для конкретных условий произрастания. При необходимости следует обращаться за консультацией к преподавателю.

9

Впроцессе подготовки к практическим занятиям рекомендуется обсуждение материала с другими студентами, во время которого закрепляются знания, а также приобретается практика изложения и обсуждения полученных знаний, развиваются коммуникативные навыки.

Входе практических занятий по биогеофизике студенты знакомятся с алгоритмом и типовыми приемами моделирования. Полученные знания закрепляются путем выполнения индивидуальных заданий по теме практического занятия. Темы практических занятий приведены в таблице.

Темы практических занятий по дисциплине «Биогеофизика леса»