Новый метод измерения денситометрических параметров годичных колец древесных растений

Abstract

Древесные кольца являются одними из наиболее достоверных источников информации об условиях окружающей среды и климата в прошлом. Рентгеновская денситометрия как один из важнейших инструментов дендроэкологии и дендроклиматологии существенно расширяет возможности исследований по реконструкции различных природных процессов. Классический рентгеновский денситометрический комплекс DENDRO 2003, обладая общепризнанными достоинствами, тем не менее имеет ряд существенных недостатков, таких как высокая стоимость, громоздкость, использование рентгеновских плёнок и т.д., что вынуждает искать альтернативные пути развития денситометрии годичных колец. В работе представлен новый методический подход к измерению профиля плотности годичных колец деревьев и построению хронологий параметров плотности древесных колец, основанный на разделении точек изображения клеточной структуры колец по их контрастности, получивший название пиксель-контрастной денситометрии (Pixel Contrast Densitometry, PiC densitometry). Проведена экспериментальная апробация разработанных методов PiC денситометрии при помощи демонстратора, реализованного в виде программного обеспечения, позволяющего выполнять измерения профиля плотности годичных колец и получать хронологии различных его параметров. Сравнительный анализ результатов измерений и функциональных характеристик рентгеновской и PiC денситометрии показал, что денситометрический комплекс, построенный на базе разработанных методов и программного обеспечения PiC денситометрии, позволяет получать результаты, идентичные результатам рентгеновской денситометрии, обладает большей функциональностью, меньшей стоимостью и способен полностью заменить собой рентгеновский денситометрический комплекс DENDRO 2003 в широком спектре дендроэкологических и дендроклиматических исследований

Tree rings are the most reliable high-resolution proxy archive for past climate and environmental changes, and X‑ray densitometry is an important tool, which significantly expands the possibilities of dendroecology and dendroclimatology. The classic X‑ray densitometric laboratory DENDRO 2003 with all its advantages, however, has a number of drawbacks, such as its high price, installation size, requirement of X‑ray films and experienced technical staff, etc., which forces one to look for alternatives. The paper presents a new methodological approach to measuring wood density, developing tree-ring density profiles, and constructing tree- ring density chronologies. The proposed method – contrast densitometry (PiC densitometry) – is based on the pixel contrast in a high- resolution image of ring structures. Initial experimental tests using a specially developed demonstrator showed the strength and functionality of our approach, which produced results comparable to those derived by the traditional X‑ray DENDRO 2003 technique. This new methodology is capable of replacing traditional DENDRO 2003 applications in a wide range of dendroecological and dendroclimatic studies