Способ определения биомассы прямостоящей растительности

(71) Всесоюзный научинститут сельскохозягии(56) Авторское свидетМ 160876, кл. 6 01 й ИОМАССЫ НОСТИ йство. Сущт гамма-изаправлении ма-излучеа-излучения разностям еляют био 6но-исследовательскиййственной метеоролольство С 3/00, 196 ы ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) Изобретение относится к лесному и сельскому хозяйству и может быть использовано при дистанционном бесконтактном определении биомассы надземной части ле.са или другой растительности, стебли которой близки к вертикали (зерновые, подсолнечник и т, и.),Известен способ дистанционного определения биомассы растений, заключающийся в одновременном измерении с летательного аппарата яркостной температуры системы почва-растительность в СВЧ- диапазоне и гамма-излучения почвы.Недостатком этого способа является необходимость применения двух довольно сложных СВЧ и гамма-спектрометров. Кроме того, применение этого способа связано с дополнительными работами по определению гамма-излучения сухой почвы,Наиболее близким по техническому осуществлению к предлагаемому способу является способ определения водных запасов в верхнем слое почвы и на ее поверхности, заключающийся в определении запасов воды, водного эквивалента снега) на поверхности почвы одним из трех приемов;(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Б ПРЯМОСТОЯЩЕЙ РАСТИТЕЛЬ (57) Использование, лесное хозя ность изобретения: регистрирую лучение почвы в вертикальном н и многократно рассеянное гам ние, Определяют величину гамм почвы над уровнем земли и по измеренных показателей опред массу растительности. по ослаблению водой (снегом) потока гамма-излучения радиоактивных элементовпочвы, для чего выполняются измерения до и после появления воды (снега) на почве;по изменению отношения интенсивностей двух спектральных линий, принадлежащих одному и тому же изотопу, за счетБ различия ослабляющего действия на них воды (снега);по измерению поглощения гамма-излучения в нескольких не менее двух) телесных углах, для чего измерения выполняются несколькими детекторами в разных телесных Ь углах. амОднако все три приема осуществления ( а этого способа имеют существенные недо- а ста тки.Сложность первого приема аакпючается а необходимости проведения деухкрат.ат)ааиЪ ных измерений строго по одним и тем же местам; первый раз без воды (снега) на поверхности почвы, а второй с определяем м запасом воды снега).Второй прием обладает невысокой точностью, так как отношение интенсивности двух фотопиков одного изотопа слабо меняется с изменением запасов воды снега) наповерхности почвы, а кроме того скорости счета в фотопиках невелики.Третий прием, связанный с измерением двумя или более детекторами в.разных телесных углах, сложнее двух первых и точность его также уступает им.Целью изобретения является упрощение измерений и повышение точности при определении биомассы растительности,Это достигается тем, что в предлагаемом способе, заключающемся в измерении гамма-излучения почвы с использованием эффекта анизотропного ослабления гамма- излучения растительностью; одним узконаправленным (вертикально вниз) детектором гамма-излучения измеряют над лесом (растительностью) одновременно потоки прямых (нерассеянных) и многократно рассеянных гамма-квантов радиоактивных элементов почвы, по потокам прямых гамма-лучей рассчитывают поток многократно рассеянных на уровне земли, а по отноше.нию последнего к измеренному потоку многократно рассеянных гамма-квантов над лесом (растительностью) определяют запасы древесины в лесу (или биомассу другой растительности).Использование эффекта анизотропного ослабления гамма-.излучения почвы лесом заключается в том, что первичные (нерассеянные) гамма-кванты, идущие в направлении, близком к вертикали, практически не рассеиваются и не поглощаются лесом, т. к. рассеяние (поглощение, ветвями и листвой ничтожно мало, а вертикальная проекция стволов на почву занимает не более 3 площади леса, Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что измерение гамма-излучения почвы проводят одним. детектором гамма- излучения, узконаправленным вертикально вниз и измеряют над лесом одновременно потоки прямых и многократно рассеянных гамма-квантов радиоактивных элементов почвы..Предлагаемый способ заключается в одновременном измерении гамма-излучения почвы узконаправленным (вертикально вниз) детектором прямых (нерассеянных) гамма-квантов, т. е. в измерении фотопиков (спектральных линий), например, линии калия(1,46 МэВ), линия радия (1,76 МэВ), линии тория (2,62 МэВ) и т, и. и в области многократно рассеянных гамма-квантов от 0 до 70-100 Кэ 8. Отношение потоков прямых лучей и многократно рассеянных является однозначной функцией биомассы растительности (леса, зерновых культур, подсолнечника и т. и., отличающихся вертикальной анизотропией размещения биомассы). Объясняется это тем, что прямые лучи,идущие из почвы вертикально вверх, практически не "видят" леса, т, к. вертикальная5 проекция леса на почву занимает не более3 ее поверхности (ветви для гамма-лучейпрозрачны), и следовательно, прямые лучилесом практически не ослабляются(ослабляет только атмосфера), в то время10 как многократно рассеянные кванты, измеренные над лесом, ослаблены и атмосферойи древесиной, Потоки прямых лучей естественных радиоактивных элементов (Ва, ТЬ иК), выходящие из почвы в атмосферу, про 15 порциональны весовым концентрациямэлементов в почве (цк, цра и цв); Соотношения между потоками прямых и многократнорассеянных гамма-квантов у поверхностиземли для каждого элемента практически20 неизменны в пространстве и во времени,Обозначим эти соотношения аф=К, Ва, Тп).Коэффициенты ослабления потоков многократно рассеянных гамма-квантов лесом ивоздухом не зависят от породивших их эле 25 ментов, т. е. для всех элементов одинаковыи известны с хорошей точностью,Таким образом, последовательностьопераций реализующих предлагаемый способ сводится к следующему.30: По результатам измерений потоков прямых лучей над лесом(или другой вертикально растущей растительностью)рассчитйвают их величины на уровне земли,учитывая ослабления воздухом.35 По соотношениям рассчитывают общийсуммарный) поток многократно рассеянныхквантов у поверхности земли,Полученный таким образом исходныйпоток сравнивают с измеренным над лесом40 (другой растительностью) и по известнымсоотношениям определяют биомассу леса(растительности, например, в тоннах на гектар.Для точного учета ослабления излуче 45 ния воздухом одновременно измеряется высота расположения прибора, температура идавление воздуха, по которым определяется массовая толщина слоя воздуха междупочвой и точкой измерения.50Измерения выполняются с летательного аппарата с высоты 50 - 100 м современным гамма-спектрометром с детектором гамма-излучения (ДГИ), состоящим из полу проводникового датчика (ППД), размещенного в экране-коллекторе, обеспечивающим узкую направленность вертикально вниз его диаграммы чувствительности, например, с углом зрения 0=10-15,1794401 где д ро ратичные и р(ь);ОЬ -д- относител грешности оп е среднеквадделениЯ р(ь 1 ро шность из ения высоты Ь,в в;+ атьт р=а 1 т, - плотнос ых спектральн у поверхност ть - соответст Ода от 1 к р" обозначает потока имеет древесины в ассчитывают игде 1 к, Ид и ния, выбранн радия и тория ак,авиа циенты перех Индекс "О им плотность земли, Запас леса в т./га) рти гамма-излучеых линий калия,и земли:вующие коэффи(1=К, йа, ТЬ),что отмеченнаяместо на уровнелесу (биомассуо формуле в , иро-ир 3 ент ослаблениямма-излучения; потоков гамманицах);ального потока у поверхности льного потоа высоте 1. Измеряют плотность потока в угле 0 прямых лучей следующих спектральных линий; 1,46 МэВ - Калий 40 (1); 1,76 МэВ - радий (в,) и 2,62 МэВ - торий ть). Кроме того, одновременно измеряют плотность потока многократно рассеянных гамма-квантов в интервале энергий О-Ео, где Ео - верхняя граница интервала, выбираемая в области 70-100 КэВ. Выбор верхний границы не критичен, но выбранная граница должна быть стабильна.По известной формуле полученные значения 1, р и ть пересчитываются к уровню поверхности земли к высоте Ь=О), т, е. учитывается ослабление слоем воздуха между излучателем - почвой и ДГИ и ослабление на 3% лесом. Затем рассчитывают плотность потока многократно рассеянных гамма-квантов в интервале энергий (О-Ео) идущих во всех направлениях верхней полусферы у поверхности земли. Расчет выполняют по формуле п 1= - 1 пропр(Ь-Ь, (2) Формула изобретения Способ определения биомассы прямо- стоящей растительности, включающей регистрацию плотности потока гамма-квантов от поверхностного слоя земли, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения технологических возможностей, одновременно регистрируют плотность вертикального потока первичных гамма-квантов и плотность потока рассеянных гамма-квантов в диапазоне последнего не более 100 КэВ, после чего определяют величину плотности потока многократно рассеянных гамма-квантов на уровне земли, а биомассу а растительности где а - массовый коэффициент ослабления многократно рассеянного гамма-излучения ( а-.6,5 10 т/га);5 Ь - высота полета, выраженная в массовых единицах(в т/га),Среднеквадратичная погрешность определения биомассы будет равна д 1 ро =д р(Ь) =/огтп = 2 м =20 тгга При этом, как следует из (3) оп =-33т/га, это составляет около 12-13 Я, от средней по Союзу биомассы леса равной 250 т/га. Следует отметить, что для получения 01,20 т/га, атмосферное давление должно измеряться с точностью около 1 мм рт.ст высота с точностью 0,5 м и температура с 30 точностью 1 С.Применение предлагаемого способа по- .зволяет значительно упростить процесс измерений, исключить двукратное измерение в разное время со строгой привязкой к одному месту с учетом изменений влажности почвы. ссчитывают в соответствии с зависимоью где а - массовый коэффици многократно рассеянного гаЬ - высота регистрации квантов в приведенных едиро - плотность вертик рассеянных гамма-квантов земли;рь) ик рассеянн вн